close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Болдырев В. С. Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств

код для вставкиСкачать
В.С. БОЛДЫРЕВ
ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОПИЛЬНОДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
В.С. Болдырев
ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОПИЛЬНОДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Рекомендовано УМО по образованию в области лесного
дела в качестве учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по специальности
250403 - «Технология деревообработки»
Воронеж 2011
УДК 674.093(075)
Б79
Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО
«ВГЛТА» (протокол № 3 от 25 февраля 2011 г.)
Рецензенты: кафедра лесопиления и деревообработки Московского
государственного университета леса,
генеральный директор ОАО «Графское»,
канд. техн. наук А.В. Степанов
Болдырев, В. С.
Б79 Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств [Текст] :
учебное пособие / В. С. Болдырев ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО
«ВГЛТА». – Воронеж, 2011. – 316 с.
ISBN 978-5-7994-0466-6 (в пер.)
В учебном пособии даны размерно-качественные характеристики пиловочного сырья и
пилопродукции. Изложены теоретические основы раскроя хлыстов, бревен и
пиломатериалов. Рассмотрены технологические процессы и оборудование подготовки сырья
к распиловке, формирования сечения и длины пиломатериалов и заготовок,
консервирования, оценки качества, маркировки, пакетирования, упаковки и хранения
готовой продукции. Освещены вопросы переработки вторичного сырья, а также
метрологического обеспечения технологического процесса.
Учебное пособие предназначено для студентов лесотехнических вузов.
Табл. 12. Ил. 176. Библиогр.: 28 назв.
ISBN 978-5-7994-0466-6
© Болдырев В.С., 2011
© ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2011
3
Предисловие
Дисциплина
«Технология
лесопильно-деревообрабатывающих
производств» изучает рациональные способы изготовления пиломатериалов и
заготовок, а также механическую переработку кусковых и сыпучих отходов в
товарную продукцию. В результате изучения этой дисциплины студенты имеют
возможность освоить основные положения теории раскроя бревен на
пиломатериалы и заготовки, обеспечивающей наибольший объемный и
качественный выход пилопродукции, технологии еѐ производства на базе
современного бревнопильного оборудования.
В учебном пособии имеются четыре раздела. В первом разделе
рассмотрена размерно-качественная характеристика сырья, а также
пиломатериалов и заготовок. В частности, здесь представлены имитационные
математические модели формы хлыстов и бревен, способы определения их
объемов, распространение основных сортообразующих пороков в древесине и
их математическое описание. Здесь же дана классификация пилопродукции и
предъявляемые к ней требования по размерам и качеству. Во втором разделе
представлены основные положения теории раскроя хлыстов и брѐвен на
пиломатериалы и заготовки, в том числе с учетом формы и качества сырья и
при использовании ЭВМ на базе специальных оптимизационных алгоритмов и
программ. В третьем разделе освещены процессы подготовки сырья к
распиловке при его сухопутной доставке, формирования сечения и длины
пиломатериалов, их обработки до и после сушки, раскроя пиломатериалов на
заготовки, упаковки пилопродукции и ее хранения. Приведены сведения о
метрологическом обеспечении технологического процесса производства
вырабатываемой продукции. В четвертом разделе даны краткие сведения о
реализуемых на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях способах
переработки вторичных ресурсов.
4
РАЗДЕЛ 1
РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СЫРЬЯ, ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ЗАГОТОВОК
Глава 1
РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
1.1. Форма хлыстов и бревен
Сырьем для производства пиломатериалов и заготовок служат хлысты и
пиловочные бревна из различных пород древесины, удовлетворяющие по
размерам и качеству требованиям потребителей. Хлыст представляет собой
ствол спиленного дерева без вершины, очищенный от сучьев. Бревно – часть
хлыста, полученная поперечным делением (раскряжевкой) его на части.
Современные информационные технологии лесопиления базируются на
индивидуальном или групповом подходе к учету и раскрою хлыстов и бревен.
Это требует математического описания их поверхности, формы и расположения
имеющихся пороков, то есть создания статистических многомерных
математических моделей, которые были бы адекватны реальным объектам.
Приведем здесь полиномиальную, эллиптическую и сплайновую модели формы
хлыстов и бревен.
1.1.1. Полиномиальная модель
Эта модель описывает хлыст или его часть как тело, формируемое
вращением образующей вокруг прямолинейной оси. (Образующая – линия
пересечения плоскости, секущей круглый сортимент по оси, с его
поверхностью). Уравнение образующей связывает диаметр (или радиус)
сортимента в заданном сечении с расстоянием этого сечения от нижнего (у
хлыстов) или верхнего (у бревен) торца. Наибольшее распространение в теории
и практике автоматической раскряжевки хлыстов получила математическая
модель В.С.Петровского (рис. 1.1), выражаемая полиномом четвертого порядка
вида [6]:
2x
d 0.5 A4
l
H
4
A3
l
H
3
A2
l
H
2
A1
l
H
A0
,
(1.1)
5
где 2х – диаметр хлыста на расстоянии l от комлевого среза, см; d0.5 –
диаметр на половине длины хлыста, см; Н – длина хлыста, м; А4, А3, А2, А1, А0 –
эмпирические коэффициенты, имеющие свое значение для каждой породы и
бонитета (условий произрастания) древесины.
Рис. 1.1. Модель поверхности хлыста В.С. Петровского
На основании (1.1) получена модель формы пиловочного бревна как
параболоида вращения с уравнением образующей:
d(x) = dв[A(x/L)2 + B(x/L) + C],
(1.2)
где d(x) – диаметр бревна в сечении х, см; dв – диаметр в верхнем торце, см; x –
расстояние от анализируемого сечения до нижнего торца, м; L – длина бревна,
м; А, В, С – эмпирические коэффициенты, зависящие от породы и места вырезки
бревна из хлыста.
Приведенная модель базируется на предположении о стабильности формы
древесных стволов[2]. Ее достоинством является относительно простой
аналитический вид, упрощающий технологические расчеты. Однако любые
отклонения в форме и размерах поступающих в раскряжевку хлыстов и в
распиловку бревен приводят к снижению выхода (до 8 %) спецификационных
пиломатериалов.
1.1.2. Эллиптическая модель
Эта модель [17], учитывает эллиптичность поперечного сечения, а также
кривизну хлыстов и бревен. В поперечном сечении она представляет собой
эллипс (рис. 1.2), уравнение которого
[(x – f1)/a]2 + [(y – f2)/b]2 = 1,
(1.3)
где f1 и f2 – координаты центра эллипса; а и b – размеры полуосей эллипса.
6
Z
Я
y
Я
b
О
О
Lx
О
f2
z
a
Я
f1
y
Я
О
x
Я
х
Рис. 1.2. Модель поверхности хлыста Пижурина-Розенблита: а – расположение хлыста
в системе координат oxyz; б – поперечное сечение хлыста
Предполагается, что ось z проходит через центры комлевого и вершинного
сечений хлыста. Тогда f1 = f1(z), f2 = f2(z). Функциями z являются также
параметры а и b: а = а(z), b = b(z). Тогда уравнение (1.3) будет иметь вид
x
f z
a z
2
y
1
f z
bz
2
2
1.
(1.4)
При этом значения z ограничены диапазоном 0≤z≤Lх. хлыста. Функциями
a(z) и b (z) описываются горизонтальные и вертикальные образующие. В
большинстве случаев, по мнению авторов, на практике достаточно пользоваться
их представлениями в виде многочленов не выше четвертого порядка:
a z
ai z i ;
a
(1.5)
i
bz
bi z i .
b
(1.6)
i
Уравнение (1.4) описывает поверхность хлыста при произвольной форме
его оси, задаваемой системой функций:
x
f z
y
f
z
(1.7)
при общем виде горизонтальной и вертикальной образующих хлыста (1.5) и
7
(1.6), и в предположении, что его сечение имеет форму эллипса. Требуемая
эллиптичность достигается заданием отличающихся друг от друга значений
коэффициентов (1.5) и (1.6). В частном случае, когда аi = bi для всех i = 0, 1, ..., 4,
в любом сечении хлыста будет круг. Ось хлыста может быть представлена
многоэкстремальной функцией, например, деформированной синусоидой,
амплитуда которой изменяется по закону параболы, а частоты – в соответствии с
выбранной функцией (z):
fj(z) = (C2z2 + C1z + C0)sin[ (z) + ], (j = 1,2).
(1.8)
При таком представлении можно описать ось хлыста с любым числом
волн.
Уравнение (1.4) является обобщением вышеизложенных представлений о
форме хлыстов и бревен. Так, положив в нем f1(z) = f2(z) = 0, пренебрегая
возможной эллиптичностью бревна и считая образующие его прямолинейными:
а(z) = b(z) = a0 + a1(z), получают уравнение поверхности бревна,
представленного в виде прямого кругового усеченного конуса:
x2 + y2 = (a0 + a1z)2; 0 z L.
Модель поверхности криволинейного бревна при величине простой
кривизны k = L ( – наибольшее отклонение в середине бревна) может быть
получена на основе уравнения (1.3) в виде:
x
2
4k 2
y 4kz
z
L
2
d‰ S L z
2
1
4
,
(1.9)
где S – постоянный по длине сбег, см/м.
С помощью уравнения (1.4) или его конкретного выражения можно
получить описание поверхностей досок, брусьев и т.п., вырабатываемых при
раскрое пиловочного сырья. Согласно исследованиям авторов, представление
образующих поверхностей хлыстов или бревен многочленами второго и
третьего порядка снижает точность моделей на ≈ 8 %.
1.1.3. Сплайновая модель
Эта модель наиболее универсальна для математического описания
поверхности хлыстов и бревен, а также необрезных пиломатериалов с любыми
пороками формы. Математическим аппаратом здесь являются бикубические
сплайны. (Сплайн-функция, или просто сплайн – функция с кусочной структурой
8
и повторяющимся на каждом звене строением, но с различными значениями
параметров). Моделью может служить некоторая протяженная двусторонняя
поверхность, гомеоморфная конечному цилиндру с замкнутой направляющей
[28]. Можно считать, что она представлена своим точечным каркасом –
матрицей значений:
zij ; i = 1, 2, ..., N; j = 1, 2, ..., M,
заданных некоторым регулярным образом в узлах сетки:
(1.10)
= х + у;
х: a = x1 < x2 < ... < xN = b;
y: с = y1 < y2 < ... < yM = d.
каркас поверхности может быть образован
Точечный
(1.11)
одним из
простейших способов, когда сетка
и матрица
zij представляют собой
значения прямоугольных декартовых координат соответствующих точек
поверхности, лежащих на параллельных сечениях ее двумя семействами
взаимно ортогональных плоскостей определенного направления, например,
параллельных координатным плоскостям ХОУ и ХОZ (рис. 1.3). Этот способ
формирования точечного коркаса поверхности бревна задает направление двух
семейств координатных линий: первое образовано замкнутыми линиями поперечS = SМ
S = S2
S = S1
S
t = tN
t = t2
t = t1
x
z
О
t
Рис. 1.3. Каркас поверхности бревна
ных сечений Sм, второе состоит из образующих боковой поверхности бревна tN.
Если значения точечного каркаса получены из точных измерений, то
естественным способом аппроксимации таких данных является интерполяция в
виде сплайна:
9
3
3
aijkl x
C xy
xi
k
y
yj
l
;
k 0 l 0
x, y Rij; i = 1, 2, ..., N – 1; j = 1, 2, ..., M – 1,
(1.12)
со значениями, заданными матрицей (1.10) на сетке узлов (1.11).
Так как геометрическая модель поверхности бревна относится к
замкнутым поверхностям, то удобно использовать ее параметрическое
представление:

(1.13)
r t s
xt s yt s zt s
где t и s – параметры, связанные соответственно с первым и вторым
семействами координатных линий.
Параметризация поверхности, заданной узлами точечного каркаса, может
быть проведена следующим образом. Выбрав две каркасные линии из разных
семейств, представленные в дискретно-точечной форме, и введя для каждой из
них параметризацию по суммарной длине хорд, получают сетки
объединение которых дает двумерную сетку:
= t
t и
s,
s; t : 0 = t1 < t2 < ... < tN = 1;
s : 0 = s1 < s2 < ... < sM = 1,
(1.14)
причем R : [0,1] [0,1] – единичный квадрат.
Задачу интерполяции поверхности бревна можно переформулировать в
новых обозначениях так: найти бикубические сплайны Сx (t, s), Сy (t, s) и Сz (t, s)
вида (1.12) со значениями соответственно хij , yij , zij , заданными в узлах
сетки (1.14).
Следовательно, моделирование поверхности сводится к построению трех
бикубических сплайнов на общей сетке узлов. Алгоритм построения
бикубического сплайна основан на том, что на линиях сетки, например s = sj, j
= 1, 2, ..., M, сплайн С (t, sj) и его частные производные по s являются
кубическими от переменной t. Для однозначного определения коэффициентов
сплайна требуется задавать дополнительные условия на границе области. В
данном случае целесообразно выбирать так называемые смешанные граничные
условия, а именно: для переменной t – условия периодичности сплайна С (t, s) и
его частных производных по t до порядка 2 включительно, а для переменной s –
значения первых частных производных по s на границах s = s1, sM в точках ti, i =
1, 2, ...,N – 1.
Построение сплайнов Сy (t, s) и Сz (t, s) осуществляется аналогично.
10
Таким образом, построение бикубического сплайна сводится к решению
2N + M систем уравнений: по М + 2 на первом и по N – 1 на втором и третьем
шагах. Моделирование же поверхности бревна требует, как это следует из (1.13),
решения в общей сложности W = 3(2N + M) одномерных задач. Если принять
среднюю длину бревна Lср = 5м и предположить, что точечный каркас задается
через каждый метр его длины восьмиточечной сеткой поперечных сечений, то
W=3(2 9+6)=72.При
использовании
другого
варианта
алгоритма,
где
переменные t и s переставлены местами, W = 3(2 6 + 9) = 63. Поэтому при
реализации алгоритма быстродействие применяемых вычислительных средств
должно быть достаточно высоким.
Приведенная модель поверхности бревна содержит в качестве базовых
алгоритмы моделирования каркаса (поперечных сечений и образующих)
одномерными кубическими сплайнами. Исследования показали, что такие
модели обладают удовлетворительной точностью (1,5…2,0 %).
Практическое применение сплайновых моделей (1.11, 1.12 и 1.14) в
системах автоматизированного учета, раскроя, а также проектирования связано с
построением соответствующих алгоритмов раскроя сырья и созданием
оборудования, обеспечивающего необходимые измерительные, вычислительные
и технологические функции.
1.1.4. Сбег
В практике лесопиления для описания формы хлыстов и бревен
пользуются понятием сбега. Сбегом называется уменьшение диаметра от
нижнего к верхнему срезу на единицу длины. Различают абсолютный,
относительный и средний сбег. Абсолютный сбег характеризуется тангенсом
угла наклона касательной к образующей в исследуемом сечении круглого
лесоматериала. В полиномиальных моделях взяв первую производную от
уравнения образующей, получим формулу для вычисления абсолютного сбега
Sабс. Например, используя формулу (1.1), имеем:
Sабс
d
x
dl
d
A
l
H
A
l
H
A
l
H
A
H
.
(1.15)
Относительный сбег характеризуется отношением диаметра в
исследуемом сечении к базовому диаметру, принятому за единицу или за 100 %.
11
Так, базовый диаметр у хлыста принимают на высоте 1м от комлевого среза.
Средний сбег представляет собой отношение разности нижнего D и верхнего d
диаметров к длине бревна L:
D d
S cр
,
(1.16)
L
где Sср – средний сбег, см/м.
Для комлевых бревен:
D1 d
,
(1.17)
L 1
где D1 – диаметр на расстоянии 1 м от комлевого среза.
Средние величины сбега зависят от толщины бревен и для насаждений II и
III бонитетов имеют следующие значения [16]:
Sср
Диаметр, см
Сбег, см/м
14 -18
0,8
20-22
0,9
24-26
1,0
28-30
1,1
32-34
1,15
Диаметр, см
Сбег, см/м
40-42
1,35
44-46
1,45
48-50
1,55
52-54
1,65
56-58
1,70
36-38
1,25
60 и
более
1,80
Часто при характеристике формы бревна пользуются понятием
коэффициента сбега:
Кс = D/d = (d +SL)/d.
(1.18)
При изучении формы бревна, разработке теории раскроя сырья на
пиломатериалы и заготовки выделяют цилиндрическую зону, к которой
относится зона цилиндра, за основание которого принимают верхний торец
бревна, и сбеговую зону, расположенную за пределами цилиндрической зоны.
1.2. Определение объемов хлыстов и бревен
Существует три способа определения объемов хлыстов и бревен:
аналитический, табличный и физический.
Аналитический способ основывается на существовании функциональной
связи между площадью поперечного сечения и длиной хлыста (бревна). Так,
объем хлыста Vх или его частей в полиномиальных моделях можно определить
как сумму объемов бесконечно тонких пластинок – поперечных отрезков.
12
Тогда, в пределе, считая хлыст телом вращения с образующей, например,
описываемой уравнением (1.1), имеем:
H
Vх
2
4
2 x dl .
(1.19)
0
В зависимости от степени полинома подынтегрального выражения можно
определить объем хлыста или бревна с различной степенью точности.
В лесной таксации [2] для определения объема древесных стволов
(хлыстов) и их частей используют четыре простые формулы (1.21–1.24),
которые получены из выражения
Vc
x
A Bx Cx 2 Dx3 dx Ax Bx 2 / 2 Cx3 / 3 Dx 4 / 4 ... ,
(1.20)
0
где Vc – объем ствола, м3; А, В, С, D – эмпирические постоянные коэффициенты;
х – расстояние от шейки ствола, м.
Формула Губера (срединного поперечного сечения):
Vc = FL / 2 Lc ,
(1.21)
где FL/2 – площадь поперечного сечения на половине длины ствола, м2;
Lc – длина ствола или его частей, м.
Формула Смалиана (концевых поперечных сечений):
Vc =(F0 + FL)Lc/2
(1.22)
где F0 и FL – площади поперечных сечений соответственно нижнего и верхнего
торцов, м2.
Формула Госфельда:
Vc =(3FL/3 + FL)L/4,
(1.23)
2
где FL/3, FL – площади сечений на расстоянии L/3 и L от комлевого среза, м .
Формула Ньютона-Рикке:
Vc =(F0 +4FL/2 + FL)L/6,
(1.24)
где F0, FL/2, FL – площади сечений на расстоянии соответственно 0, L/2 и L от
нижнего среза, м2.
Вычисления объемов единичных хлыстов и отрезков по простым
формулам таксации приводит к большим погрешностям. Поэтому для
определения объемов длинных круглых сортиментов и хлыстов применяют
сложные формулы. Их строят на основании простых формул путем
суммирования выражений для коротких отрезков хлыста.
13
С 1 июля 2009 года введен в действие ГОСТ Р 52117-2003
«Лесоматериалы круглые. Методы измерений», разработанный ФГУП «ГНЦ
ЛПК». Стандарт предусматривает шесть поштучных (срединного сечения,
усеченного конуса, секционный, верхнего диаметра и среднего сбега, концевых
сечений, таблиц объемов) и три групповых – (складочный, плотный и весовой )
метода определения объемов бревен.
По методу срединного сечения объем бревна без коры , м3, вычисляется
как объем цилиндра, диаметр которого равен диаметру бревна на середине его
длины. Вычисления выполняют по следующей формуле:
(1.25)
где dс - срединный диаметр без коры, см; L - длина бревна, м.
Метод усеченного конуса предусматривает измерение верхнего диаметра,
нижнего диаметра D и длины бревна L.Вычисление объема бревна
, м3 без
коры ,производят по формуле
(1.26)
где d - диаметр бревна в верхнем торце без коры, см; D - диаметр бревна в
нижнем торце без коры, см; L - длина бревна, м.
Секционный метод основан на автоматическом измерении размеров
бревен электронно-оптическими установками. Объем бревна определяется
суммированием объема секций усеченного конуса по длине бревна и
предусматривает: а) измерение диаметра бревна с корой в верхнем и нижнем
торцах и в конце каждой секции через равные отрезки длиной ℓ от одного
измерения до другого; б) вычисление диаметра бревна без коры по всем
сечениям исключением двойной толщины коры; в) вычисление объема
бревна без коры , м3, как суммы объемов секций по формуле
(1.27)
где - длина секций заданного размера, м;
- длина последней секции n,
имеющей меньшую длину, чем , м; ,
- верхний диаметр секции бревна
без коры заданной длины и последней, более короткой секции, см; , ,
нижний диаметр секции бревна без коры заданной длины и последней, более
короткой секции, см.
14
Объем бревна по формуле (1.27) может вычисляться по измерениям
диаметров с корой с последующим пересчетом в объем без коры с
использованием поправочного коэффициента. Размеры бревен можно
измерять не только в автоматическом режиме, но и вручную. Длина секций не
должна превышать при автоматическом измерении 0,2 м, при ручном - 2м.
Метод верхнего диаметра и среднего сбега основан на измерении верхнего
диаметра бревна без коры и использовании в расчетах среднего сбега, вычисляемого
по данным выборки. Сбег нужен для пересчета верхнего диаметра в срединный.
Объем бревна без коры
, м3, отождествляется с объемом цилиндра, диаметр
которого равен срединному диаметру бревна, и вычисляется по формуле
(1.28)
где L - длина бревна, м; d- верхний диаметр бревна без коры, см;
среднеарифметическое значение сбега партии бревен, см/м.
Метод концевых сечений предусматривает определение объема бревна по
данным о диаметре верхнего, нижнего торцов и длине бревна. Объем бревна
без коры V вычисляют по формуле усеченного параболоида:
(1.29)
где d - верхний диаметр бревна без коры, см; . D- нижний диаметр бревна без
коры, см; L -длина бревна, м.
Табличный способ определения объемов круглых лесоматериалов
проводится по таблицам, которые составлены по сложным формулам таксации.
При пользовании таблицами для определения объемов отдельных сортиментов
погрешности достигают
5 % и более, при объеме больших партий -
погрешность составляет 2…3 %.
По трудоемкости применения вышеописанные методы не равнозначны,
не одинакова и их точность. Точными считаются те методы, которые основаны на
учете индивидуального сбега у каждого бревна. К ним можно отнести методы
срединного сечения, усеченного конуса, секционный, концевых сечений. Менее
точными являются методы, учитывающие сбег на некотором фиксированном
уровне: метод верхнего диаметра и среднего сбега, а также метод таблиц объемов. Секционный метод в автоматизированном варианте является самым
экономичным. По уровню экономической эффективности среднее положение
занимают метод верхнего диаметра и среднего сбега и метод таблиц объемов,
15
поскольку они требуют только одного измерения диаметра. Наиболее
трудоемкими являются методы срединного сечения, усеченного конуса,
концевых сечений, так как при их применении необходимы раскатка штабеля,
два измерения диаметра (кроме срединного метода, при котором выполняется
одно измерение диаметра), а в случае использования срединного метода
требуется еще удаление коры в месте измерения диаметра.
Складочный объем VС круглых лесоматериалов с пустотами и корой
определяется по формуле
VС = НВL,
(1.30)
где Н - высота штабеля, м; В - ширина штабеля (на складе В - длина бревен, на
транспортном средстве В - расстояние между стойками, бортами), м; L- длина
штабеля (на складе L - расстояние вдоль торцевой стороны штабеля, на
транспортном средстве L - длина бревен, м).
Плотный объем круглых лесоматериалов (объем древесины) определяется
по формуле
V = Vс∙К
(1.31)
где К - коэффициент полнодревесности штабеля.
Коэффициент полнодревесности представляет долю заполнения
складочного объема древесиной (без коры и пустот) и вычисляется как
отношение объема древесины, содержащейся в бревнах штабеля, к складочному
объему штабеля
Физическими способами определения объема являются ксилометрический
и весовой. Ксилометрический способ основан на известном законе физики: тело,
погруженное в жидкость, вытесняет ее в объеме, равном своему объему.
Приборы для измерения объема древесины по вытесненному объему жидкости
называются ксилометрами. Весовой способ основан на том же физическом
явлении: тело, погруженное в жидкость, теряет в весе столько, сколько весит
вытесненная им жидкость. Прибор для измерения объема по весовому способу
называется гидростатическими весами. Исследуемый круглый лесоматериал
сначала взвешивают в воздухе, а затем в воде. Разница между весом
лесоматериала в воздухе и воде представляет собой вес воды, вытесненной
древесиной. По массе вытесненной воды вычисляют ее объем, в данном случае
совпадающий с объемом круглого лесоматериала.
16
В лесопильном производстве, оснащенном средствами регистрации
размеров лесоматериалов в комплексе с компьютерным оборудованием,
определения объемов хлыстов и бревен происходит автоматически по
соответствующим математическим моделям.
Для оценки возможного использования древесины бревна находят объем
цилиндрической и сбеговой зон. Объем сбеговой зоны Vсб зависит от величины
коэффициента сбега Кс, длины L и толщины d бревна:
Vсб
K2 1
d2
L c
.
4
2
(1.32)
Процент объема сбеговой зоны Асб от всего объема бревна составляет:
Aсб
Vсб
100
Vсб
K c2 1
100 ,
K c2 1
(1.33)
где Vб – объем бревна, приравненного по форме к усеченному параболоиду
вращения, определяемый по формуле
V
D2 d 2
L
4
2
d 2 K c2 1
L
4
2
(1.34)
при замене D = Кcd.
Из формулы (1.34) следует, что доля зоны сбега в объеме бревна зависит
только от коэффициента сбега Кc; с увеличением его доля зоны сбега
увеличивается:
Кc
Асб, %
1,1
9,5
1,2
18,0
1,3
25,6
1,4
32,4
1.3. Основные пороки сырья
и их математическое моделирование
Качество сырья определяется видом и числом пороков, а также степенью
их распространения в них. Основными сортообразующими пороками являются:
сучки, различаемые по физическому состоянию, степени зарастания и
загнивания, форме разреза, положению на стволе; гнили; трещины различного
типа; сердцевина; кривизна; червоточина и наклон волокон.
17
1.3.1. Сучки
По данным Ф.Т. Тюрикова, В.Ф. Ветшевой сучки определяют сортность
50…75 % сортиментов. Идеализированная схема распространени сучков в
стволе дерева, обобщающая результаты исследований Г.Д. Власова,
Ю.Р. Бокшанина, Ф.Т. Тюрикова, В.Ф. Ветшевой и др., показана на рис. 1.4.
А–А
3
А
А
В–В
2
В
В
С–С
1
С
С
Рис. 1.4. Схема распространения сучков в стволе дерева:
1 – бессучковая зона; 2 – зона пораженных сучков; 3 – зона здоровых сучков
Из схемы видно, что зоны распространения сучков по длине ствола
расположены в виде двух усеченных параболоидов, обращенных вершинами
вниз и основаниями к кроне. Первый параболоид охватывает сердцевину и
показывает зону здоровых сучков. Во второй параболоид, охватывающий зону
здоровых сучков, входят отмершие сучки. Часть древесины, прилегающая к зоне
отмерших сучков, бывает бессучковой или малосучковой. При раскряжевке
хлыста из комлевой, серединной и вершинной частей получают бревна с
различным количеством и качеством сучков. Комлевое бревно содержит три
зоны сучков: центральную – со здоровыми мелкими сучками; среднюю, которая
охватывает центральную зону в виде усеченного параболоида с отмершими
сучками; периферийную – бессучковую или малосучковую зону. Срединные
бревна имеют две зоны расположения сучков: центральную – со здоровыми
сучками и периферийную – со здоровыми и отмершими сучками. Вершинное
бревно имеет только одну зону – зону здоровых сучков, которая охватывает все
поперечное сечение бревен.
18
Границы распространения зон сучков ориентировочно можно определить
по предложенным исследователями уравнениям. Например, Ф.Т. Тюриков [6]
методом
лущения
бревен
определил
математические
зависимости
распределения сучков в хлыстах корейского кедра (рис. 1.5):
у2
у3
2
0,5D1,0
l
7
Н
0,5D1,0
l
1,32
Н
0,035 ;
(1.35)
2
0,035 ;
(1.36)
Радиусы хлыста в
относительных долях
где y2 – радиусы на границе бессучковой зоны и зоны пораженных сучков, см; y3
– радиусы зоны здоровых сучков; l – расстояние от комлевого среза до места
измерения радиуса хлыста, м; D1.0 – диаметр хлыста на расстоянии 1,0 м от
комлевого среза, см.
Длина хлыста в относительных долях /Н
Рис. 1.5. Схема распространения качественных зон в кедровых хлыстах:
1 – бессучковая зона; 2 – зона несросшихся сучков; 3 – зона здоровых сучков
На
поверхности бревен сучки концентрируются преимущественно
(70…80 %) [1] на поверхности одной или двух четверти. Объясняется это
условиями роста лесных насаждений и более сильным ростом ветвей в сторону
наибольшего светового потока.
Представление о зональном распространении сучков по стволу дерева
имеет важное практическое значение, так как позволяет раскраивать сырье на
пиломатериалы определенного качества.
Форма сучков в имитационных математических моделях хлыстов и бревен
моделируется конусами, вершины которых лежат на оси сортимента [17]. В
19
системе координат О’X’Y’Z’, в которой вершина конуса высотой lс совпадает
с началом координат, а ось конуса направлена по оси О’X’(рис. 1.6, а),
уравнение конуса
y
где
2
z
x2
2
2
,
(1.37)
– котангенс угла между осью и образующей конуса.
z
z
O
lc
y
x
y
O
dc
x
а
б
Рис. 1.6. Расположение сучков в различных системах координат:
а –О’X’Y’Z’, б – OXYZ
В системе координат OXYZ, связанной с хлыстом (рис. 1.6, б), уравнение
этого конуса можно получить, подставив в (1.37) вместо x , y , z их значения из
формул преобразования координат:
x
t11 x t 21 y t31 z z h
y
t12 x t 22 y t32 z z h
z
t13 x t 23 y t33 z z h
(1.38)
где zh – аппликата вершины конус tij – направляющие косинусы координатных
осей, например, t11=cos cos ; t21=cos sin ; t31=sin .
1.3.2. Сердцевинная гниль
Гнили резко снижают качество пиловочных бревен и пиломатериалов.
Они бывают самые разнообразные, но наиболее часто в круглых лесоматериалах
20
встречается центральная (сердцевинная) гниль. Она может распространяться
почти по всей длине хлыста. Натурные наблюдения показали, что форму
центральных гнилей можно рассматривать как тело вращения с уравнением
образующей в виде многочлена второго и более порядков, например:
(1.39)
x 2 2P y
h ,
Г
где PГ
Г
Г
– фокальный периметр; равный PГ
Г
d Г2
;x , y – текущие координаты
8h Г Г Г
Высота гнили, hг, м
образующей гнили, м; hГ – длина распространения гнили, м; dГ – диаметр
центральной гнили в комлевом срезе хлыста, м.
Параболический характер связи длины центральной гнили и ее диаметра в
комлевом срезе подтверждает рис. 1.7, на котором изображены рассчитанные
кривые полиномов второго и третьего порядков, показывающие зависимость hГ
от dГ для ольхи, произрастающей в Бобровском районе Воронежской обл.[6].
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
6.5
11.5
16.5
21.5
26.5
Диаметр гнили в комлевом срезе, dГ
Рис. 1.7. Зависимость высоты центральной гнили (hГ) от ее диаметра в комлевом срезе
(dГ): – полином 2-й степени; …… – полином 3-ей степени; • – экспериментальные данные
Однако следует подчеркнуть, что протяженность сортовых зон при
внутренней стволовой гнили более точно можно определить только с помощью
автоматических дефектоскопов.
1.3.3. Сердцевина
Сердцевина – это образование, состоящее из рыхлой древесины, которая
отрицательно влияет на прочностные качества пиломатериалов. Установлено,
21
что сердцевина имеет сложный характер (трехмерная кривая) расположения от
комля к вершине и очень редко совпадает с геометрической осевой линией
хлыста [6]. Смещение сердцевины относительно геометрической оси хлыста
(бревна) может достигать 1,5…2см и более.
1.3.4. Трещины
Трещины в пиловочном сырье, нарушающие целостность древесины,
являются существенным недостатком, определяющим сортность 5…26 %
лесоматериалов. Они наблюдаются в растущем дереве в виде метика простого и
сложного, отлупа частичного и кольцевого, морозобоины и могут
распространяться почти по всей длине хлыста. Кроме того, в круглых
лесоматериалах возникают трещины усушки.
Анализ результатов обследования соснового пиловочника Уральского
региона показал: с увеличением диаметра бревен встречаемость кольцевых
трещин около сердцевины в вершинных бревнах достигает 1,6 %, срединных –
14,3 %, комлевых 34,0 %; размеры кольцевых трещин около сердцевины при
всех величинах диаметра бревен находятся в диапазоне 8…36 мм [24].
Моделирование метиковых трещин в имитационных математических
моделях бревен может проводиться фрагментами эллипсоидов (рис. 1.8) [17].
Они ориентированы так, что большая полуось параллельна оси OZ, связанной с
осью модели бревна (см. рис. 1.2), а центр эллипсоида – точка (x0, y0, z0) – лежит
в комлевом сечении бревна.
Y
Y
2b
b
y0
X
O
X
O
x0
a
2a
2b
b
а
б
Рис. 1.8. Схемы к построению моделей трещин: а – торцевых; б – боковых
22
В системе
моделирующим
x
a
y
b
координат
трещину,
z
c
О’X’Y’Z’, связанной
его
уравнение
с
эллипсоидом,
имеет
вид:
. Поскольку оси O Z и OZ параллельны, можно
определить направляющие косинусов: t33 = 1; t31 =t32 =0. Кроме того, t13 =t23 =0
вследствие того, что оси O X и OZ взаимно перпендикулярны.
Направляющие косинусы t11 и t12 можно определить двумя способами: 1)
величины t11 и t12
задаются детерминированно, а плоскость трещины
располагается параллельно плоскости пропила, тогда O X
OX и t11=1; 2)
величины t11 и t12 реализация случайных величин, распределенных на отрезке
[-1;1], и t12
2
.
1 t11
Для торцевых трещин можно полагать x0 = y0 =0 (рис. 1.8, а); для боковых
трещин, полагая, что центр эллипса, полученного в сечении эллипсоида
плоскостью Z =0, лежит на окружности нижнего сечения бревна (рис. 1.8, б)
x
y
D
.
(1.40)
1.3.5. Кривизна
Кривизна – порок формы ствола, представляющий отклонение продольной
оси сортимента от прямой линии. Различают простую и сложную кривизну.
Первая характеризуется одним изгибом сортимента, вторая - несколькими
искривлениями в одной или в разных плоскостях. В хвойных пиловочных
бревнах диаметром до 20…24 см и длиной 6м величина кривизны в 1…2 %
(стрела прогиба – от 6 до 12 см) составляет 10…15 %. Этот порок снижает
объемный выход пиломатериалов на 5…15 %. Переход на распиловку бревен
длиной 3 или 4 м уменьшает кривизну бревен в 1,5 … 2 раза.
Кривизна в математических моделях хлыстов и бревен моделируется
многочленами.
1.3.6. Червоточина и наклон волокон
Червоточина – повреждения древесины насекомыми в виде ходов и
отверстий. В зависимости от их глубины различают червоточину
поверхностную (до 3 мм), неглубокую (до 15 мм) и глубокую (более 15 мм).
23
Неглубокая червоточина не оказывает влияние на качество продукции, так как
находится на поверхности бревен и при получении обрезных пиломатериалов
отходит в горбыль и рейки.
Наклон волокон – спиралевидное строение древесины, влияющее на
прочностные свойства древесины. Ограничивается в бревнах 1-го и 2-го сортов.
1.4. Стандартизация пиловочного сырья
Пиловочное сырье в виде хлыстов и (или) бревен поставляется на
лесопильные предприятия в соответствии с договорами, в которых изложены
требования на круглые лесоматериалы.
Древесные хлысты хвойных и лиственных пород должны соответствовать
ТУ13-0273685-408-92. Ими установлены три группы качества хлыстов, которое
оценивается объемным выходом деловой древесины. Для первой группы - не
менее 80…60 %, для второй – 69…40 %, для третьей - не менее 50 … 40 %. В
хлыстах допускается кривизна не более 5 % длины хлыста; ядровая гниль,
занимающая более 65 % площади нижнего торца; наружная трухлявая гниль.
Хлысты должны быть очищены от сучьев. Высота остатков сучьев над
поверхностью неокоренного хлыста должна быть не более 3 см. По соглашению
между поставщиком и потребителем возможны поставка сухих хлыстов или не
очищенных от сучьев и ветвей.
Требования к круглым лесоматериалам, предназначенным для выработки
пиломатериалов, установлены ГОСТ 9463-88 для лесоматериалов хвойных
пород и ГОСТ 9462-88 для лесоматериалов лиственных пород.
По толщине (диаметру верхнего торца, определяемому как среднее
значение наибольшего и наименьшего диаметров торца без учета коры)
лесоматериалы разделяются на 3 группы: мелкие – толщиной 6…13 см, средние
– 14…24 см, крупные от 26 см и более. Градация по толщине мелких
лесоматериалов – через 1 см, средних и крупных – через 2 см, при этом доли
менее 1 см в расчет не принимаются, а 1 см и более приравниваются к
ближайшему четному числу в сторону увеличения. Например, к толщине 16 см
относятся лесоматериалы с фактическим размером по толщине 15,0…16,9 см.
Длина бревен для выработки хвойных пиломатериалов общего назначения
принята 3…6,5 м с градацией 0,25 м; лиственных 2…6 м с градацией 0,25 м; из
дуба, бука, ясеня, ильма, клена, граба 1,0…6,0 с градацией 0,1 м; для выработки
24
экспортных пиломатериалов северной и балтийской сортировок – 4…7 м с
градацией 0,3 м; экспортных черноморской сортировки – 4…8 м с градацией
0,25 м; хвойных авиационных, резонансных – 3…6,5 м с градацией 0,5 м.
Пиловочные бревна должны иметь обязательный припуск по длине 3…5 см,
который в расчет не принимается. При нарушении градации длину бревна
определяют по ближайшей наименьшей длине, установленной в стандартах.
Длина бревен измеряется в метрах и с округлением до второго десятичного
знака, т.е. до 0,01 м, или 1 см. При косом срезе торца длину определяют по
наименьшему расстоянию между торцами.
По качеству пиловочные бревна делят на 3 сорта (первый, второй и
третий), а по месту вырезки из хлыста – на комлевые, срединные и вершинные.
Сорт сортиментов определенного назначения устанавливается по наличию и
размерам пороков древесины. Классификация, характеристика и способы
измерения пороков древесины регламентированы ГОСТ 2140-81. Согласно
этому стандарту в круглых лесоматериалах насчитывается более 70 видов и
разновидностей пороков древесины.
Круглые лесоматериалы толщиной 14 см и более, длиной не менее 2 м
маркируют в пунктах раскряжевки хлыстов по ГОСТ 2292-88. Реквизиты
маркировки: сорт и диаметр сортимента
наносят на верхние торцы
водостойкими красками или мелками. Сорт проставляют арабской или римской
цифрой, диаметр – арабскими цифрами.
Контрольные вопросы
1. Что является сырьем лесопильного производства?
2. Какими математическими моделями можно описать форму хлыстов и
бревен? Какая при этом преследуется цель?
3. Что представляет собой сбег хлыстов и бревен? Примерные процентные
отношения объемов сбеговой зоны к общему объему бревен в зависимости от их
размеров?
4. Можно ли с помощью математических моделей хлыстов или бревен
определить их объем, сбег?
5. Охарактеризуйте методы определения объемов круглых лесоматерилов
по ГОСТ Р 52117-2003. Сопоставьте их с методами лесной таксации.
25
6. Назовите пороки, оказывающие наибольшее влияние на качество
хлыстов и бревен.
7. Какие зоны распространения сучков можно выделить в хлыстах, а также
в бревнах в зависимости от места их вырезки из хлыстов? Какое значение это
имеет для выработки пилопродукции заданного качества?
8. Какими методами осуществляется моделирование сучков, сердцевины,
сердцевинной гнили, трещин, кривизны и для каких целей?
9. Какие размеры в соответствии со стандартами имеют пиловочные
бревна по толщине и длине? Допустимые отклонения от них.
10. На какие сорта по ГОСТ делятся пиловочные бревна? Основные
сортообразующие пороки. Методика определения сорта бревен.
11. Что такое маркировка сырья? Положения стандарта по маркировке.
Глава 2
РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ЗАГОТОВОК
Пиломатериалы и заготовки получают в результате продольного деления
бревен на части, которые в свою очередь подлежат продольному и поперечному
раскрою. До 85 % этой продукции вырабатывают из древесины хвойных пород.
Однако сложилась тенденция роста доли лиственных пиломатериалов главным
образом за счет использования березы и мягких лиственных пород.
2.1 Пиломатериалы
2.1.1 Классификация пиломатериалов
Пиломатериалы – это пилопродукция определенных размеров и качества с
двумя плоскопараллельными пластями. По форме поперечного сечения они
бывают в виде досок, брусков и брусьев, обапола, горбыля (рис. 2.1). Доски –
пиломатериалы толщиной до 100 мм и шириной более двойной толщины.
Бруски – пиломатериалы толщиной до 100мм и шириной не более двойной
толщины. Брусья – пиломатериалы толщиной и шириной 100 мм и более.
26
По расположению пластей относительно годичных слоев древесины
пиломатериалы могут быть радиальной, тангенциальной и смешанной
распиловки.
Пиломатериал, полученный ориентированной распиловкой бревен или
брусьев с преимущественным направлением формирующих пласти пропилов,
близким к радиусам годичных слоев древесины, называют пиломатералом
радиальной распиловки. Радиальным распилом в большинстве стандартов
признается такой, при котором пласть материала располагается к годичным
слоям под углом не менее 60°. Особенностями радиальных пиломатериалов
являются: расположение трещин и сучьев параллельно пластям; незначительное
коробление и меньшая склонность к растрескиванию и сжатию при сушке, что
ведет к снижению продолжительности искусственной сушки; значительно
меньший износ пластей досок от истирания, что важно, например, для половых
досок; красивая и единообразная текстура, что особенно важно для хвойных
пород. Ориентация формирующих пласти пропилов при распиловке бревен по
касательной к годичным слоям древесины обеспечивает получение
пиломатериалов тангенциальной распиловки.
При продольном раскрое бревен на многопильных станках плоскости
распила расположены параллельно друг другу без учета направления годичных
слоев. В этом случае из центральной части бревна получают доски радиальной,
из периферийной – тангенциальной, в переходной зоне – смешанной
распиловки, условно называемые полурадиальными, или полутангенциальными.
Повышенные требования к прочности пиломатериалов на изгиб обусловливают
применение распиловки бревен параллельно их образующей. Такая распиловка
выполняется на однопильных станках.
По способу обработки пиломатериалы делят на необрезные,
односторонние обрезные, обрезные, строганные, калиброванные, клееные.
Необрезные – пиломатериалы с параллельными пластями и неопиленными
или частично опиленными кромками, с величиной непропила (обзола), более
допустимого в обрезных пиломатериалах. Односторонние обрезные –
пиломатериалы с одной опиленной кромкой и обзолом на этой кромке, не более
допустимого в обрезных пиломатериалах. Обрезные – пиломатериалы с
кромками, опиленными перпендикулярно пластям, и с обзолом не более
допустимого.
27
Пиломатериалы, у которых обработана строганием или фрезерованием
хотя бы одна пласть или обе кромки, относятся к строганым. Калиброванными
называют пиломатериалы, высушенные, а затем обработанные до заданного
более точного размера. Клееные – это пиломатериалы, изготовленные из
обрезков путем склеивания по длине, толщине и ширине.
По количеству пропиленных сторон брусья бывают двухкантные,
трехкантные и четырехкантные. Пласти брусьев могут быть обработаны
фрезерованием.
По местоположению в бревне доски (брусья) могут быть сердцевинными,
центральными и боковыми. Сердцевинную доску (брус) выпиливают из
центральной части бревна или бруса. Она включает сердцевину. Центральная
доска (брус) – каждая из двух смежных досок (брусьев), выпиленных из
центральной части бревна или бруса и расположенных симметрично оси бревна.
Боковые доски выпиливают за сердцевинной или центральными досками.
Крайние боковые доски называются подгорбыльными.
При выработке пиломатериалов из сбеговой зоны бревна возможно
получение попутных пиломатериалов в виде обапола и горбыля. Обапол (ГОСТ
5780-77) и горбыль (ГОСТ 13-28-74) имеют внутреннюю пласть и наружную
непропиленную или пропиленную частично поверхность. Для обапола
устанавливают длину и соотношение толщины и ширины, для горбыля
нормируют толщину и ширину тонкого конца.
2.1.2. Элементы и размеры пиломатериалов
В любом виде пиломатериалов различают следующие элементы: пласть,
кромка, торец, ребро (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Элементы пиломатериалов: 1 – наружная пласть; 2 – внутренняя пласть; 3 –
кромка; 4 – торец; 5 – тупой обзол; 6 – острый обзол; 7 –ребро; h – толщина; b – ширина; ℓ длина
28
Пласть – любая из двух противоположных более широких продольных
поверхностей пиломатериалов. Различают пласти: наружные и внутренние,
лучшие и худшие. Наружная пласть более удалена от сердцевины, внутренняя –
менее. Лучшая и худшая пласти определяются по наличию пороков и качеству
обработки древесины. Кромка – любая из двух противоположных более узких
продольных поверхностей. Торец – это концевое сечение продольных
поверхностей. Ребро – линия пересечения двух смежных поверхностей.
Пиломатериалы характеризуются длиной, шириной и толщиной. По
толщине их условно делят на тонкие (до 32 см) и толстые (св. 32 см). Длину
пиломатериалов измеряют в метрах, ширину и толщину – в миллиметрах.
Правила измерения пиломатериалов регламентируют ГОСТ 6564-84.
Длина пиломатериалов – кратчайшее расстояние между их торцами,
толщина – расстояние между пластями, ширину определяют по пласти, если
пиломатериал обрезной. Ширину необрезного пиломатериала определяют
полусуммой внутренней и наружной пластей, измеренных по середине длины.
Размеры пиломатериалов, установленные в стандартах для древесины
определенной влажности, называют номинальными. В России номинальые
размеры пиломатериалов внутреннего потребления устанавливают при
влажности древесины 20 %. Влажность выпиливаемых пиломатериалов, как
правило, всегда выше указанной, поэтому распиловочные размеры должны быть
больше номинальных. Превышение определяют установленным размером
припуска на усушку пиломатериалов. Кроме этого предусматривают и
распиловочные припуски линейных размеров сечений пиломатериалов с целью
уменьшения уровня дефектности досок в отношении снижения размеров их
сечений за нижнюю границу поля допуска. Тогда распиловочные размеры (P)
пиломатериалов окажутся связанными с номинальными (H) размерами
посредством выражения
Р=Н+y+r,
(2.1)
где y – припуск на усушку, мм; r– распиловочный припуск, мм.
Припуск на усушку нормирован ГОСТ 6782.1-75 и ГОСТ 6782.2-75
соответственно для пилопродукции хвойных и лиственных пород. Усушкой по
длине пренебрегают, так как ее размеры очень малы. Дается припуск только по
толщине и ширине. Измерение пиломатериалов производят по фактическому
размеру с отнесением к ближайшим номинальным размерам.
29
Действующие стандарты (ГОСТ 24454-80 и ГОСТ 2695-83) устанавливают
номинальные размеры и градацию пиломатериалов в зависимости от их
назначения и породы древесины. Многочисленность размеров (210 сечений при
толщине 16…250 мм и ширине 60 … 275 мм) пиломатериалов значительно
затрудняет их сортировку. К тому же она не всегда оправдана по
потребительским соображениям. Учитывая это, многие предприятия переходят
на производство пиломатериалов четырех-пяти сечений. Номинальные размеры
длины хвойных пиломатериалов - 1,0…6,5 м с градацией 0,25 м; твердых
лиственных пород – 0,5…6,5 м с градацией 0,1 м; мягких лиственных пород –
0,5…2,0 м с градацией 0,1 м. Фактические размеры пиломатериалов практически
всегда отличаются от заданных, что объясняется неточностью работы
лесопильного оборудования. Допускаются следующие отклонения фактических
размеров пиломатериалов: по длине +50 и –25 мм; по толщине до 32 мм
включительно ±1 мм; по толщине и ширине для обрезных досок 40…100 мм ± 2
мм; по толщине и ширине более 100 мм ± 3 мм.
2.2. Заготовки
2.2.1. Классификация заготовок
Заготовками из древесины называют пилопродукцию, полученную из
пиломатериалов путем их продольного и поперечного деления, с размерами и
качеством, соответствующим изготовляемым деталям и изделиям, и припусками
на механическую обработку и усушку. Их используют для изготовления
деревянных деталей в строительстве, железнодорожных вагонов и грузовых
автомашин, в судостроении и обозостроении, в производстве паркетных изделий
и мебели. Особую группу составляют резонансные заготовки для музыкальных
инструментов, лыжные, авиационные и др. Область применения заготовок
предопределяет соответствующие требования к их размерам и качеству.
В соответствии с назначением заготовки производят следующих видов:
пилѐные – изготовленные пилением; клеѐные – выполнеенные из нескольких
более мелких отрезков путем склеивания их по длине, ширине и толщине;
калиброванные и профилированные – высушенные и обработанные до заданного
размера и сечения. Склеивание увеличивает степень использования древесины,
калибрование и профилирование обеспечивают большую точность по толщине и
формированию сечения, что зачастую исключает необходимость их обработки в
дальнейшем.
30
2.2.2. Размеры заготовок
Как и пиломатериалы, заготовки условно делят по размерам на тонкие и
толстые. При этом заготовки хвойных пород толщиной 7…100 мм и шириной
более
двойной толщины называют досковыми, а толщиной 22…100 мм и
шириной не более двойной толщины – брусковыми.Длина заготовок должна
быть: 0,3…1 м с градацией 50 мм, свыше 1 м с градацией 100 мм. Минимальную
длину хвойных заготовок устанавливают равной 0,5 м. Толщину и ширину
заготовок определяют в соответствии с размерами пиломатериалов, что
обеспечивает высокую степень использования древесины при их раскрое.
Размерная сетка сечений (толщина 7…100 мм, ширина 40…200 мм)
заготовок из древесины хвойных и лиственных пород (ГОСТ 9635-81 и ГОСТ
7897-83) включает 226 единиц. Размеры заготовок установлены для древесины
хвойных пород влажностью 15 %, лиственных – 20 %. При большей влажности
древесины заготовки должны иметь припуск на усушку. Размеры поперечных
сечений калиброванных заготовок определяют по номинальным размерам
пиленых заготовок.
Устанавливаемые стандартами ряды номинальных размеров заготовок
тесно увязаны с размерами и конструкцией изготавливаемых из них деталей и
элементов машин и изделий. Совершенствование этих конструкций приводит к
изменению размерной сетки заготовок.
На размеры заготовок установлены предельные отклонения. Для пиленых
заготовок: по толщине и ширине до 32 мм - ±1 мм; по толщине и ширине от
35 мм и более ±2…3 мм. Для калиброванных заготовок: по толщине и ширине
до 32 мм – 1,5 мм; по толщине и ширине от 40 мм и более – 2,5…3 мм; по
ширине 110 мм и более – 3,0 мм. Предельные отклонения по длине не зависят
от вида заготовок и установлены в размере ±5 мм.
2.3. Качество пиломатериалов и заготовок
2.3.1. Основные понятия
Качество пиломатериалов и заготовок – это совокупность свойств,
обусловливающих их пригодность удовлетворять определенные потребности в
соответствии с назначением. Чем больше удовлетворяются эксплуатационные
31
требования, тем выше качество пилопродукции. Для оценки качества
используют комплексный базовый показатель. К нему относят: назначение
продукции, породу и качество древесины, шероховатость поверхности, а так же
прочность на изгиб.
2.3.2. Конструкционные и поделочные пиломатериалы
Действующие стандарты ориентируют лесопильную промышленность на
оценку качества пиломатериалов и заготовок по нормируемым порокам (сучки,
грибные поражения и т.д.) и выпуск обезличенной продукции многоцелевого
назначения. Однако переработка пилопродукции, произведенной не в строгом
соответствии с размерной спецификацией и требуемым качеством, увеличивает
расход древесины у потребителей на 15…20 % [14]. Вместе с тем более 60 %
выпускаемых в нашей стране пиломатериалов используется в гражданском и
жилищном строительстве, в вагоностроении. Для них наиболее важный
показатель качества – прочность. Поэтому выпускаемые пиломатериалы
целесообразно делить на конструкционные и поделочные.
Конструкционные пиломатериалы оценивают по прочности, поделочные –
по порокам древесины исходя из эстетических требований. В настоящее время
стандарты на конструкционные пиломатериалы действуют в США, Канаде,
Великобритании ФРГ, Швеции, Финляндии и других европейских странах. В
нашей стране прочностная оценка пиломатериалов находится в стадии
становления.
Основа силовой оценки пиломатериалов – корреляционная связь между
модулем упругости и пределом прочности при изгибе. Общий коэффициент
корреляции для сухих пиломатериалов достигает 0,918. Коэффициент
корреляции между модулем упругости сырых пиломатериалов и их пределом
прочности после высушивания составляет 0,75.
2.3.3. Стандартизация качества пиломатериалов
Пиломатериалы хвойных пород (ГОСТ 8486-86) изготовляют из
древесины сосны, ели, пихты, лиственницы и кедра. В зависимости от качества
древесины и качества обработки установлено пять сортов пиломатериалов:
отборный, 1, 2, 3 и 4-й сорт. Брусья изготовляют 1-, 2-, 3- и 4-го сортов.
32
В качестве базового показателя приняты следующие сортообразующие
пороки: сучки здоровые (сросшиеся, частично сросшиеся, загнившие, гнилые и
табачные), сердцевина, грибные поражения, трещины, косослой, прорость,
смоляные кармашки, червоточина, рак. Нормируемые показатели качества
обработки – обзол, кривизна, покоробленность, непараллельность пластей и
кромок, шероховатость поверхности, перпендикулярность и прямоугольность
торцов. Оценка пороков древесины осуществляется по ГОСТ 2140-81, а
шероховатость поверхности – по ГОСТ 7016-82. Пилѐные материалы должны
иметь шероховатость поверхности по показателю Rmax не более 1300 мкм,
строганные и калиброванные – не более 200 мкм.
Принадлежность пиломатериалов к тому или иному сорту определяют
сравнением количества пороков и их размеров на пиломатериале с
установленными стандартом их количеством и размерами с учетом принятой
совокупности. ГОСТ регламентирует примерное назначение пиломатериалов
различных сортов.
Пиломатериалы лиственных пород (ГОСТ 2695-83) изготовляют из
древесины дуба, ясеня, бука, граба, тополя, клена, вяза, ильма, береста, ольхи,
осины, липы и др. В зависимости от качества древесины и качества обработки
установлены три сорта пиломатериалов: 1-й 2-й и 3-й. Сортообразующие пороки
аналогичны пиломатериалам хвойных пород. Оценку качества пиломатериалов
проводят по худшей пласти и кромке.
Конструкционные пиломатериалы с контролируемой прочностью и
жесткостью можно изготовлять по ТУ 13-722-83 «Доски конструкционные» из
древесины сосны, если, пихты, лиственницы, березы и осины с размерами по
ГОСТ 244454–80 двух сортов – К24 и К19. Число, входящее в обозначение
сорта, соответствует значению (в МПа) нормативного сопротивления изгибу при
нагружении на пласть.
2.3.4. Стандартизация качества заготовок
Заготовки из древесины хвойных пород (ГОСТ 9685-61) по качеству
древесины делят на четыре группы: 1-, 2- 3- и 4-я; из древесины лиственных
пород (ГОСТ 7897-83) – на три сорта - 1-, 2-, 3-й. Основанием для отнесения
заготовок к определенной группе качества служит нормированное ограничение
пороков и качество обработки. Их оценку осуществляют согласно ГОСТ 2140-81
33
и ГОСТ 7016-82. Сортообразующими являются следующие пороки древесины:
сучки, грибные поражения, трещины, наклон волокон, прорость, ложное ядро,
сердцевина, червоточина, покоробленность и др., а также качество обработки.
Оценку качества производят по худшей пласти и кромке с учетом назначения
заготовок и их разновидности. Так, грибные окраски, пятнистость и трещины на
лицевой пласти не допускаются; в заготовках для гнутых деталей учитываемые
сучки допустимы при условии их расположения на расстоянии не более 100 мм
от торцов; в калиброванных заготовках должна быть произведена заделка сучков
и других пороков древесины.
Следует отметить, что размеры заготовок – важнейший показатель их
качества. Они определяют их потребительские свойства. Чем больше сечение
заготовок, тем больше размеры допускаемых пороков. Следовательно, раскрой
пиловочного сырья на пиломатериалы, а пиломатериалов на заготовки
различных размеров можно рассматривать с позиций изменения их качества.
Важным качественным признаком калиброванных заготовок служит точность
калибрования, а клееных – прочность склеивания.
2.3.5. Маркировка пиломатериалов и заготовок
О принадлежности пиломатериалов и заготовок к определенному сорту
или группе качества свидетельствует маркировочный знак, наносимый на торец
или пласть пиломатериалов и заготовок краской, мелком. Количество меток и их
расположение соответствуют определенному сорту пиломатериалов или группе
качества заготовок (ГОСТ 6564-84). Пиломатериалы и заготовки толщиной
менее 25 мм маркируют полосами, а толщиной 25 мм и более – точками. При
маркировке пиломатериалов специального назначения к знаку, обозначающему
сорт, должна добавляться буква, например, для судостроения отборного или 1-го
сортов ОС или 1С.
Маркирование пилопродукции в пакетах, производят по ГОСТ 19041-85.
Пакеты, предназначенной для внутреннего потребления, должны иметь ярлык,
на который несмываемой краской наносят соответствующие реквизиты.
34
2.4. Определение объема пиломатериалов
Объемы обрезных пиломатериалов определяются как произведения их
номинальных ширины, толщины и длины. Для удобства составлены таблицы
объемов (ГОСТ 5306-83). Они представлены в двух видах: таблицы объема
одного погонного метра пиломатериала и таблицы объема 1 шт. пиломатериала
для соответствующей длины, толщины и ширины. Объем необрезных
пиломатериалов определяется при помощи тех же таблиц, что и для обрезных,
но ширину их находят как полусумму ширины двух пластей, измеренных на
середине пиломатериала.В автоматизированных лесопильных производствах
используется дистанционная система определения размерных параметров
пиломатериалов и заготовок и их учет по каждой породе, сечению и сорту.
Контрольные вопросы
1. Что представляют собой пиломатериалы и заготовки? Почему необходимо
их деление на породы?
2. Какие геометрические элементы имеет пиленая продукция и как они
называются?
3. Назовите виды пиломатериалов и заготовок по характеру обработки и
назначению. Что такое поделочные и конструкционные пиломатериалы?
4. Что такое номинальные и фактические размеры пиломатериалов и
заготовок?
5. Чем определяется качество пилопродукции? На какие сорта
подразделяются
пиломатериалы и заготовки в соответствии с
требованиями стандартов?
6. Как определяется объем пиломатериалов и заготовок?
7. Как проводится маркировка пиломатериалов и заготовок?
35
РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКРОЯ СЫРЬЯ
Глава 3
РАСКРЯЖЁВКА ХЛЫСТОВ
3.1. Предмет теории раскряжевки хлыстов
Предметом теории раскроя хлыстов на пиловочные бревна является
разработка
математического
(экономико-математического)
аппарата,
позволяющего с учетом породы и размерно-качественной характеристики сырья
и применяемого технологического оборудования вырабатывать наибольший
объѐм спецификационной пилопродукции. Ниже приведены некоторые
элементы теории раскряжевки.
3.2. Критерии оптимальности раскряжевки
Раскрой хлыстов оценивают следующими критериями - объѐмным и
спецификационным выходом сортиментов; выходом цилиндрического объѐма;
объѐмным выходом спецификационной пилопродукции.
Объѐмный выход деловых сортиментов О выражается процентным
отношением объѐма всех полученных круглых лесоматериалов Vл к объѐму
хлыстов Vх:
О=(Vл/Vх)100 %.
(3.1)
Спецификационный выход С определяется процентным отношением
объѐма плановых сортиментов Vn к объѐму хлыстов:
С=(Vn/Vх)100 %.
(3.2)
Выход цилиндрического объѐма брѐвен Ц выражается процентным
отношением суммарного объѐма цилиндрической зоны сортиментов Vц к
объѐму круглых лесоматериалов:
Ц=(Vц/Vл)100 %.
(3.3)
Объѐмный выход спецификационных пиломатериалов или заготовок
Ос.п.,который определяется процентным отношением объѐма плановых
пиломатериалов Vс.п. к объѐму хлыстов:
Ос.п=(Vс.п./Vx)100 %.
(3.4)
Первые два показателя оптимальности раскряжевки рекомендуется
учитывать в условиях лесозаготовительных предприятий, вырабатывающих
36
товарные лесоматериалы различного назначения, третий и четвѐртый - на
лесопильно-деревообрабатывающем предприятии.
Увеличение цилиндрического объѐма бревен при разделке хлыстов имеет
большое значение для производства пиломатериалов, так как объѐмный выход
пилопродукции тем выше, чем ближе форма бревна к цилиндру. По данным
профессора Г.Д. Власова [6], выход пиломатериалов из цилиндрической зоны
бревна в среднем составляет 80 %, а из зоны сбега – 20 %. Если повысить
цилиндрический объѐм пиловочных бревен на 4 %, то выход обрезных
пиломатериалов возрастет примерно на 3 %. Поэтому одной из задач
рационального раскроя хлыстов является составление оптимальных схем их
раскряжевки, обеспечивающих получение максимального цилиндрического
объѐма древесины при заданной длине сортиментов, выкраиваемых из хлыста.
Последний критерий широко используется в мировой практике
лесопиления, например, на линиях финской фирмы ―Valmet‖, оснащенной
системой ―Optilog‖, которая регистрирует геометрические характеристики
каждого хлыста и бревна (диаметр через 5 мм, длину, объѐм, величину сбега,
кривизну, эллиптичность). Измерительная система ―Optilog‖ подключена к
ЭВМ, где с помощью имитационных моделей выбирают оптимальный вариант
раскроя хлыста и распиловки бревна.
3.3. Максимизация выхода цилиндрического объѐма
брѐвен без учѐта качественных зон хлыстов
Разработкой методов увеличения выхода цилиндрического объѐма бревен
при разделке хлыстов занимались многие исследователи [6]. Так, Н.П. Анучин
разработал метод поиска схем раскроя хлыстов по разделочной таблице. Расчет
длины бревен по табличному способу ведется с учетом сбега участка хлыста
L=(Scp/Sд)Lcp ,
(3.5)
где L – расчетная длина вырезаемого бревна, м; Sср, Sд – средний и
действительный сбег бревна, см/м; Lср – средняя длина бревна, м, определяемая
как средневзвешенная величина.
Г.Д. Вильке и Н.А. Батин при максимизации выхода цилиндрического
объѐма сортиментов использовали математическую модель древесных хлыстов в
виде параболы 2-й степени. Ими разработан математический метод поиска схем
37
раскряжевки хлыстов на 2,3..., n бревен с максимальным цилиндрическим
объемом древесины. Ученые пришли к выводу, что раскрой хлыста следует
производить с одинаковой разницей между диаметрами нижнего D и верхнего d
сечения сортиментов, при этом D/d 1,41.
В.С.Петровский для решения задачи максимизации цилиндрического
объема древесины бревен при раскряжевке хлыстов использовал четыре
математических метода: классического анализа, градиента, одношагового
поиска и динамического программирования. Однако эти методы основаны на
использовании довольно сложных уравнений, что создает определенные
вычислительные трудности.
В.А. Червинский предложил графический метод, согласно которому в
масштабе в относительных величинах вычерчивается образующая хлыста (рис.
3.1).
Относительная длина хлыста,
Lx
Рис 3.1. Схема раскряжевки хлыста на отрезки для получения сортиментов
максимального цилиндрического объѐма: L ,L ,L ,L — длины полученных отрезков хлыста,
1
2
3
4
пронумерованных от комлевого среза
На ней берется точка М1 с произвольной абсциссой. Через эту точку
проводится касательная и прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с
осью ординат. Через точку их пересечения А0 проводится наклонная,
параллельная касательной, до пересечения с вертикалью, проведенной из точки
М1. Через полученную точку А1 (пересечения вертикальной и наклонной
прямых) проводится горизонтальная прямая до пересечения с образующей.
Получают точку
, из которой проводится вертикальная прямая до
38
пересечения с наклонной , проведенной из точки А1. Далее построение
повторяется. Последняя точка пересечения вертикальной и наклонной прямых
должна попасть на ось абсцисс. Если точка
оказалась ниже или выше
оси абсцисс на величину k, то точку М1 необходимо передвинуть по
образующей соответственно выше или ниже на величину
формуле
, вычисленную по
=k/2(n-1),
(3.6)
где n- число сортиментов в хлысте.
Меняя длину первого (комлевого) отрезка ( на рис. 3.1), получают схемы
для различного числа сортиментов в хлысте. Для получения абсолютной длины
сортиментов необходимо выбранную длину хлыста (м) умножить на указанные
в схеме относительные длины отрезков. Найденные таким образом абсолютные
длины отрезков переводят в стандартные по формуле
Lcn
n нс
Li
i 1
n 1 c
Li
i 1
,
(3.7)
где Lcn -n-й по счету от комлевого среза сортимент стандартной длины; Liнс нестандартная длина i -го отрезка хлыста, полученная умножением абсолютной
длины хлыста на относительную длину отрезка (из схемы): Lci - стандартная
длина i-го сортимента;
- алгебраическая величина, которую необходимо
прибавить к нестандартной длине отрезка для получения стандартной длины
сортимента.
3.4. Алгоритм максимизации выхода
цилиндрического объѐма брѐвен
Изложенный выше метод раскряжевки хлыстов может быть реализован на
ЭВМ. Рассмотрим это решение.
Функция (x)=0,25 d2(х), представляет собой площадь сечения хлыста на
некотором расстоянии х от его вершины (рис. 3.2). Если задана длина
некоторого сортимента хлыста координатами х i-1 и хi, тогда произведение (хiхi-1) (хi-1), т.е. площадь ступеньки под функцией
(х), будет равно
цилиндрическому объѐму соответствующего сортимента. Лучший в смысле
максимума цилиндрического выхода раскрой хлыста на n сортиментов будет
39
обеспечен выбором n-1узлов таких, чтобы площадь под ступенчатой функцией
оказалась максимальной.
Рис. 3.2. Пояснение к модели раскряжевки хлыстов
Площадь под ступенчатой функцией, расположенной под кривой (х),
представляет собой функцию n-1 переменных x1,...xn-1,непрерывную на
интервале [ а, b] , принимающую минимальные значения при х1=…=хn-1=a и
x1=...= xn-1= b и имеющую максимум при a
максимума площади
Fx
n
x
i 1 i
xi
1
f xi
х1 …
хn-1
b. Условием
(3.8)
1
под ступенчатой функцией является равенство нулю частных производных
F (x)
0, i 1,....., n 1
x
x xi
(3.9)
при граничных условиях
(x0)= (a)=const, xn=b=const.
(3.10)
Тогда максимум функции (3.8) получится путем еѐ дифференцирования
F ( x)
x
x xi
( xi 1
xi ) f ( xi ) [ f ( xi )
f ( xi
1
)] 0,
(3.11)
Отсюда
xi 1
xi
f xi
f xi 1
f xi
(3.12)
40
Поскольку абсцисса начального узла х0=а известна и соответственно
значение функции в этом узле (х0)= (а), то, если некоторое заданное значение
очередной абсциссы х1 обеспечит в соответствии с (3.12) в конечном итоге
вычислений всех хi ( i=1,...,n) значение хn=b, задача решена. Если же окажется,
что хn > b или хn< b, то соответственно и значение абсциссы х1, необходимое
для выполнения условий максимума площади под ступенчатой функцией, либо
завышено, либо занижено. Эти математические выкладки позволяют построить
простой итерационный алгоритм, последовательно уточняющий некоторое
произвольно заданное значение абсциссы х1 до такого, которое обеспечит
нахождение всех оставшихся узлов, удовлетворяющих условиям (3.9)-(3.10).
Геометрически уравнение (3.11) представляет собой соотношение между
катетами
прямоугольного
треугольника
с
координатами
вершин
xi , f xi 1 , xi , f xi
xi 1 , f xi , (рис. 3.2), где tq
f xi . Это обеспечивает
возможность графического решения задачи: расстояние от уже известного узла
хi до следующего хi+1 (катет, прилежащий углу ) определяется через разность
между значениями функции в двух предыдущих узлах
(xi) и (xi-1) (катет,
противолежащий углу ) и значение производной f xi (тангенс угла ).
Предложенный алгоритм может быть использован и для решения задачи
максимизации цилиндрического выхода деловой древесины при раскряжевке
хлыстов, имеющих центральную гниль.
3.5. Максимизациия цилиндрического объема брѐвен
при наличии центральной гнили
Предположим что образующая h = h(x) центральной гнили известна.
Обозначим g(x)=0.25 h2(x)-функцию, представляющую собой площадь сечения
области гнили на расстоянии х от вершинного среза (рис. 3.4). Для n
сортиментов, получаемых из хлыста с центральной гнилью, необходимо будет
выбрать расположение n-1 узлов так, чтобы обеспечить максимум площади
фигуры, образованной ступенчатыми функциями под кривой (х) и над кривой
g(х).
Площадь такой фигуры представляет собой функцию n-1 переменных
41
x1,...,xn-1 непрерывную на интервале [а,b], принимающую минимальные
значения при x1 =...= xn-1 = a и x1 =...= xn-1 = b и имеющую максимум при
а< x1<...< xn-1 <b.
Рис. 3.3. Модель раскряжевки хлыстов при наличии центральной гнили
Условием максимума площади
n
G( x )
i 1
( xi
xi 1)[ f ( xi 1) g ( xi )]
ступенчатой фигуры является равенство нулю частных производных
G( x )
0, i 1,....., n 1
x
x x
(3.13)
(3.14)
i
при граничных условиях
x0=a, f(x0)=f(a), xn=b, g(xn)=g(b).
Дифференцируя (3.13), получим
G( x )
( xi 1 xi ) f ( xi )
x x
x
i
[ f ( xi ) f ( xi 1)] ( xi xi 1) g ( xi ) [ g ( xi 1) g ( xi )] 0
(3.15)
(3.16)
Уравнение (3.16) можно записать в виде системы
( xi
1
xi ) f ( xi ) [ f ( xi ) f ( xi 1)] yi
( xi xi 1) g ( xi ) [ g ( xi 1) g ( xi )] yi
(3.17)
которую можно решить с помощью изложенного выше алгоритма двойного
итерационного процесса. Отметим также, что при реализации на ЭВМ
предложенного алгоритма необходимо учитывать то обстоятельство, что
функция определена, как правило, не на всем интервале [а, b].
42
С другой стороны, система (3.16)
представляет собой систему n-1 нелинейных
уравнений относительно х (i=1,...,n-1).
Каждое из уравнений представляет собой
непрерывно
дифференцируемую
действительную функцию переменных xi-1,
начало
Ввод исходных
данных
1
2
Модуль расчета
коэффициентов
функций
f(x) и g(x)
3
Гниль
есть
4
нет
да
Нахождение
нуля функции
g(x)
5
Нахождение
узлов xi и
длин сортиментов
L(xi)
6
Вывод
результатов
конец
xi, xi+1. Данную систему также можно
численно решить методом Ньютона.
Итогом решения задачи максимизации
выхода
цилиндрического
объѐма
сортиментов при раскряжевке древесного
хлыста при наличии централь-ной гнили
являются
длины
сортиментов,
обеспечивающие максимум объѐма деловой
древесины, заключенной в кольцевом цилиндре. Блок-схема вычислительного алгоритма представлена на рис. 3.4. В блоке 1
осуществляется ввод исходных данных:
диаметров раскраиваемого хлыста и
центральной гнили. В диалоговом режиме
происходит ввод порядка m аппроксимационных полиномов соответственно для
образующей хлыста и образующей гнили, а
также n-число раскраиваемых сортиментов.
Во втором блоке производится расчет
коэффициентов a1 и b1 функций d(x) и h(x)
методом наименьших квадратов.
Рис. 3.4. Алгоритм раскряжевки
хлыстов, имеющих центральную
гниль
В блоке 3 осуществляется проверка наличия гнили. Если гниль существует, то
находим нуль функции g(x) (блок 4) методом бисекции. Эта точка является
координатой g начала области гнили. На отрезке [0,g] от комля считаем, что g(x)
= 0. Если центральной гнили нет, то g(x) = 0 на всем участке [0,1].
43
В блоке 5 находим координаты узлов хi и длины сортиментов L(xi). Расчет
происходит методом двойной итерации, если гниль наличествует, и простой
итерации, если она отсутствует. В блоке 6 производится вывод результатов
раскроя на стандартные устройства вывода.
3.6. Оптимизация раскроя хлыстов на ЭВМ
по критерию максимального выхода пиломатериалов
Оптимизацию раскроя хлыстов по критерию максимального выхода
спецификационных пиломатериалов проводят по специальным технологическим
программам на ЭВМ . В основу программ положен вариационный метод, по
которому хлысты раскраивают на пиловочные бревна нескольких длин с такими
диаметрами верхнего торца, сбегом, особенностями формы и качеством,
которые могут обеспечивать максимальный объем спецификационной
продукции при заданных поставах.
Блок-схема укрупненного алгоритма имитационной модели раскроя
хлыстов вариационным методом представлена на рис. 3.5 [14].
Исходными данными для реализации программы являются: система
поставов (см. гл. 4); размерная спецификация сечений пиломатериалов; ряд длин
бревен, предназначенных для выпиловки; минимальная допустимая длина
боковых досок; величина припуска по длине бревна.
Пиловочная зона начинается от комля. В вершинной части она
ограничивается сечением, в котором диаметр хлыста принимает значение,
равное минимальному верхнему диаметру бревен, на котором действует
заданная система поставов. Определяет границу и, как следствие, длину
пиловочной зоны блок 2.
Имитация процесса раскроя хлыста начинается с синтеза комбинаций из
заданных длин бревен, на которые раскраиваются хлысты (блок 3).Для каждого
бревна из текущей комбинации блок 4 определяет диаметр верхнего торца, сбег,
объѐм. Далее имитируется распиловка бревен с учетом их сортировки по
критерию максимального выхода пиломатериалов. Для этого рассчитывают
объѐмный выход и выделяют поставы с максимальным объѐмным выходом
пиломатериалов (блок 8). Блок 9 анализирует окончание всех возможных
комбинаций из длин бревен. При несоблюдении анализа управление передается
блоку 3, где синтезируется очередная комбинация, затем цикл повторяется.
44
После окончания синтеза возможных вариантов раскроя блок 10 выделяет схему
с максимальным объѐмом пиломатериалов. Блок 11 печатает результаты.
начало
1
Ввод И. Д.
и формирование
начальных условий
8
2
3
4
Определение длины
пиловочной зоны
Синтез комбинаций
из длин бревен
9
Нет
Определение вершинных
диаметров сбега, объема
бревен
Выбор постава
из системы
11
6
Комбинации
кончились
Да
10
5
Выделение постава
с максимальным
объемным выходом
пиломатериалов
Расчет объемного
выхода
пиломатериалов
Выделение
комбинаций с максимальным объемом
пиломатериалов
Печать
результатов
конец
Поставы
кончились
Нет
Да
Рис. 3.5. Алгоритм имитационной модели раскроя хлыстов
Применение технологически ориентированных программ для ЭВМ при
раскрое хлыстов позволяет решать следующие задачи:
1. Обеспечить экономию древесины на 5…8 %.
2. Определять оптимальные длины пиловочных бревен и их количество,
исходя из конкретных условий лесопильных предприятий с учетом размерных
параметров хлыстов, поставов и спецификации пиломатериалов.
45
3. Прогнозировать объѐмный выход пиломатериалов при раскрое хлыстов по
критерию максимального выхода пиломатериалов.
Контрольные вопросы
1. Что понимается под теорией раскряжѐвки хлыстов на сортименты?
Назовите задачи, которые должна решать теория раскряжѐвки древесных
хлыстов.
2. Какими критериями оценивается оптимальность раскроя хлыстов на
сортименты? Как определить эти критерии? Какое значение это имеет при
рациональном и комплексном использовании древесины?
3. Какие задачи планирования раскроя хлыстов возникают в условиях
лепильно-деревообрабатывающих производств?
4. Какие методы
максимализации выхода цилиндрического объѐма
сортиментов при раскряжѐвке хлыстов предложены Н.П.Анучиным, Г.Д.Вильке
и Н.А.Батиным, В.А.Червинским, В.С.Петровским?
5. Расскажите об алгоритмах максимизации выхода цилиндрического объѐма
сортиментов без учѐта качества древесины и при наличии в хлыстах
центральной гнили при их реализации на ЭВМ.
6. Расскажите, как решается задача раскроя хлыстов на ЭВМ по критерию
максимального объѐмного выхода заготовок.
Глава 4
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКРОЯ
ПИЛОВОЧНЫХ БРЕВЕН
4.1. Способы раскроя бревен
Большие различия размерно-качественных и физико-механических
характеристик древесного сырья и требований к пилопродукции, а также объема
и технического уровня производства привело к значительному разнообразию и
необходимости постоянного совершенствования способов раскроя бревен.
Сложилась следующая классификация методов распиловки бревен:
индивидуальный, групповой и индивидуально-групповой (смешанный).
Индивидуальный метод предусматривает раскрой каждого бревна с
учетом его особенностей по индивидуальному поставу, групповой – распиловку
партии брѐвен, имеющих сложную размерную и качественную характеристику,
46
по принятому поставу, индивидуально-групповой – раскрой брѐвен по
индивидуальному поставу на крупные элементы (брусья, сегменты, секторы) с
последующей их распиловкой по общему для определѐнной группы
пиломатериалов поставу.
Перечисленные методы распиловки брѐвен могут быть выполнены
различными
способами.
Для
выработки
пиломатериалов,
не
предусматривающих ориентации пластей относительно годичных слоѐв,
используют два основных способа – развальный и брусово-развальный.
Распиловка брѐвен вразвал (рис. 4.1, а) характеризуется тем, что плоскости
всех пропилов в бревне параллельны между собой. При этом из бревна
выпиливают несколько необрезных досок и два горбыля. Полученные
пиломатериалы имеют максимально возможную ширину, причем средняя
ширина пиломатериалов равна 0,73d. Данный способ легко осуществим. Однако
при этом продукция имеет малую степень завершенности, а также низкий
качественный выход
вследствие пересечения качественных зон бревна.
Развальным способом распиливают в основном тонкомерное сырьѐ.
Брусово-развальный (брусовый) способ раскроя бревен (рис. 4.1, б)
осуществляется за два прохода через бревнопильный станок. На первом проходе
из средней части бревна получают двухкантный брус, а из крайних выпиливают
необрезные доски и два горбыля. На втором проходе из зоны бруса,
ограниченной пластью, получают обрезные, а из крайней зоны – необрезные
доски и два горбыля. При раскрое толстых бревен диаметром 36…40 см и выше
из них выпиливают два или три бруса с последующей распиловкой их на доски
за один-два прохода. Брусово-развальный способ позволяет вырабатывать
продукцию с высокой степенью завершенности (45…50 % пиломатериалов
обрезные одной ширины) и лучшим, по сравнению с развальным, качественным
выходом пиломатериалов, так как при этом качественные зоны бревна
разделяются. Наличие брусовой зоны существенно расширяет возможности
выработки обрезных спецификационных пиломатериалов. В пределах ширины
пропиленной пласти бруса можно вырабатывать обрезные доски требуемой
толщины, так как здесь отсутствуют отходы в рейку.
Сегментный способ раскроя (рис. 4.1, г) сырья предусматривает его
распил на два сегмента с последующим их раскроем развальным способом на
радиальную и полурадиальную продукцию с одной обрезной кромкой. Способ
используется при переработке крупномерных бревен.
47
Рис. 4.1. Способы распиловки бревен:
а – вразвал; б – брусово-развальный; в – секторный; г – сегментный; д – развальносегментный; е – развально-секторный; ж – брусово-сегментный; з – комбинированный
развально-сегментный; и – круговой
Круговой способ раскроя (рис. 4.1, и), характеризуется тем, что бревна
после отпила горбыля (сегмента) и одной или нескольких досок поворачиваются
на 900 для отпиливания следующей группы досок или, например, сегмента и т.д.
Этот способ применяется как для получения пиломатериалов тангенциальной
распиловки, так и для пиломатериалов радиальной и полурадиальной
распиловки. При этом способе вырезка гнили в центре бревна легко
осуществляется без предварительной сортировки бревен по размерам и качеству
на однопильных вертикальных ленточнопильных станках.
Использование в восточных районах страны сырья большой толщины,
разнообразных пород и качества привело к применению комбинированных
способов раскроя (рис. 4.1, д, е, ж, з). Так, развально-сегментный способ
распиловки крупномерного лиственничного сырья (рис. 4.1, з) предусматривает
получение на первом проходе из центральной зоны бревна пиломатериалов
радиальной распиловки, а из периферийной – два обрезных сегмента и
48
необрезные доски. На втором проходе обрезные сегменты (боковые тонкие
двухкантные брусья) распиливают на обрезные радиальные и полурадиальные
доски. При этом способе учитывается, что пиломатериалы радиальной
распиловки сушатся практически без брака и требуют вдвое меньше припусков
на усушку по сравнению с тангенциальными.
Секторный и развально-секторный способы раскроя (рис. 4.1, в, е)
обеспечивают наиболее высокий выход пилопродукции радиального вида
(до 40 %), однако характеризуются большими отходами древесины и
трудоѐмкостью [27]. Отклонение фактического значения диаметра сырья от
расчѐтного в меньшую сторону приводит к нецелесообразности применения
этих способов.
К комбинированным способам также можно отнести разработанные
И.С. Межовым [6] способы получения радиальных пиломатериалов,
позволяющие эффективно использовать не только центральную, но и
периферийную зону бревна. Суть способов заключается в том, что
вырабатываемые на первом проходе наряду с радиальными пиломатериалами
сегменты и секторы обрабатывают по сбегу и получают оптимально вписанные
в них пиломатериалы треугольной, пятиугольной и клиновидной формы
(рис. 4.2), которые затем склеивают по сбегу в тангенциальные пиломатериалы
прямоугольного сечения. Полученные таким образом пиломатериалы
раскраивают по ширине на радиальные заготовки заданного сечения. Эти
способы обеспечивают существенное возрастание объемного выхода
радиальных пиломатериалов и заготовок. При распиловке бревен малого
диаметра (до 18 см, рис. 4.2, а) наибольший общий выход радиальных
пиломатериалов (в данном случае все они клееные) составляет от 64,1 до 68 %.
При раскрое бревен диаметром 20 см и более (рис. 4.2, б, в, г) – 67,8…71,3 %.
В последние годы распространяется способ углового пиления,
предусматривающий получение из брѐвен за один проход режущих
инструментов (двух круглых пил или комбинации ленточных и дисковых пил,
расположенных под углом 90 град.) обрезных пиломатериалов (рис. 4.3, а).
49
Рис. 4.2. Схемы раскроя бревен на радиальные пиломатериалы:
а, б, в, г, е, ж – виды профильных заготовок; 1 – обрезные пиломатериалы; 2 – полуобрезные
пиломатериалы; 3, 4, 5 – профильные заготовки; (3 – треугольные, 4 – пятиугольные, 5 –
клиновидные)
Возможна также выработка профилированных заготовок (рис. 4.3, б).
Рис. 4.3. Схема распиловка бревен способом углового пиления на обрезные пиломатериалы
прямоугольного (а) и профильного сечений (б)
С 70-ых годов прошлого века используется способ раскроя брѐвен на
обрезные пиломатериалы с предварительным фрезерованием сбеговой зоны и
превращением еѐ в технологическую щепу (рис. 4.4). Способ носит название
агрегатная переработка брѐвен. Он позволяет повысить комплексное
использование сырья до 85 %. Схемы агрегатной переработки аналогичны
распиловке брѐвен вразвал или с брусовкой.
Способы раскроя брѐвен на фрагменты непрямоугольного сечения с
последующим склеиванием многовариантны и существуют в нашей стране пока
в виде изобретений и опытных разработок. Они позволяют увеличить объемный
50
выход обрезных пиломатериалов до 70 % и более. Приведѐм три способа.
Рис. 4.4. Схемы агрегатной переработки брѐвен:
а – на линиях агрегатной переработки брѐвен (ЛАПБ); б – на фрезернопильных станках; в – на
фрезерно-брусующих станках; 1 – обрезные доски; 2 – технологическая щепа; 3 – необрезные
доски; 4,5 – соответственно двухкантный и четырѐхкантный брусья
По секторно-совмещѐнному способу (рис. 4.5) брѐвна раскраивают на
сектора (секторные пиломатериалы) с одинаковой величиной центральных
углов α с последующим склеиванием двух или нескольких секторов таким
образом, чтобы сердцевинная часть одного сектора совпала с периферийной
частью другого, а их нижние части с верхними; полученный блок можно
распилить на доски.
а
б
в
г
Рис. 4.5. Способ получения клееных пиломатериалов из секторов:
а - распиловка бревна на сектора; б - склеивание секторов в блок; в - распиловка блока на
пиломатериалы (г)
Призменно-совмещѐнный способ (рис. 4.6) предусматривает выработку из
оцилиндрованного бревна заготовки в виде правильной многоугольной,
например, шестиугольной призмы с последующим ее раскроем на пятиугольную
и две треугольные призмы, последние приклеивают к пятиугольной призме
51
получая четырехкантные брусья, которые распиливают на обрезные доски.
а
б
в
г
д
Рис. 4.6. Призменно-совмещѐнный способ получения клееных пиломатериалов:
а - раскрой оцилиндрованного бревна на заготовки в виде правильного шестиугольника; б распиловка шестиугольной призмы на пятиугольную и две треугольные призмы; в склеивание призм в блоки прямоугольного сечения; г - распиловка блока на обрезные
пиломатериалы (д)
По патенту №5286571 (США) в соответствии с рис. 4.7 из брѐвен
выпиливают радиальные пиломатериалы и расположенные между ними
трѐхкантные заготовки, которые склеивают в последующем в недеформируемые
щиты для мебели и домостроения.
Рис. 4.7. Схема варианта раскроя бревна по патенту
№ 6286571 США: 1 – радиальные пиломатериалы; 2 –
трѐхкантные заготовки
Изложенные способы не исчерпывают всего разнообразия предлагаемых
технологических решений получения пиломатериалов.
4.2. Критерии эффективности раскроя бревен
на пилопродукцию
Эффективность раскроя бревен на пилопродукцию оценивается объемным
и спецификационным выходами, а также качественными показателями.
Объемный выход О показывает степень использования древесины бревна
без учета размеров и качества пилопродукции и представляет собой выраженное
в % отношение объема выработанных пиломатериалов Vпм (м3) к объему
затраченного сырья Vс (м3):
52
О = (100 Vпм) / Vс.
(4.1)
Объемный выход пиломатериалов зависит от формы, размеров и качества
бревен, назначения пиломатериалов, способа распиловки и системы поставов,
применяемого для распиловки оборудования и режущего инструмента и др. Так,
при выпиловке обрезных пиломатериалов из бревен хвойных пород вразвал их
объемный выход составляет от 53 до 63 %, а необрезных порядка 70 % и более.
Спецификационный
выход
С
определяет
степень
выработки
пиломатериалов заданных размеров в общем количестве выпиленных
пиломатериалов и представляет собой отношение объема спецификационных
пиломатериалов Vсп.пм к объему перерабатываемого пиловочного сырья, %,
С = 100 Vсп.пм/Vс = 100[O–(Aп + Ан)] / Vс ,
(4.2)
3
где Vсп.пм – объем спецификационных пиломатериалов, м , равный разности
между общим объемным выходом О, м3 , и суммой перевыполненных объемов
пиломатериалов, м3, тех или иных размеров и качества сверх объемов, заданных
спецификацией (Aп – перепилы), и недовыпиленных объемов пиломатериалов
тех или иных размеров и качества, заданных спецификацией (Aн – недопилы).
Увеличение спецификационного выхода является одним из основных
вопросов повышения эффективности лесопиления.
Качественные показатели характеризуются посортным выходом,
посортным составом и ценностными коэффициентами.
Посортный выход пиломатериалов Оi – это выход пиломатериалов
каждого сорта и сортимента в % от общего объема сырья:
Оi = (100 Viпм) / Vс,
(4.3)
3
где Viпм – объем пиломатериалов определенного сорта и сортимента, м .
Посортный состав пиломатериалов – это состав по сортам и
сортиментам, выраженный в % от общего объема пиломатериалов:
Пi = (100 Viпм) / Vпм,
(4.4)
где Пi – доля каждого сорта и сортимента пиломатериала в их общем объеме,%.
Для оценки качественного состава пиломатериалов в зависимости от
породы, назначения и сортов возможно использование ценностных
коэффициентов сортности (табл. 4.1). Они представляют собой отношение
оптовой цены пиломатериалов данного сорта к оптовой цене базового сорта.
Например, за базовый сорт для хвойных пиломатериалов, принят третий сорт.
53
Таблица 4.1
Ценностные коэффициенты сортности пиломатериалов хвойных пород
Пиломатериалы
Обрезные длиной 2-6,5м
Необрезные длиной 2-6,5м
ГОСТ
8486-86
Сорт
отборный
1
2
3
4
2,5
1,7
1,3
1,0
0,7
1,6
1,3
1,1
0,8
0,6
Средний ценностный коэффициент сортности К определяется по
формулам:
K = ( Viпм ki) / Vпм,
(4.5)
K = ( ki Пi) /100,
(4.6)
где ki – ценностные коэффициенты соответствующих сортов и сортиментов
пиломатериалов (табл. 4.1).
Качественный состав пиломатериалов во многом определяет
конкурентоспособность изделий из натуральной древесины.
При выработке из пиловочного сырья не только пилопродукции, но и
технологической щепы и опилок (стружек) оценку эффективности переработки
круглых лесоматериалов можно провести по коэффициенту комплексного
использования сырья Кисп, который представляет собой отношение суммы
объемов пиломатериалов Vпм (м3) и измельченной древесины Vизм (м3) к объему
распиленного сырья (м3):
Kисп = (Vпм + Vизм) / Vс .
(4.7)
4.3. Понятие о поставах
Продольный раскрой бревен ведется по поставам.
Поставом называется план (схема) раскроя бревен на пиломатериалы
заданных размеров и качества, показывающий порядок и место пропилов,
толщину, ширину и длину получаемых полуфабрикатов. Постав является
основным технологическим документом, от которого зависит рациональность
раскроя пиловочного сырья.
Постав,обеспечивающий наибольший объемный выход обрезных
пиломатериалов из бревен данного диаметра, принято называть максимальным,
а постав, обеспечивающий наибольший объемный выход пиломатериалов
заданной спецификации – оптимальным.
Если бревно или брус распиливается на пиломатериалы одинаковой
54
толщины, то постав называется пучковым, а если разной, то смешанным.
Смешанные поставы по расположению в них пиломатериалов относительно оси
бревна могут быть симметричными и несимметричными, по их количеству –
четнми и нечетными. Для распиловки бревен на многопильных станках
применяют, как правило, симметричные поставы, которые обеспечивают
равномерное распределение нагрузки на режущие механизмы. Несимметричные
поставы применяют при распиловке брѐвен на однопильных станках или при
угловом пиление.
Поставы составляются и рассчитываются до поступления сырья на
распиловку. По составленным поставам в многопильных бревнопильных
станках устанавливаются пилы, а на однопильных – на бревне делают резы.
При распиловке бревен вразвал и при угловом пилении составляется и
рассчитывается один постав, а при распиловке с брусовкой, развальносегментном, круговом и секторном способах – два постава: первого прохода – на
распиловку сырья на брус и боковые доски или сегменты и секторы и второго
прохода – для распиловки бруса или сегмента или сектора на доски.
Записать постав при распиловке вразвал или с брусовкой можно
цифровым рядом, который показывает номинальную толщину, ширину, длину и
количество планируемых к выпиловке пиломатериалов из бревна данного
диаметра и длины. Например, постав на выпиловку обрезных досок при
развальном способе раскроя бревен можно представить следующим образом:
19
3,5
100
25
125
40
175
40
175
25
125
19
3,5
100
или
,
где 3,5 – длина укороченных досок в метрах толщиной 19мм и шириной 100мм.
Длина остальных досок равна длине бревна.
Составление и расчет поставов базируется на теории и практике раскроя
бревен на пиломатериалы.
4.4. Предмет теории раскроя и этапы ее развития
Предметом теории раскроя бревен является разработка научно
обоснованной системы оптимальных поставов на распиловку бревен с учетом
породы и размерно-качественной характеристики сырья, вырабатываемой
пилопродукции и применяемого технологического оборудования.
В формировании отечественной теории раскроя пиловочных бревен
можно выделить три этапа. На первом этапе (1932…1950 гг.) разрабатывались
55
методы составления и расчета максимальных поставов на раскрой брѐвен
развальным и брусово-развальным способами. При этом размеры
пиломатериалов выражались в долях диаметра или радиуса. На втором этапе
(1950…1970г.г.) разрабатывались способы составления и расчета оптимальных
поставов. Размеры пиломатериалов выражались в мм. На современном этапе с
использованием ЭВМ разрабатываются методы оптимизации как отдельных
поставов, так и их систем на основе математического моделирования объектов и
методов исследования операций.
Созданная коллективным трудов многих исследователей теория раскроя
на первом и втором этапах базировалась на следующих основных положениях:
форма бревна принимается за усеченный параболоид вращения, у
которого образующей является парабола y2 = 2px, где y2 – искомый радиус
бревна; 2p – периметр параболы, равный 2р = (D2 – d2)/4L; х – расстояние от
верхнего торца бревна; L длина бревна.
очертания продольного сечения бревна параллельно его оси принимаются
за фигуру, ограниченную параболой, т.е. пласть необрезной доски имеет форму
полной или усеченной параболы;
постав делится на две части: основную – пифагорическую, в которой все
обрезные доски имеют длину, равную длине бревна, и боковую –
параболическую, в которой обрезные доски в целях повышения объемного
выхода укорачиваются;
обрезка и торцовка досок производится по правилу получения
максимальной площади их пластей, т.е. прямоугольников, вписанных в
параболы;
качество бревен при разработке способов составления поставов не
учитывается;
основным методом расчета служит метод нахождения максимума
функции.
На современном этапе развития теории раскроя сырья ставятся и
решаются с использованием ЭВМ оптимизационные задачи раскряжевки
хлыстов (см.гл.3), раскроя бревен на пиломатериалы и раскроя досок на
заготовки на основе системного подхода, основанного на том, что изменение
системы в одной ее части сказывается в конечном итоге на функционировании
остальных частей системы. При этом основой для решения задачи служит
математическая модель хлыстов, бревен или пиломатериалов. Оптимизацию
56
проводят по критерию максимального объемного выхода спецификационных
пиломатериалов или заготовок заданного качества.
4.5. Основные положения теории максимальных и оптимальных поставов
4.5.1. Максимальные поставы Х. Л. Фельдмана
Первой научной работой по теории раскроя бревен на пиломатериалы
является работа Х.Л. Фельдмана «Система максимальных поставов на
распиловку» (1932 г.). Он дал сравнительную оценку двум способам
распиловки: вразвал и с брусовкой. Путем теоретического поиска максимальных
размеров обрезных досок в четных и нечетных поставах учѐный определил без
учета припусков на пропил и усушку наибольшие площади поперечных сечений
обрезных досок (прямоугольников), которые можно вписать в круг верхнего
торца бревна (рис. 4.8). При этом наибольшую площадь имеет квадрат со
сторонами, равными 0,707d; наибольшая же площадь прямоугольников,
вписанных в сегменты, будет при их толщине, равной 0,1d, и ширине 0,421d.
Постав на первом проходе 0,1d/0,421d – 0,707d – 0,1d/0,421d, охватывающий
0,907d, был назван брусовым. Брусовый постав может быть преобразован в
равновеликий развальный:
0,1d
0,143d 0,2105d 0,2105d 0,143d
0,1d .
0,421d
0,707 d
0,907 d
0,907 d
0,707 d
0,421d
Брус, основанием которого является квадрат со стороной 0,707d, а длина
соответствует длине бревен, был назван брусом максимального объема.
Площадь поперечного сечения такого бруса Fбрус=(0,707d)2=0,5d2 , что
составляет 63,7 % площади верхнего торца бревна. Объѐмный выход обрезных
пиломатериалов из бруса максимального объема составляет около 45...50 %.
Рис. 4.8. Схема Х.Л.Фельдмана к расчету максимальных поставов
57
Постав, который охватывал 0,907 верхнего диаметра бревна, был назван
основным. Для основных брусовых и развальных поставов площадь
использования верхнего торца бревна равна 85,7 %. Дополнительный постав
составлялся для использования сбеговой зоны, размер которой выражается
формулой l
r
r
r R r
R r
, где R – радиус нижнего торца,
r – радиус верхнего торца. В этой зоне максимальный выход обрезных
пиломатериалов можно получить только при укорочении длины боковых досок.
Поставы Х.Л. Фельдмана являлись частным решением, справедливым для
цилиндрических бревен и с коэффициентом сбега 1,18. При другом сбеге
ширина основного постава может значительно отличаться от 0,907d.
Х.Л. Фельдман впервые поставил вопросы о необходимости
подсортировки бревен, рационального использования не только основной, но и
сбеговой части бревен, укорочения боковых досок и возможности
математически сравнивать различные способы распиловки.
Теория максимальных поставов была продолжена Д.Ф. Шапиро. Им
разработан аналитический метод определения размеров необрезных досок и
оптимальной ширины b0 и длины l0 обрезных досок, выпиливаемых из
параболической зоны бревна.
4.5.2. Ширина и длина необрезных пиломатериалов
Известно, что поверхность параболоида вращения с образующей
у 2 = 2рх (рис. 4.9, а) выражается уравнением
с =y2+z 2 .
(4.8)
При распиловке бревен вразвал плоскости всех пропилов параллельны
между собой. Рассмотрим случай, когда плоскости пропилов параллельны
продольной оси бревна, продукция - необрезные доски. Сечение параболоида
вращения плоскостями, параллельными координатной плоскости уох,
удаленными от нее на расстояние z, будет давать параболы, уравнение которых
можно получить из формулы 2рх=у2 + z2. Подставив в эту формулу a вместо z,
получим у2=с–а2. Из этого уравнения видно, что для всех парабол, полученных
сечением параболоида вращения плоскостями, параллельными координатной
плоскости уох, параметр 2р остается постоянным. Его можно выразить как
функцию размеров бревна: L =x2-x1; d = 2у1; D = 2у2. Здесь d – диаметр
верхнего торца, D – диаметр нижнего торца, L - длина бревна. При а = 0,
58
уравнение параболы, проходящей через плоскость уох, у2 = 2рх и х = у2/2р.
Соответственно х1=у12/2р; х2=у22\2р. Заменив у1= d/2 и y2 =D/2, получим
x1=d2 / 4 × 2 p ; х2 = D2 / 4 ×2p.
Соответственно с этим
L=x2-x1=(D2d2)/4×2p.Откуда
2p = (D2 -d2 ) / 4 L .
(4.9)
Рис. 4.9. Параболоиды вращения: а-полный; б-усеченный
Ширина пласти необрезной доски увеличивается в направлении от
верхнего торца к нижнему. Для определения ширины пласти доски на любом
расстоянии от верхнего торца бревна следует перенести начало координат в
центр его верхнего поперечного сечения (рис. 4.9, б). В новой системе
координат текущие координаты у и z остаются без изменений, а координата х изменяется и будет х = х' + х1 где х' - расстояние от верхнего торца бревна до
сечения, в котором определяется ширина доски.
Величина х1 при у= d/2 будет равна x1 = d2 / 4 ×2p, тогда х = х’ + (d2 / 4 ×2p).
В уравнении у2 = 2рх - z0 заменим значение х выражением x’+ (d2 / 4 ×2p),
значение 2р выражением из (4.9) и значение z0 через а, как принято в практике
составления и расчета поставов обозначать расстояние от оси бревна до пласти
доски. Уравнение примет вид
у2 = (D2 - d2 ) / 4 L + (d2 / 4 ) - а2.
Учитывая, что ширина пласти необрезной доски = 2у, получаем:
(4.10)
59
Из (4.10) можно вывести частные значения ширины и длины необрезной
доски. При х' =0 получим ширину необрезной доски в верхнем торце бревна
(4.11)
.
При х’ = L получим ширину необрезной доски в нижнем торце
.
( 4.12)
Из (4.10) можно найти также полную длину необрезной доски lн. Если
доска находится в пределах верхнего торца бревна, т. е. при a≤d/2, полная длина
необрезной доски равна длине бревна, lн = L. Если доска своей наружной
пластью вышла за пределы верхнего торца бревна, т. е. при a>d/2, полная длина
доски будет меньше длины бревна, lн<L. Очертание наружной пласти такой
необрезной доски имеет форму полной параболы, а ширина пласти в верхнем
конце доски равна нулю.
Подставив в (4.10) bн =0; х' = L–lн и решив выражение относительно lн,
получим
lн = L[(D2-4a2)/(D2-d2)].
(4.13)
Стандартная необрезная доска должна иметь очертание наружной пласти в
виде усеченной параболы, так как ширина в вернем конце не должна быть равна
нулю. Наименьшая ширина (
) необрезной доски составляет для хвойных
пород не менее 50мм и для лиственных пород не менее 40 мм. С учетом этого
при определении длины стандартных необрезных досок следует исходить из
следующих положений:
если
,
lн=L;
если
,
lн=L..
Для случая, когда lн <L длину необрезной доски определяют, пользуясь
(4.10). По формуле находят х', величину укорачивания доски по сравнению с
длиной бревна, подставляя
вместо bн
bmin
( D2
d 2 )x
L
d2
4a 2
Отсюда
х' = L[(b2min - d2 + 4a2)/(D2 - d2)].
(4.14)
Длина стандартной укороченной необрезной доски составит lн =L-х'.
60
При составлении поставов на распиловку бревен на необрезные доски
необходимо кроме ширины и длины определять также толщину досок. В теории
раскроя по этому вопросу нет никаких решений. Практически толщина
необрезных досок в поставе назначается согласно спецификации.
4.5.3. Оптимальная длина обрезных досок,
вырабатываемых из необрезных
Необрезные доски перерабатывают в обрезные обрезкой их по ширине.
Пласть необрезной доски представляет собой поверхность,ограниченную
полной или усеченной параболой, в которую могут быть вписаны разнообразные
прямоугольники, представляющие собой пласти обрезных досок. В этой связи
возникает необходимость определения оптимальных размеров обрезных досок
по длине и ширине. На рис.4.10 показана наружная пласть необрезной доски,
имеющей форму полной параболы с началом, координат в ее вершине. В
параболу вписан прямоугольник ABCD, шириной b0, длиной l0=lпар-h. Здесь
lпар - высота параболы и h - расстояние от начала координат по оси х до места
отрезки параболы по высоте. Из уравнения параболы и рисунка имеем
у2 = сх = 2сh, или (bo/2)2 = 2ch; откуда b0 =
ABCD равна
. Площадь прямоугольника
Рис. 4.10. Наружная пласть необрезной
доски, имеющая форму полной параболы
Для определения максимума этой площади берут производную от f по h и:
приравнивают ее нулю
61
Получют lпар-3h = 0. Откуда h=lпар/3, т.е. максимальная площадь
прямоугольника, вписанного в параболу, будет тогда, когда парабола с вершины
будет укорочена на 1/3 высоты.
Оптимальная длина обрезной доски составит:
(4.15)
Подставив в (4.15) значение
из (4.13), получим
(4.16)
Если наружная пласть необрезной доски по форме представляет собой
усеченную параболу, то для нахождения оптимальной длины обрезной доски
необрезную доску укорачивают по длине также на 1/3 полной высоты параболы
от предполагаемой ее вершины. При этом для части досок, находящихся в
пределах верхнего торца бревна, расчетная оптимальная длина обрезных досок
может оказаться больше длины бревна. В этом случае оптимальную длину досок
принимают равной длине бревна (
).
4.5.4. Пифагорическая и параболическая
зоны бревна
Из (4.16) можно найти А кр = 2акр - критическое расстояние между симметричными пропилами (рис.4.11), ограничивающими в бревне зону, в пределах
которой оптимальная длина обрезных досок равна длине бревна.
Для этого в (4.16) вместо lо подставим L. Выражение примет вид
L = 2L/3[(D2 - 4a2)/(D2- d2)].
Теперь из этого выражения найдем 2а = Aкр :
1=2/3[(D2-4a2)/(D2-d2),].
3(D2 - d2) = 2(D2- 4a2);
3D 2- 3d 2- 2D2 + 8a2 = 0.
Сокращаем все выражение на 2 и решаем относительно 2а=Акр
(4.17
или
62
В теории максимальных поставов зона Акр ,
названа
пифагорической.
За
пределами
пифагорической зоны по обе стороны, как
показано на рис. 4.11, лежит параболическая
зона. В пифагорическои зоне оптимальная длина
обрезных досок равна длине бревна (l0=L), а в
параболической
зоне
оптимальная
длина
обрезных досок меньше длины бревна (lо <L) и
составляет 2/3 высоты параболы l0 = 2/3 lпар.
Рис. 4.11. Зоны бревна: 1- пифагорическая; 2 - параболическая
Размер пифагорической зоны Акр зависит, как видно из (4.17), от
соотношения диаметров верхнего и нижнего торцов бревна.. Значения А кр , в
долях верхнего торца диаметра следующие:
d/D
1
0,90
0,85
0,75
0,70
0,65
0,577
Акр
1
0,95
0,89
0,79
0,70
0,577
0
Отсюда видно, что размер Акр в долях верхнего диаметра изменяется в
пределах oт 1 до 0. Акр=d для случая d/D=1 , т.е. в бревне, имеющем форму
цилиндра. В таком бревне отсутствует параболическая зона, оптимальная длина
всех обрезных досок будет равна l0 = L. Акр=0 для случая d/D = 0,577 и менее,
т.е. в бревнах с большим сбегом. В таких бревнах отсутствует пифагорическая
зона, следовательно, оптимальная длина всех обрезных досок будет меньше
длины бревен (l0<L).
4.5.5. Оптимальная ширина обрезных досок,
вырабатываемых из необрезных
Для определения оптимальной ширины обрезной доски в формуле (4.10)
следует подставить вместо
х' = 0:
и х =L - l0.. В пифагорической зоне при l0 = L и
,
63
т. е. оптимальная ширина обрезной доски в пифагорическои зоне равна ширине
пласти необрезной доски в верхнем торце (4.11 ).
В параболической зоне при
l0 = 2L/3[(D2-4a2)/(D2-d2)] и x'=L-2L/3[(D2-4a2)/(D2-d2)]
D2 d 2
D 2 4a 2
L 2L / 3 2
L
D d2
b0
d 2 4a 2 .
Возведя в квадрат обе части уравнения, получим:
b02
( D2
d 2 ) ( D2
d2)
2( D 2 4a 2 )
d 2 4a 2
3( D 2 d 2 )
D2
b0
4a 2
bнк
3
3
D 2 8a 2 12 a 2
3
D 2 4a 2
;
3
0,577bнк
(4.18)
Таким образом, оптимальная ширина обрезных досок в параболической зоне
составляет 0,577
или, округленно, 0,6 ширины наружной пласти необрезной
доски в нижнем торце.
4.5.6. Объемы пиломатериалов
Объем обрезной доски Vд. пиф. , выпиливаемой из пифагорической зоны:
(4.19)
где r d 2 - радиус верхнего торца бревна; - расстояние от центра торца бревна
до наружной пласти рассматриваемой доски.
Объем обрезной доски Vд.пар . , выпиливаемой из параболической зоны:
Vд.пар .
hb0 l 0
h
D2
4а 2 2 D 2 4а 2
L
,
3
3 D2 d 2
откуда
Vд.пар .
где A
2
0,385
hL
R2 r2
0,385
;
R2 r 2
R2
R
r2
3
2 AhL R 2
r2
3
,
D
− радиус нижнего торца бревна.
2
(4.20 )
64
4.5.7. Размеры бруса максимального объема
При распиловке с брусовкой получают более высокий выход обрезных
пиломатериалов, чем при распиловке вразвал. Поэтому важно знать размеры
бруса максимального объема и допустимые отклонения от него.
На рис. 4.12 показано поперечное сечение верхнего торца бревна
диаметром d. В него вписан четырехкантный брус со сторонами А и В.
Пунктиром показаны два других варианта бруса из множества возможных. Здесь
каждый из прямоугольников состоит из двух прямоугольных треугольников, в
которых d - гипотенуза, величина постоянная, А и В - катеты, величины
переменные. Согласно теореме Пифагора d2 = А2 + В2 можно выразить:
.
Площадь вписанного в круг прямоугольника равна F= АВ или
Для определения максимального значения
площади
прямоугольника
необходимо
продифференцировать
это
уравнение
по
переменной А и первую производную приравнять
нулю
Рис. 4.12. Схема к расчету размеров сторон бруса
Отсюда d2 = 2А2, из чего следует, что наибольшим по площади
прямоугольником, вписанным в круг, будет квадрат со сторонами
A = B = d/ =0,707d
(4.21)
Площадь поперечного сечения квадратного бруса равна F= А2= (0,707d)2
=0,5d2.Поперечное сечение бруса максимального объема в процентном
отношении от поперечного сечения бревна в верхнем торце составит:
Общий объемный выход брусовой зоны для бревен различных диаметров
и длин составляет 45…50 % объема бревен и может быть определен по формуле
65
где D - диаметр бревна в нижнем торце.
Этот вывод теории раскроя сырья имеет большое практическое значение.
Он означает, что доля толстых обрезных пиломатериалов (от 32мм и более),
вырабатываемых из брусовой зоны бревен, должна составлять от объема
распиливаемого сырья не более 50 %. Зная размеры бруса максимального
объема (4.2), можно определить наиболее выгодный диаметр бревен для
выработки обрезных досок заданной ширины из бруса по формуле
d = b/0,707,
(4.22)
где b - заданная ширина досок, см.
В практике лесопиления для выработки обрезных досок заданной ширины
неизбежны отклонения от размеров бруса квадратного сечения. Эти отклонения
уменьшают объем брусовой зоны по сравнению с максимальным брусом.
Установлено, что отклонения по толщине бруса допустимы в пределах
0,6…0,8d. Площадь поперечного сечения этих брусьев уменьшается по
сравнению с площадью бруса квадратного сечения, а следовательно, и объем до
4 %. Допускаемые отклонения по толщине бруса дают возможность
вырабатывать доски одной и той же ширины из бревен разного диаметра в
пределах
d = b/ (0,6…0,8).
(4.23)
С учетом вышесказанного можно определить для каждого диаметра
бревен рекомендуемые для выпиловки толщины брусьев.
При раскрое с брусовкой в бревне можно выделить две зоны - брусовую и
развальную. Брусовая зона ограничена в поперечном сечении верхнего торца
бревна толщиной бруса А и шириной пропиленной пласти бруса В. За пределами
брусовой зоны в поставах первого и второго проходов лежит развальная
зона.Размеры обрезных досок, находящихся в этих зонах, определяются по
разному. В брусовой зоне длина досок равна длине бревна (l0 =L), ширина досок
равна толщине бруса (b0=А), толщина досок соответствует требуемой по
спецификации. В развальной зоне бревна размеры досок определяются также
как при распиловке вразвал.
66
4.5.8. Оптимальные толщины досок
Из трех размеров обрезных досок (толщины, ширины и длины),
вырабатываемых развальным и брусовым способами, решающее значение для
получения максимального их выхода имеет определение оптимальных толщин
досок, включаемых в постав на различном расстоянии от центра торца бревен.
От этого зависит расход сырья на выработку каждой отдельной доски, а также
всех обрезных досок, включенных в постав. В теории максимальных поставов
рекомендуемые толщины досок названы оптимальными. Для нахождения оптимальных толщин досок в зависимости от их числа и местоположения в
поставах при различных диаметрах бревен Н.А. Батиным, Г.Г. Титковым и др.
рекомендованы графики.
Приведем здесь графики Н.А. Батина (рис. 4.13), на которых по оси
абсцисс отложены расстояния от оси бревна до внутренней пласти
выпиливаемой доски,мм, а по оси ординат - толщина досок,мм. Кривые, идущие
вниз слева направо, отражают изменение толщины досок в зависимости от
местоположения их в поставе. Каждая кривая соответствует определенному
диаметру верхнего торца бревна от 14 до 50 см. На графиках указан
коэффициент сбега бревен. Всего дано шесть графиков. Номер графика
соответствует порядковому номеру выпиливаемой доски, считая от периферии к
центру бревна (постава).
При нумерации досок, принятой в расчетах, то есть от центра к
периферии, номер графика N, по которому следует определять толщину доски,
находят по формуле N=(m+1)-n, где m - общее количество пар досок в поставе; n
- порядковый номер доски, считая от центра. Оптимальное число досок в
поставе можно определить по табл. 4.2.
Таблица 4.2
Оптимальное число досок в поставе при распиловке бревен вразвал и с брусовкой
Диаметр
Оптимальное число досок в поставе при распиловке бревен
бревен, см
вразвал
с брусовкой при высоте бруса, мм
90
100
110
130
150
14…16
5...6
1(1)
1(1)
1(1)
–
–
18…20
5...6
–
2(1)
2(1)
1... 2(1)
1(1...2)
22…26
6...8
–
–
2... 3(1)
2(1)
1...2(1...2)
28…30
8...10
–
–
–
–
2...3(1)
34…38
9...10
–
–
–
–
–
180
200
220
250
16…22
5...7
–
–
–
–
67
1
24…28
30…32
34…36
38…40
42
2
7...8
9...10
9...10
11
–
3
1... 2(2)
3(1...2)
3(1...2)
3...4(1...2)
–
4
–
2...3(2)
2...3(2)
3...4(2)
–
5
–
2(2)
2...3(2)
3(2)
3...4(2)
Окончание табл. 4.2
6
7
–
–
2(2...3)
2...3(2...3)
3(2)
Примечание: Цифры без скобок показывают число досок за брусом с каждой стороны, цифры
в скобках – число досок за пределами пласти бруса.
Отметим, что сердцевинная доска условно принимается также за одну
пару досок (центральных). Рекомендуемые графиками оптимальные толщины
досок могут не совпадать с требуемыми спецификационными размерами. В
этих случаях при составлении поставов приходится отклоняться от
оптимальных размеров в меньшую или большую сторону. В том и другом
случае составленные поставы и объемный выход пиломатериалов по ним уже
не будут максимальными.
4.5.9. Предельные толщины обрезных досок
При обрезке необрезных досок, образуются рейки. Их можно разделить
условно на обзольные и сбеговые. Рейки, которые получают при обрезке
необрезной доски параллельно ее сбегу, называются обзольными. При этом
обрезная доска будет иметь по пласти вид трапеции с прямоугольным
поперечным сечением. Ширина такой доски уменьшается в направлении от
нижнего торца к верхнему. Применение таких досок ограниченно. Чаще
используют обрезные доски с параллельными кромками. Получение такой доски
связано с возникновением дополнительных отходов в сбеговые рейки,
обусловливаемые сбегом доски.
Величина отходов в обзольные и сбеговые рейки изменяется также в
зависимости от местоположения досок в бревне. В направлении от оси бревна к
переферии отходы в рейки увеличиваются. Исходя из этих зависимостей, П.П.
Аксеновым найдены толщины досок, которые ограничивают отходы в обольные
рейки.Для учета потерь в рейку введен коэффициент использования необрезных
досок при раскрое их на обрезные kн=V0/Vн , где Vн -объем необрезной доски, из
которой получают обрезную доску объема V0. Коэффициент kн характеризует
68
отходы древесины в рейки. Чем дальше от центра торца бревна расположена
внутренняя пласть доски, тем меньше коэффициент kн .
Рис. 4.13. Графики Батина Н.А. для составления поставов на распиловку бревен
развальным и брусово-развальным способами
69
Для учета коэффициентов kн использования необрезных досок при
составлении поставов П.П. Аксеновым были построены графики (рис. 4.14)
толщин досок с одинаковым процентом их использования на разных
расстояниях от центра торца бревна. Графики составлены для разных диаметров
бревен. Толщины досок, определяемые по графику, называются предельными.
Толщина досок будет предельной, когда отходы в рейку окажутся минималь10
20
30
40
50
60 70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
60
40
50
50
30
40
20
30
30
12
20
20
10
12
18
14 16
20
22
24 26
28
30
32
34
36
10
0
10
20
30
40
50
60 70
80
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Расстояние от оси постава до внутренней пласти доски,мм
Рис. 4.14. График предельных толщин П.П. Аксенова
ными, а объемный выход - максимальным. На графике предельных толщин на
оси абсцисс дано расстояние от оси постава до внутренней пласти доски, мм, по
оси ординат - толщина досок,мм. Между осями графика расположены
наклонные прямые линии, отражающие значения предельных толщин досок.
Каждая прямая линия ограничивает верхний предел значения толщин досок для
бревен диаметров от 12 до 40см. Это значит, что при несовпадении значений
толщины по графику и требуемой по спецификации можно взять другую
требуемую толщину, но только меньшую по сравнению с предельной. Любое
превышение толщины досок по сравнению с предельной связано с увеличением
отходов в сбеговые рейки и ведет к снижению объемного выхода обрезных
пиломатериалов.При составлении постава по графикам можно учесть все виды
потерь и отходов древесины: на опилки, в рейку и на усушку. График облегчает
проектирование поставов на выработку пиломатериалов заданных размеров.
Изменять толщину досок выше найденных размеров не рекомендуется.
70
4.5.10. Предельный охват диаметра бревна поставом
Предельный охват диаметра бревна поставом - наибольшее расстояние
между крайними пропилами Aпред, которое обеспечивает выработку крайних
боковых досок минимально допускаемых размеров по спецификации. Этот
показатель можно определить по аналитической формуле
Aпред
D2
2
bmin
D2
d2
l min
L
(4.24)
где bmin - минимальная ширина обрезной доски; lmin - минимальная длина
обрезной доски.
Из (4.24) видно, что предельный охват диаметра бревна поставом зависит
от диаметра, длины, сбега бревна и минимальных размеров досок по толщине и
длине. Наименьшие допускаемые размеры доски принимают согласно
спецификации или стандарта на вырабатываемые пиломатериалы. В практике
лесопиления Апред составляет 09…1,1d.
В заключение краткого рассмотрения теории максимальных и
оптимальных поставов следует отметить, что на этих этапах ее развития был
установлен возможный предел объемного выхода обрезных пиломатериалов при
развальном способе раскроя (табл. 4.3).
Таблица 4.3
Расчетный абсолютно максимальный выход обрезных досок оптимальных размеров при
развальном способе раскроя
Диаметр
Выход обрезных
Диаметр
Выход
Диаметр
Выход
бревна, см
досок, %
бревна, см
обрезных
бревна, см
обрезных
досок, %
досок, %
14
16
18
20
22
53,1
54,8
56,4
57,6
58,5
24
26
28
30
32
59,4
60,0
60,6
61,1
61,5
34
36
38
40
42
44
61,9
62,3
62,7
63,1
63,5
63,9
4.6. Проектирование поставов на раскрой бревен
развальным и брусовым способами
4.6.1. Рекомендации по составлению поставов
Проектирование поставов предусматривает их составление и расчет.
Составление постава заключается в определении положения досок в бревне, их
толщины и числа. При этом учитывают следующие рекомендации, вытекающие
из теории и практики раскроя:
71
поставы должны быть симметричными относительно центра бревна при
распиловке бревен на многопильных станках. Несимметричные поставы
создают эксцентричную нагрузку на пильные механизмы станков;
рекомендуется распиловка с брусовкой. Это обеспечивает меньшее
варьирование ширины досок, лучшее использование качественных зон
бревен и некоторое увеличение объемного выхода пиломатериалов;
при распиловке с брусовкой наиболее целесообразной толщиной
(высотой) бруса является его величина равная 0,7d
0,1d, которая
увязывается со спецификационными требованиями к ширине
выпиливаемых обрезных досок;
при раскрое крупномерных бревен (d 40 cм) с брусовкой целесообразно
на первом проходе планировать выпиловку 2 или 3 брусьев, сумма толщин
которых должна находиться в пределах 0,6…0,8 диаметра верхнего торца
бревна;
рекомендуется метод последовательной оптимизации: при раскрое бревна
составляют основной постав из пифагорической зоны для бруса толщиной
(0,6…0,8) d, а для раскроя бруса постав на его развал;
в центральной части постава располагают толстые доски, по краям постава
толщина досок уменьшается. Это снижает отходы древесины в рейку;
разница в толщине досок в поставе не должна быть менее 5 мм. Иначе
затрудняется сортировка досок и происходит переход досок из одного
размера в другой при определении размеров их поперечных сечений на
автоматических линиях;
толщина центральных и сердцевинных досок должна быть не менее
размеров, указанных в табл. 4.3;
величина охвата бревна поставом должна находиться в пределах (0,9…1,1)
верхнего диаметра бревна; или с учетом формулы (4.24);
поставы на распиловку бревен должны обеспечивать выработку
спецификационных пиломатериалов при наименьших затратах сырья и
труда.
Для составления поставов используют аналитический, графический и
табличный методы, а также ЭВМ на основе специальных программ.
При составлении поставов широко используются рекомендации Н.А.
Батина, П.П. Аксенова по выбору оптимальных толщин досок и их количеству в
72
поставе. При этом необходимо знать расход ширины постава и местоположение
досок в нем. Ширина постава С – это расстояние между симметричными
наружными пластями крайних боковых досок:
(4.25)
где h – толщина досок, мм;y – припуск на усушку по толщине досок, мм; П –
ширина пропила, мм; n – число досок в пределах С.
Для расчета величины С определяется расход ширины постава на одну
доску, который зависит от ее положения в поставе.
Расход ширины постава (рис.4.15);
на сердцевидную доску или брус
Cc hc y
(4.26)
,
на центральную доску
С
ц
hц y П / 2
,
(4.27)
Рис. 4.15. Схемы к расчету расхода ширины постава
на боковую доску
С
б
h
б
y П ,
(4.28)
где Сс, Сц, Сб — расход ширины постава на сердцевинную, центральную и
боковые доски, мм; y — припуск на усушку,. мм; П — ширина пропила, мм.
Расстояние между симметричными наружными пластями досок будет равно:
В нечетных поставах (рис.4.16,а):
73
для сердцевинной доски
C1
h
(4.29)
y,
для первой пары боковых досок
С2 С1 2Сб
C1 2(hб
y П)
второй пары боковых досок
С3
C2
y П)
С2
2Сб
2(hб
В четных поставах (рис.4.16, б):
для центральных досок
С1 2Сц C1 2(hц y П / 2)
для первой пары боковых досок
С3 С1 2Сб
C1 2(hб
,
.
(4.30)
(4.31)
(4.32)
,
y П ) и т.д.
(4.33)
После составления поставов производят их расчет, который заключается в
определении ширины и длины досок, их объема по каждому сечению или в
целом по бревну.
Рис. 4.16. Расстояние между симметричными пластями в нечетных (а) и четных (б)
поставах
4.6.2. Аналитический метод расчета поставов
В основу аналитического метода расчета поставов положена теорема
Пифагора (значения по рис.4.17, а,б)
d2
b2 c2
(4.25)
Расчет сводится к определению одной неизвестной величины при двух
известных. Известными величинами обычно является диаметр бревна и толщина
74
досок, неизвестной ширина досок. Диаметр бревна d принимают за гипотенузу,
расстояния между симметричными (наружными или внутренними) пластями
досок в поставе С — за один катет, ширину наружной или внутренней пласти
досок b — за другой.
Рис. 4.17. Схемы к расчету поставов: а – к расчету ширины досок; б – к расчету длины
досок
Ширину пласти досок в верхнем торце бревна определяют по формуле
d2
b
C2
(4.26)
.
Для любого поперечного сечения бревна расчетная ширина пласти доски
bр равна
bp
d2
p
C2
,
(4.27)
где dp — диаметр бревна в рассматриваемом сечении.
Если спецификацией заданы ширины обрезных досок, т.е. известны b p и C,
то можно определить расчетный диаметр в рассматриваемом торцовом сечении
бревна, равный d 2р
b2p C 2 . Если он больше верхнего, доски укорачиваются.
Если принять бревно за усеченный конус, то
dp
Slom ,
(4.28)
где S – средний сбег бревна, см/м; ℓот — расстояние от верхнего торца бревна
до сечения, в котором определяется bp.
Отсюда
d
 от
dp d
S .
Длина укороченной доски ℓд с шириной наружной пласти bp в сечении
бревна диаметром dp (рис.4.15, б)
75

L  от
L
dp d
S
(4.29)
4.6.3 Графический метод расчета поставов
При графическом способе расчета поставов применяют график-квадрант
(рис.4.18). На нем на оси абсцисс отложены расстояния от центра постава до
наружной пласти доски, (расход ширины полупостава С/2), а на оси ординат ширины пластей досок нанесены также четверти окружностей диаметром от 12
до 50 см.
Внутри графика предусмотрены три вспомогательные прямые линии.
Средняя из них, проведенная под углом 450 к горизонтали, указывает на размер
бруса квадратного сечения.
Рис.4.18 График-квадрант для расчета поставов
Рис. 4.18. График-квадрант
Пользуясь графиком-квадратом, можно определять длину и ширину
необрезных и обрезных досок и размеры бруса. Для этого на оси абсцисс
76
находят расстояние от оси постава до рассматриваемой пласти доски. Из
полученной точки проводит вертикаль до пересечения с расчетным диаметром.
Точку пересечения сносят на ось ординат графика и определяют расчетную
ширину доски. Из расчетной ширины доски нужно вычесть припуск на усушку
по ширине и результат округлить до стандартной ширины доски.
В качестве расчетного диаметра бревна может быть диаметр верхнего
торца d или диаметр любого сечения (dр), отстоящего от верхнего торца на
любом расстоянии. Диаметр бревна (dр) в любом сечении определяют по
зависимостям
dp
b p2
C2
и по (4.28), здесь bр – ширина доски в сечении,
см: С – расстояние от оси бревна до пласти доски, см. Если доска укороченная,
то ее длину можно определить по формуле (4.29)
4.6.4. Табличный метод расчета поставов
Табличный метод расчета прост и дает достаточно точные результаты при
определении размеров досок. В основу составления указанных таблиц заложена
зависимость d2 = b2 + C2, где d – диаметр бревна, мм; b – ширины доски, мм и С
– расстояния между симметричными пластями досок, мм. Значения их для
бревен диаметром 14…50 см приведены в справочной литературе. По этим
данным быстро определяют одну из трех величин В, d, С, если две другие
известны. Для подбора наиболее рациональных поставов, составленных с
учетом изложенных требований к раскрою, можно пользоваться специальными
сборниками поставов.
4.7 Исследования последних двух десятилетий
В этот период разработаны теории раскроя бревен на пиломатериалы
параллельно образующей, совмещенными поставами, брусово-сегментным
способом с выработкой из сегментов пиломатериалов непрямоугольного
сечения для последующего их склеивания и др. Кратко остановимся на них.
4.7.1 Оптимальные размеры пиломатериалов
при раскрое бревен параллельно образующей
Оптимальные значения толщины прямоугольных обрезных досок,
полученных при распиловке бревен параллельно образующей, определял В.Г.
Уласовец [24]. На основании результатов проведенных теоретических
77
исследований для практического использования было разработано шесть групп
графиков. При составлении поставов (рис. 4.19) определение оптимальных
толщин (с учѐтом припусков на усушку) досок ведут по графикам с
соответствующим номером (цифры в кружках от 6 до 1) и в порядке, обратном
их нумерации, т.е. начиная от центра бревна с доски, имеющей наибольший
порядковый номер. При несовпадении определенной по графику оптимальной
толщины доски со спецификационным значением принимают ближайшее
верхнее или нижнее (требуемое по заданию) значение толщины. Чем ближе к
определѐнному по графику оптимальному значению будет принята толщина
доски, тем больше будет величина объѐмного выхода (и наоборот).
Приведенные графики - это одновременно и графики по составлению
поставов на распиловку брѐвен цилиндрической формы.
Для определения оптимальных значений ширины сырых досок, мм, при
распиловке брѐвен или сегментов параллельно образующей разработаны
графики, представленные на рис. 4.20. На графиках нанесены:
-по оси абсцисс - расстояния ес от края верхнего торца бревна до
исследуемой пласти выпиливаемой i-й доски, мм;
-по оси ординат - оптимальные значения ширины сырых досок b или b/2,
вычисленные соответственно по формуле
(4.30)
или
,
(4.31)
где r, d - соответственно радиус или диаметр верхнего торца бревна, мм;
отметим, что ес = r – еi (следовательно, 2ec = d - 2еi);еi - расстояние от центра
верхнего торца бревна до определяемой пласти доски, мм;
-четверти окружностей торцовых сечений брѐвен с отметками 14…50 см.
Эти отметки в зависимости от толщины распиливаемых брѐвен можно
принимать за радиусы или диаметры торцовых сечений брѐвен. Если считать,
что цифрами от 14 до 50 обозначены радиусы окружностей в см, то значения на
горизонтальной шкале должны соответствовать величинам ес в мм, а значения
на вертикальной шкале - величинам b0 /2 в мм. Если считать, что цифрами от 14
до 50 обозначены диаметры окружностей в см, то значения на горизонтальной
шкале должны соответствовать величинам 2ес в мм, а значения на вертикальной
шкале величинам bo в мм.
78
Рис. 4.20. Графики зависимости
ширины доски от удвоенного
расстояния от края верхнего
торца бревна до пласти доски при разных диаметрах брѐвен
(см)
4.7.2. Графики для составления поставов на распиловку сегментов
параллельно образующей на доски одной толщины
Эти графики представлены на рис. 4.21 [24]. По нижней и верхней
горизонтальным линиям графиков отложены расстояния С от центра верхнего
торца бревна до внутренней пласти раскраиваемой боковой зоны бревна, а по
оси ординат (вертикальной шкале) - номинальные размеры толщины досок.
Наклонные линии отражают изменение номинального размера толщины досок
при изменении величины С (линии имеют отметки, выражающие величины
диаметров верхних торцов брѐвен, см). Справа у каждой группы линий
проставлен номер, который показывает, сколько досок одной толщины будет
выпилено из боковой зоны бревна.
При выпиловке из этой зоны одной доски еѐ толщину следует определять
по графикам 1, двух досок - по 2, трѐх досок – по 3 и т.д.
79
79
Рис. 4.19. Графики зависимости оптимальной толщины доски от расстояния от центра верхнего торца бревна до внутренней
пласти доски - при разных диаметрах брѐвен (см)
80
По графикам можно не только определить число выпиливаемых досок
заданной толщины и установить толщину досок при известном их количестве,
но и составить рациональные схемы раскроя вразвал параллельно образующей
сегментов из брѐвен различных диаметров. Если, найденный по графику
номинальный размер не совпадает со спецификационным, то следует брать
ближайший размер. По графикам можно также подобрать наилучшие величины
диаметра брѐвен, если задана толщина бруса и боковых досок.
4.7.3. Параметры пиломатериалов при раскрое
брѐвен брусово-сегментным способом
Межов И.С. показал [6] (см. разд. 4.1), что брусово-сегментный способ
раскроя бревен позволяет более полно использовать их сбеговую зону, чем при
брусово-развальном. Им были определены условия получения максимального
охвата цилиндрической зоны бревна и поперечного сечения сегмента с учетом
сбега при выработке стандартных пиломатериалов и различных профилей
заготовок – прямоугольного, трапецеидального и пятиугольного (табл. 4.4 и
4.5).
Таблица 4.4
Охват площади сегмента при различной толщине двухкантного бруса
Толщина бруса в
Охват площади сегмента при различных сечениях,
долях радиуса бревна
выпиливаемых пиломатериалов, в долях r2
0,5r
1,2r
1,4r
1,6r
0,37
0,207
0,182
0,104
0,53
0,397
0,262
0,141
0,5
0,364
0,241
0,133
Таблица 4.5
Зависимости толщины Нзаг заготовок, площади охвата Smax сегмента от толщины бруса
Сечение пиломатериалов
Толщина бруса,
в долях радиуса
бревна
Параметры сечения
Hзаг
Smax
Hзаг
Smax
Hзаг
Smax
2
2
r
0,343 r
0,37 r
0,44 r
0,531 r
0,5 r
0,5 r2
2
2
1,2r
0,271 r
0,267 r
0,35 r
0,529 r
0,4 r
0,364 r2
1,4r
0,202 r
0,258 r2
0,264 r
0,527 r2
0,3 r
0,241 r2
81
81
Рис.4.21 Графики для составления поставов на распиловку бревна параллельно образующей на доски одной толщины
82
Охват площади цилиндрической зоны бревна при различных толщинах
бруса представлен на рис. 4.22.
Охват площади, %
4
3
94
90
2
86
1
82
0,5
1,2
1,4
1,6
Толщина бруса в долях радиуса
Рис. 4.22. График охвата площади цилиндрической зоны бревна при различных
сечениях заготовок в зависимости от толщины бруса: 1 – для прямоугольных, 2 – для
треугольных, 3 – для пятигранных, 4 –для трапецеидальных заготовок
Изложенные сведения показывают, что при составлении практических
поставов на первом проходе целесообразно выпиливать брус высотой 1,2…1,4
r. Наибольший выход достигается при выработке заготовок трапецеидального и
пятигранного сечения. Если склеивать заготовки трапецеидального сечения, то
можно получить пиломатериалы тангенциальной распиловки, а при склеивании
пятигранных заготовок - радиальной.
4.7.4. Параметры радиальных пиломатериалов
при раскрое бревен развально-сегментным способом
Определение зоны и угла радиальности
Радиальность выпиливаемых досок характеризуется углом радиальности
(между касательной к годичному слою и пластью доски).Для определения
зоны радиальности рассмотрим четвертую часть бревна - сектор NOM с
радиусом ON = OM = r (рис. 4.23) Проведем по середине толщины крайней
доски постава линию CD. К точке А по окружности годичного слоя проведем
83
касательную KL, тогда угол CAL = . Точку А соединим с вершиной сектора точкой А1. Угол AOC =
как образованный взаимно перпендикулярными
сторонами. Искомые координатные точки А (хА=х1). Уравнение прямой линии,
проходящей через начало координат (центр окружности) под углом
к оси Х1,
YА = Y1 = tg х1. При смещении точки А по окружности годичного слоя к оси
угол уменьшается и выходит за пределы допустимого угла радиальности.
Следовательно, линия OA - граница зоны радиальности, т.е зона радиальности
определяется сектором A1ON с центральным углом 90- . Расстояние ОС=х1
характеризует максимальную расчетную ширину полупостава, при которой
соблюдаются требования радиальности распиловки. Таким образом, зоны
радиальности для первого прохода на поперечном сечении бревна будут
представлены площадью секторов с
центральным углом 2 (90 - ). Тогда расчетная ширина постава равна 2х1.
Аналогично определяется зона радиальности при втором проходе
(распиловке сегмента). При распиловке сырья без центральной вырезки
размеры зоны радиальности при первом и втором проходе одинаковы.
Выход пиломатериалов радиальной распиловки составляет 40%, так как
угол радиальности для пиломатериалов принимается не менее 60 . При
выпиловке полурадиальных пиломатериалов с углами радиальности в пределах
60 - 45 зона радиальности увеличивается, (рис. 4. 24).
Рис. 4.23. Определение
зоны радиальности
Рис. 4.24. Увеличение
зоны радиальности
Максимальные зоны радиальности для крупномерного сырья можно
определить при рассмотрении полуокружности с центром в точке О (рис. 4. 25).
Расчетная ширина постава Z равна 2х1. Наименьший угол радиальности 45 .
Аналитические расчеты показывают, что ширина постава при первом и втором
проходах равна соответственно: Z1 = 0.447d; Z2 = 0.605d.
84
Определение ширины крайних радиальных досок
Ширину наружной пласти крайних досок постава определяют при
рассмотрении сегмента ONM с радиусом ON = OC = r (рис. 4.26).Суммарная
толщина досок, полученных за первый проход, равна Z, тогда DF = D1F1 = Z1/2.
Линия CD соответствует положению линии середины ширины bв крайней доски
постава, линия C1D1 – ширине bн наружной пласти крайней доски постава.
Рис. 4.25. Схема для расчета постава
Рис. 4.26. Схема для расчетов ширины
наружной пласти крайних досок
Толщина h крайней доски постава С1Е = D1D = F1F. Отрезок OF равен
половине расчетной ширины постава второго прохода (Z2/2). Ширина наружной
пласти крайней доски постава равна CD – CE, или bн = b2 - . Из треугольников
COF и C1OF1 определяют :
r2
ср
Z2
2
2
r2
Z2 h
2
2
.
(4.32)
= 3,08мм, поэтому с достаточной точностью для практических расчетов
можно принять
= 3,0мм.
Определение угла радиальности
пиломатериалов графическим способом
Для проверки правильности составления постава необходимо знать
среднее знчение угла радиальности выпиливаемых пиломатериалов и
заготовок, которое определяется в зависимости от места расположения доски в
поставе. На рис.4.27 представлен график, который позволяет определить угол
радиальности пиломатериалов при распиловке бревен диаметром до 50 см.
85
Для пользования графиком на оси абсцисс по известному расстоянию от
центра постава определяется положение середины толщины любой доски при
первом проходе. Вверх по оси ординат по известной ширине доски также
определяют ее середину. Искомая точка пересечения ширины и толщины с
градусной сеткой, которая нанесена с интервалом 10°, дает величину угла
радиальности. При раскрое сегментов на обрезные доски операция повторяется.
Разница лишь в том, что здесь по оси ординат определяется положение
середины толщины, а на оси абсцисс – ширины (доски на графике
рассматриваются условно перерезанными пополам по ширине).
Пример пользования графиком.
Бревно диаметром 40 см распиливают комбинированным развальносегментным способом следующими поставами:
1 проход 22 100
1
1
40 100
4
1
22 ,
1
2 проход 22
3
40
5
22
3 .
Определяют радиальность второй доски толщиной 40 мм при первом
проходе и радиальность первой боковой доски толщиной 22 мм на втором
проходе. На оси абсцисс находят расстояние середины толщины доски от
центра постава, равное 65 мм, на оси ординат – середину толщины доски,
равную 90 мм. На пересечении точек находят результат 53°.При втором
проходе на оси ординат находят расстояние середины ширины первой боковой
доски 22 мм от центра постава, равное 125 мм, на оси абсцисс – расстояние
центра толщины 140 мм. Точка пересечения дает результат 52°. Аналогично
определяется угол радиальности всех досок любого постава.
Рис. 4.27. График для определения
угла радиальности досок
86
Длина боковых радиальных досок
Длина укорачивания доски, с заданным наклоном волокон, вписываемой
в сбеговую часть бревна находится как решение системы, состоящей из
уравнения кривой у f (x) , описывающей образующую древесного ствола
(рис.4.28), и уравнение прямой у
a b.
Рис. 4.28. Схема для определения длины укорачиваемых боковых досок с заданным
наклоном волокон: а – поперечный разрез; б – продольный разрез бревна
Для практического применения на лесопильных заводах, производящих
радиальные пиломатериалы и не имеющих оборудования, позволяющего
определять точно внешнюю форму пиловочного сортимента, при составлении
поставов следует рассматривать случай, когда образующая бревна является
отрезком прямой. Тогда длина отрезка lук будет равна:
l óê
tg
H
2
b
d
/S
2
(4.33)
где — требуемый угол радиальности, ; Н — расстояние между внешними
пластями укорачиваемых досок в сегменте, мм; b — ширина доски, мм; d —
диаметр верхнего торца, мм; S — величина сбега бревна, мм/м.
4.7.5. Совмещенные поставы
Совмещенные поставы – это схемы раскроя определенной группы бревен
на пиломатериалы спецификационной толщины. Условиями их применения и
принципы расчета разработаны В.Р. Фергиным [25]. Обязательным здесь
является предварительная обработка бревна на двух- или четырехкантный брус.
При этом брус 1 шириной М центрируют по оси совмещенного постава (рис.
4.29, вид со стороны нижнего торца). При небольших размерах бруса в
процессе пиления будет использована лишь часть внутренних пил 2 постава.
87
Рис. 4.29. Принцип раскроя брусьев совмещенным
поставом:
1 – распиливаемые брусья; 2 – пилы;
3 – крайние доски
Каждая крайняя доска 3 формируется одной
пилой, ее внешняя пласть оказывается в просвете между пилами совмещенного
постава. При переходе к обработке бруса больших размеров включается в
работу следующая пара пил совмещенного постава и т. д. При распиловке
сырья максимальных размеров будет задействован полный постав. Например,
для распиловки сырья вразвал в диапазоне диаметров 13,0…32,9 см (10 четных
диаметров бревен) можно использовать совмещенный постав - 25-25-25-40-4025-25-25-, включающий 9 пил. Он обеспечивает возможность осуществления
следующих схем раскроя при заданных толщинах досок 16; 22; 25; 40 мм:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
16-40-40-16
22-40-40-22;
16-25-40-40-25-16;
22-25-40-40-25-22;
16-25-25-40-40-25-25-16;
22-25-25-40-40-25-25-22;
16-25-25-25-40-40-25-25-25-16;
22-25-25-25-40-40-25-25-25-22;
25-25-25-25-40-40-25-25-25-25.
Для каждой i-й схемы раскроя следует рассчитать толщину бруса Мi . Ее
можно определить по формуле
Q
Mi
Y pacng
(Q 1)(t 2 y yш ),
(4.34)
где Yрасп q - распиловочный размер q-й доски; Q- число выпиливаемых досок;t толщина пилы; Ууш - уширение зубьев пилы на сторону при плющении или
разводе.
Распиловочный размер каждой доски по толщине или ширине
определяется по формуле
(4.35)
Y расп Y y ус r ,
q 1
где Yрасп - номиральный размер доски; уус- припуск на усушку; r распиловочный припуск.
88
Распиловочные припуски линейных размеров сечений пиломатериалов
вводят с целью уменьшения уровня дефектности досок в отношении снижения
размеров их сечений за нижнюю границу допуска [p]. Для каждой доски
должно выполняться ограничение
0,5 Ф(
Т0
r
S
) [ p] ,
(4.36)
где Ф - функция Лапласа;То -отрицательная часть поля допуска размера доски; S
- суммарное среднее квадратичное отклонение размеров в партии сухих досок
данного сечения.
Теоретически r можно определить, исходя из выражения (4.36). Так как z
(аргумент функции Лапласа) равен (T0+r)/S, то
(4.37)
r zS T0 .
Задавая [p], по статистическим таблицам определяют величину z (например,
при [p] =1% z=2,33). Кроме того, для вычисления r необходимо знать величину
S формируемой толщины доски.Еѐ и величины усушки для досок каждого
размера находят эксперементально-статическим методом.
Таким образом, по формуле (4.34) с учетом распиловочных припусков
для каждой схемы раскроя можно рассчитать соответствующую ей ширину
бруса. Затем для бревен определенной размерной группы следует выбрать
такую схему раскроя и такую ширину бруса, при которых эффективность
раскроя будет наибольшей.
Задачу выбора схемы раскроя ставят как оптимизационную. В качестве
критерия оптимальности примают толщину бруса, что соответствует охвату Е
диаметра бревна поставом (см. разд. 4.5.11). Максимизация ширины
подаваемого в распиловку бруса способствует повышению суммарного объема
вырабатываемых пиломатериалов.
В рассматриваемом случае должны выполняться следующие
ограничения: ширина крайней обрезной доски b должна быть не ниже
минимальной по стандарту bmin; длина крайней обрезной доски l должна быть
не ниже минимальной lmin (по стандарту или условиям базирования
бруса);оптимальную схему раскроя следует выбирать из заданного набора схем
для используемого совмещенного постава, которым соответствуют величины
толщины брусьев М1, …, Мn.
Общая структура оптимизационной модели будет иметь вид
89
M
max{M I ,..., M n };
b
f 1 ( D, M )
l
bmin ;
f 2 ( D , d , L, M )
(4.38)
l min ;
f i (YI ,...,Yq ), i=1, …, n,
Mi
где D и d -диаметры бревна в нижнем и верхнем торцах; L-длина бревна.
Толщина бруса М ограничена как bmin, так и lmin, т.е. M E1 ( D, bmin ) ;
M
E 2 ( D, d , L, l min ) .
Учет последних ограничений позволяет представить структуру
оптимизационной модели в более простом – в сравнении с (4.38) – виде:
M max{M1 ,..., M n } ;
min{ E1 ( D, bmin ); E 2 ( D, d , L, l min )} .
M
(4.39)
Из теории максимальных поставов (см. разд. 4.4.3) имеем
l min
2 D2
L
3 D2
E2
;
d2
D2
bmin
E2
3
.
Отсюда
D2
E1
2
3bmin
;
(4.40)
D 2 1,5lmin k ( D d ) ,
E2
(4.41)
где k - средний сбег бревна.
При расчете совмещенных поставов возникает задача определения границ
зоны диаметров бревен, в которой используется та или иная схема раскроя, т.е.
формируется брус постоянной толщины. Подставив в формулу (4.40) M i EI ,
получим нижние границы зон диаметров DH и dH , для которых выполняется
ограничение по минимальной ширине обрезной доски:
DIiн
M i2
2
3bmin
; d Iiн
M i2
2
3bmin
Ограничение по l учитывают путем подстановки M i
kL.
(4.42)
E2 в формулу (4.41) и
решения получаемого при этом квадратного уравнения
D2
D2нi
d 2нi
3klmin 1,5k 2 l min L M i2
1,5klmin
0:
M i2 1,5k 2 l min ( L 1,5l min );
(4.43)
M i2 1,5k 2 l min ( L 1,5l min ) k ( L 1,5l min ).
Формулы для расчета верхних границ зон диаметров бревен Dв и dв
можно получить путем подстановки в формулы (4.43) и (4.43) Мi+I вместо
90
Мi.Границы зоны диаметров верхних торцов, применительно к которым
используют i-ю схему раскроя и формирует брус шириной Мi выбирают из
соотношения
(4.44)
max{d1нi ; d 2нi } d i  max{d1Вi ; d 2Bi }.
Для совмещенного постава, рассмотренного выше, и предложенного для
него возможной схемы раскроя приведем расчеты размеров брусьев и границ
зон диаметров верхних торцов бревен, которые следует раскроить по
определенной схеме. В примере расчетов приняты следующие исходные
условия: пиловочное сырье хвойных пород распиливают вразвал на
лесопильной раме; для его распиловки используют пилы толщиной 2,2 мм,
уширение зубьев пил на сторону – 0,9 мм; расчетная длина распиливаемых
бревен – 6,0 м; средний сбег - 1,0 см/м; номинальные размеры досок и допуски
по толщине – по ГОСТ 24454-80; величины усушки досок до влажности 20…22
% – по ГОСТ 6782.1-75; kус=0,3; bmin и lmin составляют 75 мм и 1 м
соответственно – при толщине досок свыше 32 мм; [p] должно составлять не
более 1 % (z=2,33); суммарное среднее квадратичное отклонение размеров
сечений сырых досок Sсыр=0,65 мм.
Результаты расчета совмещенных поставов -25-25-25-40-40-25-25-25(выбранных для примера) приведены ниже:
Номер схемы раскроя
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Толщина бруса Мi, мм
128,3
140,5
189,1
201,4
250,0
262,2
310,8
323,0
329,3
Зона диаметров бревен di см
12,3≤d1<13,1
13,1≤d2<16,9
16,9≤d3<18,0
18,0≤d4<22,2
22,2≤d5<23,3
23,3≤d6<27,7
27,7≤d7<28,8
28,8≤d8<29,4
29,4≤d9<32,9
Наибольшая зона диаметров бревен, раскраиваемых по этой схеме, составляет
4,4 см, что эквивалентно примерно двум четным диаметрам. Расчеты
показывают: увеличение длины бревен на 1 м приводит к смещению границ зон
диаметров в меньшую сторону на 1 см, а уменьшение длины бревен на 1 м – к
смещению границ в большую сторону на 1 см. В условиях
автоматизированного лесопильного производства целесообразно измерять d, D
и L бревна, а определение оптимальной толщины бруса и выбор схемы раскроя
производить по модели (4.39) с учетом выражений (4.40) и (4.41).
91
4.7.6. Раскрой бревен на секторные пиломатериалы
Исследования по раскрою бревен на секторные пиломатериалы с целью
их последующего (после сушки) склеивания в радиальные блоки проводятся в
ВГЛТА с 2008 г. Согласно экспериментальным данным [15,16], обрезные по
высоте или по хорде сектора с центральным углом 30…45 град. могут быть
эффективно (с увеличением прочности при статическом изгибе на 15…20МПа)
использованы для изготовления клееной формоустойчивой продукции – досок,
брусьев и щитов – путем совмещения радиальных пластей (рис. 4.30,а,б,в) и
последующего распила (рис. 4.30, г).
а
в
б
г
Рис. 4.30. Схемы поперечного сечения клееных секторных блоков: а – двухслойного,
из обрезных по высоте секторов; б, в, г – трехслойного и многослойного из обрезных по
хорде секторов
Параметрами секторов являются его длина, центральный угол, ширина
пластей (радиус), толщина (высота), длина хорды ( рис. 4.31) и объем.
б
а
в
Рис. 4.31. Схемы сечений необрезного сырого сектора (а), обрезных по высоте (б) и
хорде (в) сухих секторов:
R – радиус верхнего торца бревна, из которого выпилен сектор, см; R1 – радиус сырого
необрезного сектора, см;
- толщина пропила, мм; R 2 - радиус сухого необрезного сектора;
- центральный угол сектора, град.; Н – толщина сухого сектора; С – длина хорды; В –
ширина сухого обрезного по высоте секторного пиломатериала
92
Приведем математическое выражение этих параметров.
Радиус сырого обрезного по высоте сектора:
R1
2
R
tg
где
где
, мм,
(4.45)
2
- толщина пропила, мм.
Радиус R 2 , толщина H и ширина B сухого обрезного по высоте сектора:
Р
(4.46)
R1
H
R 2 sin , мм .
(4.47)
B
R 2 cos , мм .
(4.48)
Р
cos
,мм.
R2
2
- величина радиальной усушки, мм.
Объем
в ыс
сухого обрезного по высоте сектора
1
B H L , м3 .
2
выс
(4.49)
Сухие обрезные по хорде сектора имеют ширину пластей, равную его
радиусу R 2 . В этом случае объем одного сектора равен
хор
1
R 2 H L , м3 .
2
(4.50)
4.8. Раскрой сырья с учетом качественных зон
Исследования в области теории раскроя сырья с учетом качественных зон
бревен были проведены П.П. Аксеновым, В.Ф. Ветшевой, С.Н. Рыкуниным и
др.
Установлено, что для повышения сортового и ценностного выхода
пиломатериалов необходимо сортировать сырье на качественные группы и
распиливать его по отдельным поставам, ориентировать бревна при распиловке
с учетом концентрации сучков на их поверхности (рис.4.32). При этом перед
ориентацией определяется наиболее насыщенный сучками сектор бревна,
намечается его ось симметрии, затем бревно ориентируют, располагая ось
симметрии сектора перпендикулярно оси постава при распиловке вразвал (рис.
4.32, а) и параллельно оси постава для первого прохода при распиливании
бревен с брусовкой (рис. 4.32, б). Таким образом обеспечиваются наименьшие
размеры сучков на пластях досок.
93
При наличии в сырье метиковых трещин бревна ориентируют так, чтобы
этот дефект попал в пропил или в одну сердцевинную доску (рис. 4.31). Так,
при распиловке вразвал метик располагают параллельно пропилу, при брусовке
на первом проходе – горизонтально, а на втором проходе – параллельно
пластям досок. Бревна с наружными пороками (прорость, сухобокость)
ориентируют так, чтобы пороки после распиловки находились в горбылях или
крайних досках.
Сердцевина, прилегающие к ней слои ювенильной древесины, в которых
могут возникать отлупные трещины, снижают качество досок. Поэтому зону
пониженного качества включают в сердцевинную или центральную доски,
ограничивая их наименьшую толщину. Так, в бревнах диаметром 34 см и выше
не рекомендуется выпиливать центральные доски, а минимальная толщина
сердцевинных досок равна ≈ 50мм (табл. 4.5).
Рис. 4.32. Схема ориентации бревна при распиловке вразвал (а) и с брусовкой(б):
1 – сектор, насыщенный сучками; 2,3,5 – сучки; 4 – ось симметрии; 6 – ось постава
Рис. 4.33. Схемы распиловки бревен: а, б, в – с метиковой трещиной;
г, д – с проростью
94
Таблица 4.5
Значения толщины вырезок [24]
Диаметр бревен в
верхнем торце, см
14 …22
24 …32
34 и более
Допускаемая наименьшая толщина досок, мм
центральных
сердцевинных
19
40
22
44
Не выпиливать
50
Для увеличения выхода пиломатериалов высоких сортов рекомендовано
толщину бруса в поставах по брусово-развальному способу при распиловке
бревен среднего диаметра и небольшой сучковатости принимать ближе к его
верхней границе, т.е. к 0,8d; при раскрое сильно сучковатых бревен лучший
сортовой выход пиломатериалов может быть получен из бруса высотой 0,6d.
Объясняется это тем, что по действующим стандартам на пиломатериалы
допускаемый размер сучков зависит от ширины досок — чем больше ширина
досок, тем больший размер сучков допускается в пиломатериалах высших
сортов. Однако, учитывая, что размеры сучков, выходящих на поверхность
бревен, уменьшаются с приближением к продольной оси, при распиловке
сильно сучковатых бревен большая толщина бруса может привести к
увеличению размеров сучков, выходящих на кромки досок, а, следовательно, и
снижению их сортности.
Распиливание бревен с ориентацией, при которой сучки будут попадать
на пласти толстых досок, улучшает посортный состав и ценностный выход
пиломатериалов.
При раскрое крупномерного сырья (толщиной более 34 см) лучшее
качество досок обеспечивает распиловка с брусовкой (2 или 3 бруса) с
уменьшением толщины бруса в поставах первого прохода до 0,2…0,4d.
Средний брус (в схеме с тремя брусьями) улучшает качество боковых брусьев,
выполняет роль дефектной вырезки и обеспечивает правильное разделение
качественных зон в досках [6].
Развальный способ раскроя толстых бревен также может быть
эффективным, если необрезные доски имеют кратную ширину и неизбежно их
продольное деление по ширине на доски с более однородным качеством
древесины. При этом наиболее высокий качественный выход получается при
переработке необрезных досок на заготовки.
Следует заметить, что учесть особенности качества распиливаемых
95
бревен возможно только при наличии информации о качестве конкретного
бревна и нахождении оптимального постава с учетом спецификационных
требований к выпиливаемым пиломатериалам. Но в связи с особой трудностью
решения подобных вопросов, зависящих в огромной степени от общего уровня
организации переработки древесного сырья, отсутствия на большинстве
лесопильных предприятиях России датчиков качества и других факторов
решение проблемы выработки высококачественных пиломатериалов, по
существу, находится в начальной стадии .
4.9. Базирование бревен
Способ базирования бревен, брусьев и сегментов относительно режущего
инструмента оказывает большое влияние на объемный выход пиломатериалов и
их качество. Возможны следующие способы базирования (рис. 4.34): по
продольной оси бревна (бруса), т.е. ось бревна (бруса) совпадает с осью
постава; по нижней образующей бревна, т.е. образующая параллельна оси
постава; по нижней и боковой образующей бревна; по двум противоположным
образующим.
Рис .4.34. Схемы раскроя бревен при базировании: а, б – по продольной оси бревна и
двухкантного бруса; в, г – по нижней образующей бревна; д, е – по нижней и боковой
образующим бревна; ж – по двум противоположным образующим.
При ориентации бревна по оси постава пил бревнопильного станка
96
(рис.4.34, а, б) выход пиломатериала из параболической зоны составляет
15…20 % от ее объема, из пифагорической зоны – 70…75 %. На долю
пифагорической зоны приходится 55…58 % выхода пиломатериалов, а
параболической – 4…6 %. Параболическая зона рациональнее используется при
ориентировании и последующей распиловке бревна или бруса параллельно
образующей (рис. 4.34, в, г). При этом увеличивается пифагорическая зона,
поскольку одна крайняя доска выпиливается параллельно образующей бревна и
ее положение определяется только минимально допустимой шириной, в то же
время эта зона имеет тенденцию к сокращению, вызванному выводом сбега в
одну сторону. Суммарный эффект выражается в некотором увеличении зоны
неукорачиваемых досок. Установлено, что при ориентации бревен по
образующей возможно повышение выхода пиломатериалов на 2…4 % от
объема сырья за счет увеличения числа длинномерных досок.
Наиболее благоприятные условия создаются при распиловке бревна и
двухкантного бруса при их базировании по нижней и боковой образующей
(рис. 4.34, д, е). При этом благодаря лучшему использованию зоны сбега можно
получить дополнительные боковые 9-ю и 10-ю доски, а за счет обрезки
параллельно сбегу из боковой доски, выпиливаемой из правой части бревна за
первый проход, – дополнительно доску 2´. При этом считается, что обработка
бревен параллельно образующим качественно изменяет весь процесс
формирования сечений пиломатериалов.
При распиловке бревна или бруса параллельно двум образующим (рис.
4.34, ж) выход пиломатериалов из параболической зоны может увеличиться на
1,5…2 % без ущерба их качества. Угол перерезания волокон измеряется
несколькими минутами и не оказывает существенного влияния на
перераспределение внутренних напряжений, вызывающих искривление досок,
и на физико-механические свойства пиломатериалов. При распиловке бревен
параллельно двум образующим легко осуществляется вырезка сердцевинной
гнили, лучше используются качественные зоны, что приводит к возрастанию
доли пиломатериалов высших сортов.
При распиловке бревен с кривизной и полученных из них брусьев
базирование осуществляют: по касательной к внутренней (вогнутой) кромке
продольного сечения бревна; по центральной продольной оси, проходящей
через середины торцов бревна; по хорде выпуклой кромки. Согласно
97
технологическим режимам производства пиломатериалов на лесопильных
рамах, разработанным ЦНИИМОД [23], кривые бревна необходимо перед
распиловкой ориентировать кривизной вниз.
Существуют следующие варианты ориентации кривых брусьев по
отношению к поставу пил: прямая, проходящая через точки пересечения
выпуклого ребра с его торцами, параллельна оси постава; прямая, проходящая
через центры торцов кривого бруса, параллельна оси постава. В зависимости от
кривизны бруса, разница при выходе пиломатериалов при базировании по
первым двум вариантам находится в пределах 1 %. При меньшей кривизне
выгоднее первый вариант, при большей – второй. Рекомендуется
ориентировать кривой брус по поставу инструмента станка со смещением в
сторону вогнутого ребра.
С помощью ЭВМ можно выбрать способ базирования бревна, бруса или
необрезной доски с учетом их форм и размерных характеристик. При
использовании схемы базирования, наиболее подходящей для данного
лесоматериала, выход пиломатериалов и заготовок возрастает на 5…10 %.
4.10. Моделирование и оптимизация раскроя бревен на ЭВМ
4.10.1. Общие положения
Отечественные разработки в области раскроя бревен на пиломатериалы
и особенно теории максимальных поставов занимают ведущее положение в
мире. Разработанный математический аппарат широко используется при
разработке алгоритмов и программ раскроя бревен на пиломатериалы и
оптимизации этого процесса с помощью ЭВМ. При этом используется
математический аппарат в триаде: имитационная математическая (экономикоматематическая) модель – алгоритм - специальная технологическая программа.
Принципиальным отличием здесь является возможность изменять параметры
пиловочных бревен, размерную спецификацию пиломатериалов, те или иные
технологические ограничения (минимальную длину боковой доски и т.д.),
обеспечивая при этом максимально возможный объемный выход
пиломатериалов при заданных условиях и ограничениях.
Имитация раскроя сырья на пиломатериалы на ЭВМ позволяет
осуществить одновременно и составление, и расчет оптимальных
спецификационных поставов практически с любым шагом расчета, чтобы
98
обеспечить высокий выход пиломатериалов. Это позволяет также перейти к
автоматической оптимизации раскроя каждого бревна, а при раскрое хлыстов по
критерию максимального объемного выхода пиломатериалов – и хлыста, так как
имитационные программы могут быть включены в контур управления
бревнопильных линий с гибкими поставами и тримерных линий для раскроя
хлыстов.
Поставы
можно
оптимизировать
методом
последовательной
оптимизации или методом полного перебора всех возможных вариантов
раскроя. Расчет поставов методом последовательной оптимизации на ЭВМ
занимает меньше времени, особенно на бревнах больших диаметров. Он
используется при планировании раскроя при заданных сечениях брусовых
досок. Однако следует учитывать, что только методом полного перебора могут
быть рассчитаны поставы, обеспечивающие максимальный объемный выход
спецификационных пиломатериалов.
В качестве примера использования ЭВМ для моделирования и
оптимизации раскроя бревен на пиломатериалы ниже приведена работа С.Г.
Елсакова [13].
4.10.2. Математическое моделирование и оптимизация
раскроя бревен неправильной формы
До 30 % пиловочных бревен, поступающих на лесопильные предприятия,
имеют кривизну до 2 %. Кроме того, при среднем диаметре 30 см
эллиптичность поперечного сечения возможна у 80 % бревен. Считают, что
каждый процент кривизны дает снижение выхода пиломатериалов на 8…10 %.
Эллиптичность бревен влияет на изменение ширины и толщины
спецификационных пиломатериалов. Поэтому раскрой бревен необходимо
осуществлять с учетом как кривизны, так и эллиптичности. Из-за неправильной
установки кривых брусьев перед раскроем общий выход пиломатериалов из
них уменьшается на 2,5 %. Невозможность визуального определения
оптимальной обрезки кривых досок также приводит к значительным потерям
древесины.
При решении этой проблемы основными вопросами являются разработка
имитационной модели бревен, брусьев, досок неправильной формы и
моделирование процесса раскроя бревен на разработанной имитационной
модели.
99
Имитация раскроя бревен неправильной формы зависит от условий
поставленной задачи: раскрой по заданному поставу и по заданной ориентации,
определяемой особенностями ориентирующих устройств; проектирование и
расчет оптимального постава и оптимальной ориентации бревна, бруса, доски
перед продольным раскроем.
Исходные технологические положения, определяющие варианты
ориентации бревна, бруса и необрезных досок перед раскроем; на первом
пароходе бревно ориентируется кривизной вниз (вверх) с возможным
смещением центра нижнего сечения; на втором проходе брус ориентируется
кривизной вбок также с возможностью смещения центра нижнего торца
относительно центра верхнего торца. Аналогично возможна различная
ориентация кривой необрезной доски перед обрезным станком.
На рис. 4.35 приведена блок-схема алгоритма проектирования и расчета
оптимального постава и оптимальной ориентации бревна, бруса и необрезных
досок неправильной формы. Поскольку большинство бревен неправильной
формы (около 90 %) имеют одностороннюю кривизну, то изогнутая ось бревна
представлена полиномом третьей степени. Как правило, большая ось
эллиптического сечения бревна и плоскость, в которой расположена изогнутая
ось, совпадают.
Исходную модель бревна формируют по формуле
xi ci
ai2
2
yi di
bi
2
1
(4.50)
где хi, YI — координаты точек поверхности бревна, представленного на рис.4.36,
ai, bi — размеры полуосей эллипса в случае постоянной величины сбега S:
S
S
и
bi b0 zi ,
(4.51)
2
2
где ао и bo - размеры полуосей эллипса в верхнем торце бревна, сi — координата
х точки оси бревна или величина смещения i-го сечения относительно центра
верхнего торца; di - координата у точки оси бревна, определяемая по формуле
ai
a0
zi
di K3zi3 K2 zi2 K1zi K0 ,
где Ко…Кз - коэффициенты полинома.
Помимо геометрических параметров бревна должны быть заданы:
(4.47)
100
массив Ql(i,j), содержащий спецификацию сечений пиломатериалов, где
Qli – толщина досок, Qlj – соответствующие заданным толщинам ширины
досок;
массив Q2(ij), содержащий значения сечений пиломатериалов с
припусками на усушку;
массив BR(ij), содержащий значения толщин брусьев и центральных
досок, ширина которых соответствует толщине бруса;
массив BR(ij), содержащий значения брусьев и центральных досок с
припуском на усушку; минимальная длина доски, разрешенная к выпиловке,
градация длины досок – qr.
толщина пропила – tпр.
Расчет начинают (блок 2 на рис. 4.35) с выбора толщины бруса BRi, из
массива BR(ij). Расход ширины полупостава на брус определяют как половину
его толщины (блок 4) Р
ВRli
.
2
Управление передается подпрограмме ПП1 расчета раскроя необрезных
досок (блок 5).В подпрограмме ПП1 после расчета расхода на боковую
доску Р =р+ 02i +tпр (блок 1) определяют координаты наружной пласти доски
(блок 2) решением системы уравнений
xi ci
ai2
2
xi
yi di
bi2
p
2
.
(4.48)
101
Рис. 4.35. Алгоритм проектирования и расчета оптимального постава и оптимальной
ориентации бревна, бруса и необрезных досок неправильной формы
102
Рис. 4.36. Расчетная схема раскроя и ориентации бревна неправильной формы
Коэффициенты Ко,К1,K2, Кз находят (блок 6) по методу наименьших
квадратов, аппроксимируя значения координат уi1, yi2. Текущую длину lT доски
определяют (блок 3) по выражению lT =L – zK,, где zK, — длина участка, на
котором система уравнений не имеет решений. Если lT lmin , то осуществляется
переход к блоку 4, с помощью которого вычисляют значение первоначального
угла ориентации доски перед обрезкой, как угла между хордой KB выпуклой
кромки и линией, соединяющей центры торцов доски OK – O1 (рис.4.37, а).
Линия обрезки К1В1 нижней кромки доски должна быть параллельна
прямой KB и является касательной к вогнутой кромке. Угловой коэффициент
касательной в точке касания Z0 равен первой производной функции:
3
y k0
i
k zt
1
(4.49)
i
выражающей вогнутую кромку доски tg = ’ (z0). Продифференцировав
уравнение, находят Z0; подставляя его в уравнение (4.54) получают значение
координаты у0 (блок 5).
Выбор ширины доски осуществляется из массива Q2(i,j) (блок 6).
Начиная с самой узкой, перебирают все ширины для соответствующей
толщины доски. Если ширины не кончились, определяют длины доски
решением системы уравнений:
y f z;
y ztg b
(4.50)
103
Первое уравнение системы – полином 3-й степени, который выражает
выпуклую необрезную кромку доски; во втором уравнении значение b
определяют из выражения b = у0 + Q2(i,j) = tg z0.
Рис. 4.37. Расчетная схема раскроя и ориентации: а – необрезной доски неправильной
формы, полученной на первом проходе; б – бруса неправильной формы; в – доски
неправильной формы, полученной на втором проходе
Систему (4.55) преобразованную к линейному уравнению вида
f z ztg b
(4.51)
решают любым известным методом (простых итераций, Ньютона, Рыбакова и
т.д.) на отрезке [0; lт] с заданной погрешностью вычисления корней zi,1,2.
Спецификационную длину обрезной доски вычисляют по формуле
lД
mod1
z2 z1
qr.
qr
(4.52)
Объем доски при текущей ширине доски
V ДT
l Д QliQl i, j
(4.53)
104
Если ширины досок закончились (соблюдено условие блока 7), управление
передается блоку 8, который изменяет угол ориентации доски перед обрезкой
на величину < .По окончании вариантов ориентации доски перед обрезкой
максимальный объем доски суммируют с объемом досок, полученных на
первом проходе (блок 10), и управление вновь передается блоку 1.
При симметричном раскрое, когда нет смещения центра нижнего торца
относительно верхнего, расчет первого прохода заканчивается при
несоблюдении условия блока 3. Полученный суммарный объем досок
удваивается, и происходит возврат в основную программу. При
несимметричном
раскрое
постав
рассчитывают
аналогично
выше
представленному алгоритму, но с противоположной стороны от оси постава,
поэтому в системе уравнений (4.53) расход ширины полупостава р берут со
знаком минус.
При возвращении в основную программу управление передается блоку 6,
с помощью которого рассчитывают координаты нужной пласти бруса уi1, уi2
решением системы уравнений (4.53). Блоком 7 вычисляют первоначальный
угол ориентации бруса к оси постава < , как угол между хордой ВК выпуклой
кромки бруса и линией, соединяющей центры торцов бруса О -О' (рис.4.37,б).
Кромка .наружной пласти центральной доски должна быть касательной к
вогнутой кромке бруса в точке с координатами Z0, у0, расчет которых
производят аналогично рассмотренному случаю при обрезке доски (блок 8).
Блок 9 производит расчет объемов боковых досок, расположенных с
вогнутой стороны (с правой) бруса от пакета центральных досок. Расчет
расхода ширины полупостава на каждую доску будет определяться как r = r–
Q2i–tпр. Первоначально r = у0 – z0 tg . Форма полученной доски представлена
на рис.4.37, в.
Из доски такой формы можно получить либо две или одну короткую
доску, либо одну доску полной длины. Координаты верхней кромки этой доски
(досок) xi1 определяют решением системы уравнений
xi ci
2
ai2
yi
yi
di
bi2
r zi tg
2
1
при условии, что xi ≤ p, т.е. координаты лежат выше пласти бруса.
(4.54)
105
Аппроксимируя полученные значения хi1 по методу наименьших
квадратов, получаем коэффициенты функции, определяющие верхнюю кромку
доски x=f(z). Методом перебора, начиная с наименьшей ширины доски из
массива Q2(i,j) , определяем длину (длины) получаемой доски (досок)
решением системы уравнений:
x f z;
(4.55)
Q 2 i, j
x
2
Первое уравнение системы выражает верхнюю кромку доски, а второе половину ширины доски, выбираемой из массива Q2(i,j). Корни решения
системы уравнения z1, z2, приведя ее к линейному виду:
Q2(i, j )
f z
,
2
находят указанным выше методом. При наличии корней z1 и z2 длины
получаемых досок определяют следующим образом:
z
L z2
l Д1 mod1 1 qr; l Д1 mod1
qr
qr
qr
(4.56)
Если система уравнений (4.61) не имеет решений при условии
Q2(i,j)/2<Р, то длина получаемой доски равна длине бруса.
По окончании перебора ширин находят размеры доски наибольшего
объема; ее объем суммируют с объемом боковых досок второго прохода.
Управление передается блоку 10, определяющему ширину пласти бруса
Bkb, из которой могут быть выпилены безобзольные длины, по формуле
(4.57)
Bkb y0 y11 z0tg
Из массива BRl(i,j) блоком 11 осуществляется перебор толщин
центральных досок, ширина которых соответствует толщине бруса. Далее
вычисляют количество NЦД и объем VЦД получаемых центральных досок:
Bkb
N ЦД
; VЦД N ЦД BR1 i, j BRi L
(4.58)
BR1 i, j tпр
Расход постава на выпиловку центральных досок
R
y0
N ЦД ( BRl (i, j ) t пр ) t пр
(4.59)
Блок 13 рассчитывает и суммирует объемы боковых тонких досок,
стоящих слева, т.е. в сторону выгнутой кромки бруса от центральных досок.
По окончании выбора толщин центральных досок (выполнение условия
106
блока 12) управление передается блоку 14, который изменяет угол ориентации
бруса перед раскроем. Затем управление передается блоку 8, и расчет
повторяется при новом угле ориентации. По окончании вариантов изменения
угла ориентации бруса управление передается блоку 16, изменяющему
величину смещения нижнего торца бревна относительно верхнего. Если
варианты смещения бревна закончились (выполнение условия блока 17), то
управление передается блоку 2 для выбора следующей толщины бруса.
По окончании выбора толщин брусьев или выбора толщины бруса
больше 0,8 от величины верхнего диаметра процедура вычисления
заканчивается, и в качестве исходных данных выдается оптимальный постав и
оптимальные варианты ориентации бревна, бруса и досок неправильной формы
перед продольным раскроем. Толщина более 0,8 величины верхнего диаметра
кривых бревен практически нереальна.
В заключение этого раздела следует заметить, что при проектировании и
расчете поставов на ЭBM пользователю необходимо овладеть приведенными
выше аналитическим и графическими методами проектирования оптимальных
поставов, что в сумме дает наилучшее представление о закономерностях и
особенностях раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы.
4.11. План раскроя сырья
План раскроя сырья – это система поставов, обеспечивающая выработку
заданной спецификации пиломатериалов из бревен, запланированых к
распиловке, с наивысшими показателями по их объемному и качественному
выходу. При составлении и расчете поставов необходимо учитывать
теоретические положения и практические рекомендации. Этот касается
структуры поставов для бревен различных размерно-качественных групп,
подбора толщин досок в постав, их ширины и длины, использования
пифагорической и параболической зон бревна и др.
Исходными данными для составления плана раскроя является
спецификация пиломатериалов, подлежащих выработке и спецификация
половочного сырья. На основе имеющегося оборудования устанавливают
наиболее рациональные способы раскроя пиловочника. План раскроя
составляют на весь объем сырья, предназначенного к переработке за
определнный промежуток времени, или на 1000 м3 с сохранением в этом
107
объеме удельных соотношений размеров и качесва бревен, указанных в
спецификации.
Соответственно
пересчитывают
и
спецификацию
пиломатериалов.Объемный выход пиломатериалов расчетной спецификации из
1000 м3 сырья может составлять 550…700 м3. Посортный состав
пиломатериалов, определенный по формуле (4.4), следует сравнивать с
требуемым по спецификации. Разница между возможным и потребным
составом покажет возможность выполнения спецификации по качеству, а также
направление его корректировки. Подробнее с проектированием плана раскроя
сырья можно ознакомиться по литературе [7,9].
4.12. Баланс древесины
При распиловке пиловочного сырья объем древесины распределяется по
видам продукции, кусковых и сыпучих отходов и безвозвратных потерь
(усушка и распыл). Это распределение называется балансом древесины.
Структура баланса отражает рациональность использования древесины и
зависит от различных факторов – способов распиловки, размеров и качества
сырья, применяемых поставов и оборудования и др. Баланс древесины может
быть плановым и отчетным. Плановый баланс составляют расчетным путем,
отчетный – по фактическим данным работы предприятия. В табл. 4.6 приведен
пример баланса хвойного пиловочного сырья при выработке пиломатериалов
на лесопильных рамах со 100 % -ной брусовкой.
Таблица 4.6
Баланс хвойного половочного сырья, % при выработке обрезных пиломатериалов по
ГОСТ 24454-80 и ГОСТ 8486-86
Параметры
Европейская часть
Урал
Сибирь и
России
Дальний Восток
Пилопродукция
60
61,6
60,6
Кусковые отходы
20
18,4
20,4
Опилки
14
14,0
13,0
Усушка
6
6,0
6,0
Всего
100
100
100
Контрольные вопросы
1. Какие существуют способы распиловки бревен, их преимущества и
недостатки? Какими критериями они оцениваются?
108
2. Что такое поставы на распиловку бревен? Приведите их
классификацию.
3. Какие основные этапы можно выделить в развитии теории раскроя
бревен на пиломатериалы? Какие задачи в них решались?
4. Какая существует функциональная связь между шириной и длиной
необрезной доски и параметрами бревна в зависимости от ее
местоположения?
5. Для каких целей введено понятие пифагорической и параболической
зоны бревна? Каков размер этих зон?
6. По каким формулам можно определить оптимальную ширину и
длину обрезной доски при ее выпиливании из необрезной ?
7. Какие размеры имеет брус максимального объема? Какие
отклонения допускаются на практике от его размеров ?
8. Что такое оптимальная и предельная толщина досок? Как построены
графики оптимальных и предельных толщин досок? Как пользоваться
этими графиками?
9. Что понимает под предельным охватом бревен поставом? Какой вид
имеет формула предельного охвата диаметра бревен поставом?
10. Как влияет сорт пиловочного сырья на выход пиломатериалов
различного качества?
11. Какие основные пороки пиловочного сырья влияют на сортность
вырабатываемых пиломатериалов?
12. Зависит ли размеры допускаемых сучков на пиломатериалах одного
и того же copтa от размеров пиломатериалов и почему?
13. Что такое ценностные коэффициенты пиломатериалов?
14. Какая
существует
взаимосвязь
распределения
сучков
на
'поверхности бревна с возможностью улучшения сортового состава
пиломатериалов при распиловке бревна?
15. Как определить аналитическим и графическим способами зону и
угол радиальности пиломатериалов?
16. Какие теоретические положения разработаны И.С. Межовым для
более полного использования сбеговой зоны бревна?
17. Какие особенности возникают при составлении и расчете поставов
при распиловке бревен параллельно образующей ?
109
18. Расскажите об особенностях раскроя тонкомерных и крупномерных
бревен.
19. Как
осуществляется
базирование
круглых
лесоматериалов
относительно постава пил на различных типах бревнопильного
оборудования? Какие особенности имеют применяемые способы
базирования?
20. Какие существуют методы составления и расчета поставов? Какие
основные требования учитывают при составлении поставов?
21. Расскажите об аналитическом методе составления и расчета
поставов.
22. Что такое график-квадрант, на какой теоретической базе он
построен?
23. Что такое расход ширины постава (полупостава) и как это
расстояние определяется для сердцевинных, центральных и боковых
досок?
24. В какой последовательности рассчитываются поставы на
распиливание бревен вразвал и с брусовкой с использованием графикаквадранта?
25. Какой возможен алгоритм проектирования поставов на ЭВМ?
26. Какой возможен алгоритм проектирования поставов при раскрое
бревен и брусъев с кривизной и эллиптичностью поперечного сечения?
27. Что представляют собой совмещенные поставы? Расскажите о принципе
их проектирования.
28. Что такое план раскроя сырья и баланс древесины ?
Какова
последовательность их составления ?
Глава 5
НЕКОТОРЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
РАСКРОЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ
5.1. Методы и способы раскроя
Раскрой пиломатериалов на заготовки – завершающая стадия процесса
раскроя бревен. Показатели выхода заготовок определяют оптимальность
процесса в целом, начиная от раскроя хлыстов.
110
Раскрою подвергаются обрезные и необрезные пиломатериалы, разные по
характеру обработки и размерам, высушенные до требуемой влажности или
сырые. Основным фактором эффективности использования древесины является
выбор рационального метода и способа раскроя пиломатериалов, который
зависит от соответствия размерно-качественной характеристики сырья,
используемого для раскроя, размерно-качественной характеристике и
назначению заготовок. Существуют три метода раскроя досок на заготовки:
индивидуальный, групповой и индивидуально-групповой.
При индивидуальном методе каждый отдельный пиломатериал
раскраивается на заготовки спецификационных размеров и качества с учетом
особенностей раскраиваемого сырья и заготовок. Групповой метод
предусматривает раскрой пиломатериалов без учета особенностей каждого
пиломатериала на заготовки требуемого размера и качества. При
индивидуально-групповом методе оценка соответствия пиломатериалов и
заготовок выполняется индивидуально, а все операции раскроя происходят
групповым методом.
Первый метод эффективен при раскрое сырья низкого качества для
получения из него высококачественных заготовок с наибольшим выходом.
Второй - если качество пиломатериалов соответствует качеству заготовок.
Третий - позволяет использовать сырье практически любого сорта с
наибольшим возможным выходом заготовок требуемого качества.
В практике раскроя пиломатериалов на заготовки в зависимости от
направления пропилов и очередности их выполнения применяется семь
способов: поперечный, продольный, поперечно-продольный, продольнопоперечный,
поперечно-продольно-поперечный,
продольно-поперечнопродольный и ребровый.
Поперечный способ раскроя (рис. 5.1) применяется тогда, когда
поперечное сечение обрезных досок сформировано под сечение заготовок или
заготовки могут иметь свободную ширину или толщину. При этом способе
производится вырезка дефектов и пороков древесины, не соответствующих
качеству заготовки, и формирование длин заготовок в соответствии с заданной
спецификацией.
111
Рис. 5.1. Схема поперечного способа
раскроя пиломатериалов на заготовки: Lд –
длина доски; lз – длина заготовки; lд – длина
дефектного отрезка; lб/д – длина бездефектного
отрезка; lу – длина бездефектного участка; lТ –
зачистка торца
Продольный способ раскроя (рис. 5.2) применяется тогда, когда толщина
и длина пиломатериалов соответствуют требуемой толщине и длине заготовок
или заготовки могут иметь свободную длину и толщину. При этом способе
производится формирование ширины заготовок, вырезка дефектов и пороков
древесины, не соответствующих качеству заготовок.
При продольно-поперечном способе (рис. 5.3) обрезные и необрезные
пиломатериалы сначала раскраиваются по ширине, а затем по длине с
одновременной вырезкой пороков и дефектов древесины.
Рис. 5.2. Схема продольного способа раскроя пиломатериалов на заготовки: а – обрезная
доска; б – необрезная доска; b – ширина доски; b3 – ширина заготовки; bд – ширина
дефектного отрезка
112
Рис.
5.3.
Схема
продольнопоперечного
способа
раскроя
пиломатериалов на заготовки:
а – обрезная доска; б – необрезная
доска
При
поперечнопродольном способе (рис. 5.4) раскроя обрезные и необрезные пиломатериалы
сначала раскраиваются на соответствующие по длине заготовки с
одновременным удалением основных пороков и дефектов, а затем полученные
отрезки прирезаются на требуемые по ширине заготовки. При этом возможна
вырезка пороков и дефектных участков. Способ широко применяют для
раскроя досок лиственных пород древесин
Поперечно-продольно-поперечный
способ
(рис.
5.5)
раскроя
предусматривает сначала формирование по длине нескольких отрезков с
вырезкой основного порока или дефекта древесины, затем отрезки прирезают
по ширине, каждый полученный отрезок раскраивается окончательно по длине
с вырезкой пороков и дефектов не соответствующих качеству заготовок. В этом
случае используют сильносбежестые пиломатериалы с кривизной более
допустимой, длинномерные обрезные и необрезные доски.
113
Рис. 5.4. Схема поперечнопродольного способа раскроя
пиломатериалов на заготовки: а –
обрезная доска, б – необрезная
доска (обозначения на рис. 5.1 и
5.2)
Продольно-поперечно-продольный способ применяется при массовом раскрое
обрезных пиломатериалов на
узкие заготовки, ширина которых
кратна ширине пиломатериала.
Ребровый
раскрой
(по
толщине)
пиломатериалов
(рис.5.6) производится тогда,
когда необходимо сформировать
толщину заготовки. Этот способ
используется
только
при
выработке тонких заготовок. В
остальных случаях более выгодно
вырабатывать
пиломатериалы
толщиной,
равной
толщине
заготовок.
Рис. 5.5. Схема поперечно-продольно-поперечного
способа раскроя пиломатериалов на заготовки
114
Рис. 5.6. Ребровый раскрой
пиломатериалов на заготовки
Рис. 5.7. Схема раскроя необрезной
доски на заготовки с направлением
продольных резов параллельно кромкам
Следует иметь в виду, что при раскрое толстых на более тонкие
пиломатериалы снижается их сортность, так как в тонких досках допускаются
сучки на кромках меньших размеров, чем в толстых. Поэтому для выработки
тонких заготовок путем раскроя пиломатериалов по толщине следует
подбирать пиломатериалы более высокого качества
На практике наиболее распространены два способа раскроя – поперечнопродольный и продольно-поперечный, которые осуществляют индивидуальным
и групповым методом.
При раскрое необрезных пиломатериалов на заготовки возможны
следующие три способа их базирования относительно постава пил: параллельно
продольной оси доски, параллельно одной кромке доски, параллельно двум
кромкам доски с двух установок. Первый способ используется при продольном
и продольно-поперечном способе раскроя необрезных пиломатериалов для
заготовок общего назначения (мебельных, заготовок строительных деталей,
деталей авто- и вагоностроения); второй – при продольном и продольнопоперечном способах раскроя необрезных пиломатериалов для получения
части заготовок специального назначения с повышенными прочностными
свойствами, например, авиационных; третий – при раскрое необрезных
пиломатериалов для получения всех заготовок специального назначения с
повышенными прочностными свойствами.
При выборе метода и способа раскроя пиломатериалов необходимо
учитывать распределение главного сортообразующего порока – сучков в
пиломатериалах.
115
5.2. Распределение сучков на пластях
досок хвойных пород
В пиломатериалах хвойных пород основным сортообразующим пороком
являются сучки. Общее количество сучков, выходящих на пласти досок, может
быть определено по формуле Ю.Р. Бокшанина [1] :
nδ
α ,
360
n
(5.1)
где n∂ - количество сучков, выходящих на пласти досок; nδ - количество сучков
на поверхности бревен; α - центральный угол охвата пласти досок.
В формуле (5.1) распределения сучков на поверхности бревен
принимается равномерным. В действительности наблюдается концентрация
сучков на поверхности отдельных четвертин бревен (см. раздел 3.1), что, по
мнению П.П. Аксенова, не исключает использования этой формулы и для этих
случаев. На пластях досок бездефектные участки имеют неодинаковые размеры
по длине и ширине. Установлено, что по мере удаления пластей досок от центра торца бревен на них уменьшается и количество сучков. Наибольшая концентрация сучков на пластях досок соответствует участкам, прилегающим к
продольной оси досок, а наименьшая - к периферии. Вследствие уменьшения
размеров сучков при выработке досок ближе к центру некоторая их часть переходит в неучитываемые стандартами.
По ширине досок сучки распределяются по закону кривой Гаусса
относительно продольной оси. Поэтому при продольном раскрое досок меньше
сучков попадает в узкие заготовки. Это повышает их сортность и уменьшает
переход годной древесины вместе с пороками в вырезки.
Размер сучков, выходящих на пласть доски, может быть определен по
формуле
2
d б2
d 2 cos 2
d2
d б2
4d б z 1
dc
(5.2)
где dб - размер сучка на поверхности бревна; dc - искомый размер сучка на
пласти, находящейся на расстоянии z от центра торца бревна; z - расстояние от
центра торца бревен до пласти доски; d - диаметр бревна; β - угол наклона
сучка к оси x, перпендикулярной к пласти.
116
По принятому в России методу размеры сучков определяются по
расстоянию между касательными, проведенными параллельно продольной оси
доски. Поэтому сучок одного и того же размера dб, выходящий на поверхность
бревна диаметром d, расположенный под утлом β к оси х на пласти досок на
расстоянии z будет иметь различные размеры (рис. 5.8.).
Минимальные размеры он будет иметь при совпадении его оси с осью х, а
с увеличением угла наклона к этой оси, его размер будет увеличиваться. Если
размеры сучка, расположенного под углом к оси х разделить на размеры того
же сучка при совмещении его с осью х, то отношение их будет:при β = 0º - 1,00;
при β = 30º- 1,35; при β = 45º - 2,06; при β = 60º- 4,26.
Закономерности
распределения
сучков
на
поверхности
пиломатериалов учитываются при
разработке теорий раскроя досок на
заготовки,
а
также
при
моделировании
и оптимизации
раскроя
хлыстов,
бревен
и
пиломатериалов.
Рис. 5.8. Схема расположения сучков
под разными углами к оси х
5.3. Теоретические положения
раскроя досок на заготовки (по В.С. Ясинскому)
Каждый пиломатериал должен быть раскроен оптимально. Степень
оптимальности оценивается коэффициентом использования пиломатериалов
или коэффициентом выхода заготовок КT.
При поперечном способе раскроя обрезных досок (рис. 5.1) это
отношение
КТ
Vот
Vпм
где Vот - объем заготовок ; Vп/м - объем пиломатериалов.
(5.3)
117
Коэффициент Кт можно также представить другим выражением:
,
(5.4)
где Кг - коэффициент градации, учитывающий бездефектные остатки
древесины по длине; Ко - коэффициент, учитывающий потери древесины в
опилки; Кд - коэффициент качества, учитывающий потери древесины на
дефектные участки.
При раскрое партии пиломатериалов на заготовки длину бездефектных
остатков можно определить по формуле
Σ ℓбд nбд = Σ ℓу nу - Σℓ3 n3 ,
(5.5)
где Σℓбд·nбд — суммарная длина бездефектных остатков; Σℓу·nу - суммарная
длина бездефектных участков; Σℓ3·n3 - суммарная длина получаемых заготовок.
В зависимости от сочетания длин заготовок и длин бездефектных
участков длина бездефектных остатков может изменяться от 0 до ℓmax.
Коэффициент использования длин бездефектных остатков или коэффициент
градации по длине Кг определяется по формуле
КГ
б nб
1
 уn у
(5.6)
или через средние значения
КГ
1
 ср.б
 ср.у
.
(5.7)
Коэффициент качества Кд - устанавливают опытным путем для
соответствующей качественной группы заготовок
путем замера длин
дефектных участков и рассчитывают по формуле
К
n
1
n
,
(5.8)
где Σℓдnд— общая длина всех дефектных участков в партии пиломатериалов;
Σℓn — полная длина пиломатериалов в партии.
Потери выхода в опилки, образующиеся в результате поперечных резов,
определяют по выражению:
К
О
1
П
,
L пм
(5.9.)
где Σ П – суммарная ширина пропилов; Σ Lпм – суммарная длина раскраиваемых
пиломатериалов.
118
При поперечно-продольном раскрое необрезных досок образуются
отходы в виде сбеговой рейки. Коэффициент использования Кис необрезных
досок в этом случае можно определить по формуле
К
1
ис
bK
n bK
bB
bB
,
(5.10)
где bК, bВ - ширина доски (по наружной пласти) в нижнем и верхнем торце; n число отрезков.
Коэффициент Кис учитывает использование сбеговой зоны необрезных
досок и зависит от количества отрезков, на которые раскраивается необрезная
доска по длине, от сбега бревен и местоположения досок в поставе. С
увеличением числа отрезков n коэффициент Кис стремится к
единице.Эффективность поперечно-продольного раскроя необрезных досок
будет достигнута в том случае, если они раскраиваются на 2 - 3 и большее
число отрезков.
Выход заготовок зависит от размерно-качественной характеристики
пиломатериалов, назначения заготовок и их размеров, применяемого способа
раскроя, вида обработки пиломатериалов (обрезные, необрезные) и других
факторов.
Продольный раскрой отрезков досок на заготовки выполняется после
поперечного раскроя пиломатериалов. Коэффициент использования отрезка
(доски) при продольном раскрое равен
Кп
V3
V
,
(5.11)
где V3 - объем заготовок; V - объем отрезков (досок).
Для необрезных досок
Кпн = КоКорКсрКр,
(5.12)
где Ко, Кор, Кср - коэффициенты, учитывающие потери древесины
соответственно в опилки, в обзольную рейку, в сбеговую рейку; Кр коэффициент, учитывающий потери древесины в рейку из-за некратности
ширины заготовок ширине доски.
Для обрезных досок коэффициент градации по ширине или коэффициент
использования при продольном раскрое определяют по формуле Кп= Ко· Кр
Общий коэффициент использования пиломатериалов на заготовки при
поперечно-продольном раскрое
119
Кобщ = Кт Кп
(5.13)
При поперечном раскрое пиломатериалов существенную роль в
уменьшении отходов в торцовые отрезки играет градация размеров длины
заготовок, а при продольном - градация размеров ширины заготовок.
Коэффициенты градации по длине и ширине досок на заготовки можно
определить по графикам (рис. 5.9).
Рис. 5.9. Графики для определения коэффициентов градации: а – по ширине; б – по
длине
Теоретические расчеты дают возможность сравнить выход заготовок
различных спецификаций. С помощью этих коэффициентов можно рассчитать
нормы расхода сырья на производство различного вида заготовок.
При раскрое пиломатериалов на заготовки необходимо знать полный
баланс древесины, который складывается из двух основных компонентов:
объема заготовок и суммарных потерь древесины, на которые оказывают
влияние размерно-качественный состав пиломатериалов, размеры и качество
заготовок, схемы раскроя. Суммарные потери древесины в целом составляют
30…40 %.
120
5.4. Моделирование и оптимизация раскроя
пиломатериалов на заготовки
Обрезные и необрезные доски, имеющие кривизну и сбег, являются
листовыми материалами, к которым с тем или иным приближением и с учетом
имеющихся пороков можно применять различные методы оптимизации для
нахождения рациональной схемы раскроя.
В основе большинства публикаций по разработке методов раскроя
пиломатериалов на заготовки рассмотрены принципы построения
оптимизационных моделей на основе формулировки целевой функции как
задачи линейного программирования с соответствующим набором
ограничений. В качестве критериев оптимизации процесса раскроя
используются: выпуск продукции в оптовых ценах; минимальный расход
сырья; равномерность выполнения и перевыполнения выпуска плановой
продукции и др. В качестве ограничений используются: ограничения по
ресурсам сырья; по спецификационному количеству выхода заготовок;
ограничения на качество древесины и др. Приведем здесь работу [26], в
которой предлагаются алгоритмы для расчета количества заготовок с
одинаковыми и разными размерами, вырабатываемых непосредственно из
бревна. При этом форма бревна принимается за усеченный параболоид
вращения. Количество заготовок одной размерной группы при развальном
способе раскроя бревен можно определить по формуле
N2
N заг
N1
D2
2
j 1
D2
d2
i 1
i 3
L
h 32 j
b3 ,
(5.35)
где D - диаметр бревна в нижнем торце, мм;d - диаметр бревна в верхнем торце,
мм;L - длина бревна, мм;h3, b3, ℓ3 - соответственно толщина, ширина и длина
заготовки, мм;j - текущий индекс парной доски, считая от центра бревна, j = 1N2;N2 - количество пар досок в поставе;i - индекс отрезка доски; считая от
комлевого среза, i = l – N1;N1 - количество отрезков на которые делится доска.
При этом должны выполняться условия:
D2
 3 N1
L ,
i 3
L
h 32 j
D2
d2
(5.36)
b3 ,
(5.37)
121
Количество заготовок разной длины, но одного сечения при развальном
способе раскроя бревен можно определить по алгоритму:
N1
N заг
N2
D2
2
k 1
D2
d2
j 1
3 k
L
h 32 j
b3 k ,
(5.38)
где k - текущий индекс типа заготовки, считая от комлевого среза,k=1- 1;N1число типов заготовок; N2- число пар досок.
Для этого случая приняты следующие ограничения:
N1
3 k
L,
(5.39)
k 1
D2
D2 d 2
3 k
L
h 32 j
в3 k .
(5.40)
При составлении алгоритма (5.38), (5.39), (5.40) условно принималось,
что бревно делится на отрезки, начиная от комлевого среза. Длина отрезка
бревна ℓ3(k) равна длине заготовки.
Алгоритм (5.38), (5.39), (5.40) может быть использован и для расчета количества заготовок разного сечения и длин.
Контрольные вопросы
1. Какие методы и способы раскроя необрезных и обрезных досок на
заготовки используются в промышленности? Охарактеризуйте их.
2. Расскажите о способах базирования пиломатериалов при их раскрое
относительно постава пил?
3. Какие критерии опенки используются для методов и способов
раскроя пиломатериалов на заготовки?
122
РАЗДЕЛ 3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
Глава 6
ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ К РАСПИЛИВАНИЮ
6.1. Структура технологических операций
Технология подготовки сырья к распиливанию – это совокупность
способов воздействия на сырье с целью оптимальных уровней объемного и
ценностного выхода спецификационных пиломатериалов и заготовок.
Основные процессы и операции: выгрузка и приемка поступившего сырья;
создание сезонных запасов и хранение; раскряжевка хлыстов; сортировка
пиловочных бревен; обнаружение и удаление металлических включений;
создание оперативных и страховых запасов сырья; тепловая обработка мерзлой
древесины; окорка бревен и их нормализация; оптимизация процессов раскроя
хлыстов и сортировки бревен; планирование работы производственных
процессов;
диспетчерское
или
автоматизированное
управление
производственными процессами; подача партий пиловочных бревен в
распиловку. Не на всех лесопильных заводах присутствуют перечисленные
процессы и операции. На их состав и последовательность влияют способы и
сроки поставки сырья, объемы распиловки, способы раскроя бревен на
пилопродукцию, тип бревнопильного оборудования; уровни специализации,
механизация и автоматизация производственных процессов и ряд других
факторов.
В пособии рассмотрены основные технологические операции подготовки
круглых лесоматериалов к распиловке при их сухопутной поставке, структура и
последовательность выполнения которых приведена на рис. 6.1.
6.2 Поставка и приемка лесоматериалов
Сухопутная поставка круглых лесоматериалов на лесопильные
предприятия
осуществляется
железнодорожным
и
автомобильным
транспортом, соответственно в 4-х или 6-осных полувагонах или платформах и
на автомобилях ЗИЛ-130, МАЗ-509, КАМАЗ с прицепами.
123
Приемка пиловочника выполняется в соответствии с договором о
поставке сырья, стандартами на входной контроль, правилами приемки и
методами определения объема и качества лесоматериалов. Договор, как
правило, содержит:
Сухопутная поставка сырья
Приемка пиловочника
Приѐмка хлыстов
Формирование и разборка
производственного запаса
Комплектование
производственного запаса
рассортированных бревен
Раскряжевка хлыстов
Сортировка бревен
Тепловая обработка мерзлых бревен
Комплектование оперативного запаса
рассортированных бревен
Окорка пиловочника
Нормализация (оцилиндровка,
окантовка) пиловочника
Подача сырья на распиловку
Рис. 6.1. Структурная схема технологических операций подготовки сырья к распиловке
наименование лесоматериалов, сорт, способ поставки, стандарт или
технические условия на сырье, порядок расчета, дополнительные требования к
качеству и условиям поставки.
Приемку
сырья
производят
партиями
(любое
количество
лесоматериалов, оформленное одним документом) по следующим критериям:
порода, объем, размеры (толщина, длина), количество и качество.
124
Объем бревен поштучно или находящихся в штабеле в транспортном
средстве, определяют (в плотной мере) в соответствии с ГОСТ Р 52117-2003
(см. разд. 1.2). Погрешность определения объема партий круглых
лесоматериалов дифференцирована в зависимости от методов учета.
Для поштучных методов объем партии принят не менее 15 м 3. Предел
относительной погрешности определения объема принят для метода таблиц объемов
±8 % с вероятностью 0,95, для остальных поштучных методов ±3 % с
вероятностью 0,95.
Для групповых методов измерения объема партии показатели погрешности
установлены дифференцированными в зависимости от размера партии. С
увеличением размера партии от 20 до 200 м3 предел относительной
погрешности уменьшается с ±12 % до ±4 %.
Проверка качества бревен по ГОСТ 2292-88 предусматривает три метода:
сплошная или выборочная проверка качества лесоматериалов, обмеряемых
поштучно, выборочная проверка лесоматериалов, обмеряемых в складочной
мере.
Количество и качество лесоматериалов, обмеряемых поштучно,
определяется сплошным контролем путем установления соответствия
показателей маркировки фактическому качеству, размерам и назначению. При
отсутствии маркировки их качество проверяют осмотром и обмером каждого
бревна. Если при поштучной проверке качества лесоматериалов будет
установлено, что объем каждого сорта отличается от соответствующего объема,
указанного в документах или определенного при маркировке, не более чем на
3%, то партия принимается в соответствии с качеством лесоматериалов,
указанных в документах или маркировкой. Если качество лесоматериалов, не
соответствующих требованиям стандартов, окажется более указанных
процентов, то партия принимается по результатам проверки.
Учет хлыстов проводят индивидуальным и групповым методами. В
соответствии с ТУ13-1273685-403-89 при индивидуальном методе объем
хлыстов определяют по длине и диаметру, измеренному на расстоянии 1,3 м от
нижнего торца, объем частей хлыстов – по ГОСТ Р52117-2003 по
соответствующим таблицам.
Существующие стандарты и технические условия ориентируют на
индивидуальный обмер и учет материалов в выборках. Для этого разработаны
автоматические средства (см. гл. 13)
125
6.3 Хранение пиловочного сырья
На лесопильных предприятиях длительному хранению подвергается
около 40 % круглых лесоматериалов. Такая необходимость вызывается
сезонностью доставки лесоматериалов, обусловленной весенней и осенней
распутицей. Долговременный запас должен обеспечить работу лесопильного
цеха между поставками сырья в течение 30-35 дней. Запас сырья Qскл
определяется по формуле
Qскл Qост Qп Qр
(6.2)
где Qост – остаток сырья на начало года, м3; Qп – количество поступающего
сырья по месяцам, м3; Qр – сведения о распиловке сырья по месяцам, м 3.
При транспортировке и неправильном хранении сырья происходит его
повреждение грибами и насекомыми, возникают трещины усушки, изменяется
цвет древесины.
Повреждение древесины грибами выражается в виде различных грибных
окрасок и нарушении структуры древесины. Деревоокрашивающие грибы
изменяют цвет древесины, но ее физико-механические ее свойства при этом
остаются практически прежними. Дереворазрушающие грибы вызывают
деструкцию целлюлозы и лигнина древесины. Это приводит к снижению ее
прочностных характеристик. Благоприятные условия для развития грибов:
температура 25…60 0C, влажность древесины 25…100 %.
Повреждение насекомыми (короедами, долгоносиками и др.) выражается
в виде отверстий и ходов в древесине. Это нарушает целостность древесины,
способствует проникновению спор грибов во внутренние слои. Оптимальные
условия для развития насекомых: температура 25…28 0C, влажность древесины
60…70 %.
Трещины усушки появляются вследствие внутренних напряжений,
возникающих в древесине при потере ею влаги ниже точки насыщения волокна
(около 30 %) и анизотропии ее свойств. Изменение цвета древесины вызывают
окислительные процессы, происходящие при потере древесиной влаги под
воздействием кислорода воздуха.
Избежать отрицательного воздействия разрушающих биологических и
физико-химических факторов можно сохраняя в древесине влажность на
уровне, соответствующему ее свежесрубленному состоянию, т. е. 100 % и
126
более. В этой связи для сохранения качества пиловочного сырья используют
водный и влажный способы хранения древесины (ГОСТ 9014.0-75).
При водном способе бревна затопляют и хранят до момента их
использования. Для такого хранения применяют естественные и специально
подготовленные водоемы. Сырье хранят в затопленных штабелях. Бревна в
штабеле при водном способе хранения укладывают плотно. Надводную часть
штабеля в летнее время дополнительно увлажняют.
Влажный способ хранения используют на суше. При этом бревна,
отличающиеся по длине не более 0,5…1 м укладывают в плотные штабеля
прямоугольной формы в неокоренном состоянии. При такой укладке лучше
сохраняется влага в древесине, увеличивается емкость штабеля. Каждый
штабель размещают на основании, не поражаемом биологическими агентами
разрушения, например, из железобетонных блоков. Высота подштабельного
основания должна быть не менее 15 см. Лесоматериалы укладываются комлями
и вершинами в разные стороны и выравниваются по одной из сторон в штабеле.
Каждый выложенный штабель снабжают табличкой с указанием породы,
размера, сортности, числа и кубатуры бревен, время начала и конца выкладки,
режима хранения и предполагаемое время разборки.
Объем древесины уложенной в штабель) определяют по формул
Qш Vш k ш ,
(6.7)
где Vш - габаритный объем штабеля, м3; kш - коэффициент заполнения
штабеля:
Состояние
бревен
Диаметр бревен, см
16 … 22
24 … 30
32 и более
неокоренные
окоренные
0,58…0,63
0,65…0,70
0,64…0,70
0,72…0,76
0,70…0,75
0,74…0,79
При температуре больше 5 0C штабеля подвергаются увлажнению с
помощью дождевальных установок. Первоначальное дождевание должно
промочить штабель до самого низа. Далее дождевание ведется в дневное время
по режиму: 15 мин полив, 1…2 часа перерыв. Расход воды 6…8 л на 1м 2
верхней поверхности штабеля.
127
Сохранение влаги древесины зависит от климата и сроков укладки бревен
в штабеля. По степени и интенсивности просыхания древесины территория
России условно подразделяется на 6 климатических зоны. В каждой зоне есть
характерные периоды хранения пиловочных бревен. Для хранения сырья
наиболее благоприятная пора укладки бревен в штабеля – с июля по октябрь.
С целью предотвращения растрескивания лесоматериалов и поражения
грибами и насекомыми при хранении возможна обработка их торцов
опрыскиванием или малярным нанесением влагозащитных или влагозащитноантисептических средств (ГОСТ 9014.2-79) не позднее 1…2 дней после
заготовки. В состав влагозащитно-антисептических средств входят: масла
(трансформаторное, канифольное и др.), бакелитовые, карбамидофенлформадельгидные смолы, антисептики (фтористый натрий, тиомочевина,
кремнефтористый аммоний и др.). Влагозащитным покрытием могут быть
продукты нефтехимии (битумы марки №3) и термической обработки древесины
(сухоперегонные смолы). В качестве примера можно указать следующее
средство: препарат ПБТ, содержащий буру, тиомочевину, соду
кальцинированную, трансформаторное масло и воду; покрытие Карбафен-11,
содержащий карбамидоформальдегидную и фенолформальдегидную смолы,
антисептик - фтористый натрий, воду и, в качестве отвердителя, хлористый
аммоний. Расход защитных средств составляет 0,8…1,2 кг/м2 .
6.4 Раскряжевка хлыстов
Поставка сырья на лесопильно-деревообрабатывающие предприятия в
виде хлыстов позволяет снизить затраты труда на первичную обработку,
комплексно использовать древесное сырье, снизить себестоимость
пилопродукции.
Раскряжевку хлыстов на пиловочные бревна проводят различными
методами и способами, которые зависят от качества и размеров сырья, объемов
производства спецификационной пилопродукции и принятой технологии
раскроя бревен.
На лесопильных предприятиях применяют константный и вариационный
методы раскроя хлыстов. Под константным методом понимается такой
раскрой, при котором диаметр бревен явояется функцией их длины d=f(L):
128
длины определенные – диаметры разные. Под вариционным понимается метод,
когда длина бревен является функцией их диаметра L=f(d): диаметры
определенные – длины разные. При этом диаметры бревен выпиливаются в
соответствии с требованиями спецификации пиломатериалов (см. разд. 3.6).
Установлено [14], что константный метод приводит к потерям пиломатерилов
до 8 % и более по сравнению с вариационным. Вариционный метод широко
используется в практике лесопиления Финляндии, Германии, Канаде и других
зарубежных странах.
Способы раскроя хлыстов принимают следующие: индивидуальный,
программный, обезличенный и групповой. При индивидуальном способе хлыст
последовательно раскраивается на сортименты с учетом формы и пороков и
получения из него высококачественных бревен заданной длины. Программный
способ предусматривает предварительную оценку размеров качества хлыста,
затем выбирается и заказывается программа раскроя сразу на весь хлыст. При
обезличенном способе все хлысты раскряжевывают на отрезки постоянной
длины, а при групповом - пачку хлыстов. При этом размеры и качество
отдельных хлыстов могут быть не учтены.
Раскрой хлыстов проводят на раскряжевочных установках. Наиболее
распростанения получили установки с продольной подачей хлыстов при их
поштучной обработке. Они разделяются на однопильные и двухпильные. К
однопильным относятся установки ЛО-15С (ЛО-15А), ЛО-113, а к
двухпильным – ЛО-68. В качестве пильного механизма используются станки с
круглым пильным диском.
Полуавтоматическая
раскряжевочная
установка
ЛО-15С
предназначена для работы с диаметром хлыста до 60 см. Она работает
следующим образом (рис.6.2).
129
Рис. 6.2. Технологическая схема установки ЛО-15С: 1- лесовозная дорога; 2 разделительное устройство РРУ-10М; 3 - разгрузочная эстакада; 4 - хлысты; 5 - подающий
конвейер; 6 - бункер; 7 - конвейер для отходов; 8 - манипулятор ЛО-13С; 9 - центрирующий
ролик; 10 - пила АЦ-3С; 11 – сортировочный конвейер; 12 - дополнительный пильный блок;
13 - приемный стол; 14 - кабина оператора
С помощью загрузочно-растаскивающего устройства 2 (РРУ-10М)
хлысты 4 подаются на приемную эстакаду 3 к двухстрелковому
гидроманипулятору 8 (ЛО-13С), который поштучно укладывает их на
подающий двухцепной конвейер 5 для перемещения на приемный стол 13 до
выдвинутого на нем упора. После остановки хлыста и его стабилизации,
прижимным роликом сверху и центрирующим 9 снизу, включается пила станка
10 (АЦ-3С). Отпиленные сортименты сбрасываются на сортировочный
конвейер 11 (на рисунке сверху). Часть хлыста длиной до 12 м с приемного
стола подается на пильный блок 12, расположенный вдоль приемного стола, и
распиливается на двухметровые отрезки, которые затем поступают на
сортировочный конвейер 11 (на рисунке снизу). Опилки и оторцовки по
конвейеру 7 подаются в бункер 6. Скорость перемещения хлыста под пилу 1,86
м/с, диаметр пилы 1500 мм.
Двухпильная раскряжевочная полуавтоматическая установка ЛО-68
полностью унифицирована с установкой ЛО-15С за исключением пильного
механизма, который имеет две дисковые маятниковые пилы. Это позволяет
раскраивать хлысты диаметром в плоскости пропила до 110 см.
Сменная производительность Псм (м³) раскряжевочных установок с
продольным перемещением хлыстов, рассчитывается по формуле
130
П см
Т
Vхл К м К р
tц
(6.4)
где Т – продолжительность смены, мин; tц – продолжительность цикла
обработки одного хлыста, мин; Vхл – средний объем одного хлыста, м³; Кр –
коэффициент использования рабочего времени смены ( К р =0,8-0,9); К м –
коэффициент загрузки установки ( К м =0,75…0,9).
Более высокую производительность позволяют достичь многопильные
установки с поперечной подачей при штучной обработке хлыстов. Эти
установки разделяются на слешерные и триммерные. На слешере раскряжевка
осуществляется поперечным надвиганием хлыстов на неподвижные,
установленные на определенном расстоянии друг от друга, пилы. На
триммерных раскряжевочных установках применяют управляемые пилы,
вступающие в работу по команде оператора. Здесь имеется возможность
изменять программу раскроя хлыстов, что положительно сказывается на
качественном выходе деловых сортиментов. Условиями эффективного
применения многопильных установок являются высокая концентрация
древесного сырья с грузооборотом не менее 300 тыс.м³ в год, а также
однородный состав пород при среднем объема хлыста до 0,5 м³. В настоящее
время на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях применяются
триммеры АР-1, МР-8, АПЛ-1. Из слешеров нашли применение установки ЛО105, ЛО-117.
Многопильная раскряжевочная установка ЛО-105 (рис. 6.3) состоит
из раскряжевочного устройства (слешера) и околостаночного оборудования.
Рис. 6.3. Многопильная раскряжевочная установка ЛО-105: 1 - приемная эстакада с
поперечным конвейером; 2 - манипулятор; 3 - разобщитель ЛТХ-80; 4 - кабина оператора; 5
– ориентирующее устройство с механизмом поштучной выдачи хлыстов; 6 - слешер; 7 лесонакопитель; 8 – конвейер отходов
131
Технологический процесс раскряжевки хлыстов на установке
осуществляется следующим образом. Пачка хлыстов с лесовозного транспорта
или из запаса козловым краном подается на приемную эстакаду 1. Затем,
периодическими кратковременными включениями поперечного конвейера
хлысты небольшими пачками сбрасываются в бункер разобщителя хлыстов
ЛТХ-80 3, откуда они поштучно выдаются на шнеки ориентирующего
устройства 5. При необходимости хлысты на ориентирующем шнековом
устройстве поправляют манипулятором 2, установленным в потоке со стороны
их комлевой части. Со шнеков хлысты, сориентированные относительно первой
комлевой пилы, передаются в отсекатели. Отсекатели автоматически выдают
поштучно хлысты на тяговые цепи поперечного конвейера слешера 6, упорами
цепей надвигаются на его пилы и распиливаются на сортименты в соответствии
с установленной (постоянной) программой. Далее сортименты подают в
лесонакопители 7, откуда они забираются автопогрузчиками или кранами.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что применение слешеров
рационально только в случае раскроя хлыстов на пиловочные бревна одной
заданной длины. Это может иметь место, когда завод выпиливает, например,
брусковые пиломатериалы заданной длины или кратные по длине черновые
заготовки из пифагорической зоны бревен. В остальных случаях целесообразно
использовать оборудование, позволяющее производить индивидуальный
раскрой хлыстов на пиловочные бревна в соответствии с особенностями их
формы и качества.
Триммерные установки АПЛ-1 и МР-8 относятся к установкам с
пилением неподвижного хлыста. В установке АПЛ-1 (рис. 6.4) хлысты
поступают по приемному роликовому конвейеру 1 комлем вперед
выравниваются по вершинам, которые должны быть на одинаковом расстоянии
от крайней пилы, что значительно, облегчает уборку отпиленных вершин.
Установленные восемь пил поднимаются и опускаются пневмоцилиндрами и
позволяют выбирать программу раскроя каждого хлыста в отдельности. С
роликового конвейера 1 хлысты снимаются крюками поперечного конвейерам 2
и поступают в лоток 3, где зажимаются рычагами 4. Пилы 6 в соответствии с
выбранной программой поднимаются и распиливают хлыст. После
возвращения пил в исходное положение сбрасыватели 7 подают отпиленные
отрезки на конвейер 5. Затем цикл повторяется. Сбрасыватели срабатывают не
132
все одновременно, а формируются в группы в соответствии с номерами пил,
участвующих в раскряжевке хлыста, и сбрасывают отпиленные сортименты на
выносной конвейер 5 последовательно, начиная с комлевого, благодаря чему
создаются межторцовые разрывы между соседними сортиментами,
необходимые для последующей сортировки. Программа раскроя задается
оператором во время нахождения хлыста на поперечном конвейере.
Рис. 6.4. Схема триммера при позиционном методе раскроя хлыстов
Установка МР-8 (рис. 6.5) в основном выполнена по той же схеме, что и
АПЛ-1, но имеет: цепной ориентирующий конвейер, выравнивающий хлыст по
комлю; зажимы, расположенные в раскряжевочном лотке под распиливаемым
хлыстом; сбрасыватели, срабатывающие все одновременно; гидропривод
подачи пил, сбрасывателей и зажимов; девять пил диаметром по 1,5 и 1,25 м,
каждая из которых приводится во вращение отдельным двигателем.
Хлысты с накопителя 1 поштучно выдаются при помощи отсекателя 2 на
роликовый конвейер 3, который подает их до соответствующего упора в
продольном направлении (на рисунке не показан). Этим обеспечивается
установка торцов хлыстов в соответствии с принимаемой схемой раскроя.
Крюки 4 поперечного конвейера 5 снимают очередной хлыст с роликового
конвейера 3 и подают его к пилам 6. Пилы в исходном положении обычно ниже
подающих цепей. Подъем пил производится при помощи индивидуальных
приводов 7. Оценка размеров и качества древесины хлыста и выбор программы
его раскроя на современных триммерах производятся автоматически. При
отсутствии систем автоматической оптимизации раскроя хлыстов эти функции
выполняет оператор. Отпиленные отрезки поступают на конвейер 8 и
передаются им в накопитель 9, с которых они поштучно отсекателями 10
(работающими в определенном ритме, обеспечивающем межторцовые
133
разрывы) выдаются на продольный конвейер 11 участка сортировки
пиловочных бревен.
Рис. 6.5. Схема триммера с непрерывным поперечным перемещением хлыста
При необходимости, полученные при раскрое хлыста бревна (отрезки)
могут поступать непосредственно с конвейера 5 в бункеры устройства 12
(рис.6.5, б), из которых, по мере их заполнения, пачки бревен автопогрузчиками
или другими подъемно-транспортными устройствами подаются к местам их
складирования или, как и в первом случае, на участки сортировки бревен, если
участки раскроя хлыстов и сортировки бревен располагаются на определенном
расстоянии друг от друга.
Сменная производительность Псм (м³) раскряжевочных установок с
поперечным перемещением хлыста и непрерывным движением подающих
цепей (слешеры, триммеры) определяется по формуле
П см
TUV хл
 кр
К р К кр
(6.5)
где Т - продолжительность смены, с; U - скорость движения подающих цепей,
м/с; Vхл - средний объем хлыста, м³;  кр - расстояние между крючьями, м; К р коэффициент использования рабочей смены; К кр - коэффициент загрузки
крючьев подающих цепей.
На крупных предприятиях используются установки для пачковой
раскряжевки хлыстов ЛО-62, которая имеет производительность 600…700 м³
в смену. Она (рис. 6.6) имеет пильный аппарат 1 (рис. 6.6,а), состоящий из
рамы, по контуру которой, через направляющие ролики, движется пильная цепь
ПЦУ-30, а в месте пиления она движется в пильной шине со скоростью 15 м/с.
Рама перемещается по стойке вверх и вниз при помощи гидроцилиндров. Пачки
134
хлыстов формируют в приемных устройствах 2, имеющих коники со стойками.
Пильный механизм установки смонтирован на тележке, котораяпередвигается
по рельсовому пути (рис. 6.6,б), вдоль пути размещаются приемные устройства
3, заполненные пачками хлыстов. Переход от одного пропила к следующему
осуществляется передвижением тележки с пилой 4. Установка имеет четыре
приемных устройства, в каждом из которых вмещается по 25 м³ хлыстов.
Размеры поперечного сечения пачки 2,8 x 2,8 м.
Рис 6.6. Схема установки для пачковой раскряжевки хлыстов ЛО-62: а- пильный
механизм; б- технологическая схема
Предложен [6] способ групповой раскряжевки хлыстов, при котором
пачку хлыстов сечением 2000х2000 мм объемом до 25 м³ разрезают дисковыми
фрезами диаметром 2200 мм, толщиной 20 мм. При этом получается
технологическая стружка для производства древесностружечных и
древесноволокнистых плит. Этот способ эффективен в случае выработки
сортиментов заданных размеров при высокой производительности труда. Что
возможно при раскряжевке групп однородных хлыстов по оптимальной схеме.
6.5 Сортировка и формирование оперативного
запаса пиловочных бревен
6.5.1 Дробность сортировки
На лесопильные предприятия поступают или вырабатываются
пиловочные бревна различных пород, размеров и качества. Однако в
распиловку подают бревна в соответствии с планом раскроя отдельными
размерно-качественными группами. Это называется дробностью сортировки.
Ее можно определить по формуле
135
Собщ
С пор С L С d С к
(6.6)
где Собщ , Спор , , СL , Cd , Cк – соответственно общая дробность сортировки сырья, по
породам, по длинам, по диаметрам, по качеству.
Толщину бревен при их сортировке определяют по среднему диаметру
верхнего торца, традиционно имеющего границы
1 см. Группы бревен с
такими границами рассматривают как бревна четных или - нечетных
диаметров. Используют сортировку пиловочника: по диаметрам и группам
диаметров, по четным диаметрам, по четным и группам четных диаметров, по
нечетным диаметрам, по нечетным и группам нечетных диаметров.
Исторически сложилось так, что сортировка бревен проводится чаще всего по
четным и группам четных диаметров, например: 20, 22, 24, 28, 30…32, 34…36,
38…40 см и т.д. На большинстве отечественных лесопильных заводов одним
поставом распиливается сырье двух и более толщин. Неточность подборки
бревен по диаметрам отрицательно сказывается на объемном выходе
пиломатериалов. Так, снижение выхода пиломатериалов для бревен диаметров
22…30 см составляет при дробности сортировки
6 см 8,8…11,3 %,
4 см
4,6…6,6 %,
2 см 2,3…3,3 %. Крупные предприятия, вырабатывающие
экспортную пилопродукцию, подбирают бревна по смежным диаметрам с
градацией 0,5 см. Это позволяет улучшить использование сырья, применять
поставы с наименьшим количеством сечений и создавать лучшие условия для
механизации и автоматизации последующей обработки пиломатериалов.
Исследования и практика раскроя бревен на пиломатериалы показали, что
рациональные границы сортировочных групп бревен зависят от применяемых
для их распиловки поставов и далеко не всегда соответствуют четным
диаметрам [14].
По качеству пиловочные бревна делят на три группы. Рекомендуется
сортировку бревен проводить не по их сортам, а по качественным признакам.
Это объясняется тем, что выход пиломатериалов зависит от размеров
диаметров и качества сырья того или иного сорта, но не зависит от того, как
будут распилены бревна всех сортов вместе или последовательно. Сортировку
бревен по качественным признакам проводят по максимальным размерам
сучков, выходящих на поверхность бревна, или в зависимости от их количества
и размеров, по величине гнили, измеряемой в долях толщины нижнего торца
бревна; по месту их вырезки из хлыста.
136
Зависимость качества древесины от размера диаметров бревен и
целесообразность их сортировки как по диаметрам, так и по качественным
признакам приводит к необходимости иметь большое число размернокачествнных групп бревен.
Сортировку сырья по длинам проводят при выработке пиломатериалов
заданных длин. Небольшой диапазон длин бревен способствует выравниванию
цикловой производительности лесопильного оборудования и синхронизации
его работы, повышает полнодревесность технологических пакетов и
производительность оборудования. Сортировку сырья по породам проводят,
как правило, на лесозаготовительных предприятиях.
Отказаться от сортировки сырья по диаметрам и сортам возможно в
информационных технологиях при достоверных данных о размернокачественной характеристике каждого бревна и использования ее для
настройки режущих органов бревнопильного оборудования непосредственно
перед его распиловкой.
6.5.2 Сортировочное оборудование
Сортировка бревен должна обеспечить высокий уровень объемного,
качественного и ценностного выхода специфицированных пиломатериалов и
заготовок. Она проводится на специализированных линиях.
В линиях сортировки бревен основными процессами и операциями
являются: подача пучков нерассортированных бревен к сортировочным
линиям, разборка пучков и поштучная выдача бревен к механизмам
распределения по сортировочным признакам; определение породы и качества
древесины; размеров и особенностей формы (кривизны, величины сбега,
эллиптичности и др.) бревен; сбор, обработка и хранение информации о породе,
размерах и качестве древесины пиловочника; адресация бревен в карманынакопители сортировочных линий в соответствии с сортировочными
признаками; опорожнение карманов-накопителей для складирования бревен и
накопление заданных партий запуска пиловочника в распиловку; учет сырья,
поступающего и находящегося в оперативных запасах. Линии сортировки
пиловочных бревен в зависимости от их назначения, уровня автоматизации и
ряда других факторов имеют различный состав процессов и операций.
Современным высокомеханизированным и автоматизированным линиям
137
присущи все (или почти все) перечисленные процессы и операции.
На рис. 6.7 приведена принципиальная схема линии сортирования
пиловочного сырья для автоматизированного разделения его на
пиловочные группы по диаметрам и качеству. Механизм загрузки 1
предназначен для создания буферного запаса бревен и их поштучной выдачи на
приемный конвейер 3 с наименьшими разрывами между торцами. Шиберное
устройство 2 служит для отделения крупномерных бревен (диаметром свыше
60 см) до сортировочного конвейера 7. Приемный конвейер 3 является
участком визуальной оценки качества бревен с помощью дефектоскопов,
установки измерителя размеров 4 бревен и пульта 5. Сортировочный конвейер
7 с комплектом сбрасывателей 8 распределяет сорторазмерные группы бревен
по лесонакопителям 9. Последние служат для формирования пучков
рассортированных бревен с целью дальнейшего их транспортирования и
накопления запасов в штабелях. Система управления 6 предназначена для
автоматического управления процессом сортирования и учета бревен по
сортировочным признакам. С помощью гидравлического манипулятора 11
производится поправка отдельных бревен в процессе разборки пучков, на
приемном столе 12, а также удаление мелких и крупных бревен в
лесонакопители 10.
Отметим, что при отсутствии специального электронного оборудования,
обеспечивающего измерение диаметров под корой, сортировка неокоренных
бревен приводит к тому, что часть бревен не соответствует своей
сортировочной группе из-за того, что толщина коры непостоянна. Сортировка
окоренных бревен предпочтительна, так как при этом существенно повышается
точность измерения их диаметров, а также облегчается определение кривизны,
эллиптичности и других особенностей формы и качества древесины.
Рис. 6.7 Принципиальная схема сортировочного конвейера для бревен (обозначения в
тексте)
138
Крупные лесопильные предприятия с годовой мощностью по
распиливанию сырья 400 тыс. м3 и более используют автоматизированные с
програмным управлением линии сортирования бревен БС60-2Ф и БС60-3.
Состав этих линий приведен на рис. 6.8. Лесопильные заводы средней
мощности оснащаются линиями РБ-1-12, ЛСБ-2 и ЛТ-182, а небольшой
мощности - линиями ЛТ-86А и ЛТ-173 [15,21].
Рис. 6.8. Схемы линий сортирования бревен БС60-2Ф и БС60-3: а - автоматическая
линия окорки и сортирования бревен с системой управления на базе ЭВМ; б автоматизированная линия сортирования бревен с программным управлением; 1 - приемный
стол; 2 - разборщик с выравнивающим роликовым конвейером; 3 - механизм поштучной
выдачи; 4 - гидроманипулятор; 5 - подающий конвейер; 6 - ленточный конвейер с металлоискателем; 7 - конвейер отделения некондиционных бревен; 8, 10 - наклонные конвейеры с
отсекателями; 9 - окорочные станки; 11 - приемный конвейер; 12 - система измерения и учета
бревен; 13 - сортировочный конвейер; 14 - накопители; 15-металло-конструкции; 16конвейеры для уборки коры; 17,18-электро- и гидрооборудование; 19-накопитель для
некондиционных бревен; 20 - устройство измерения некондиционных бревен
Техническая характеристика автоматизированных линий для сортировки
бревен приведена в табл.6.2.
Таблица 6.2
Техническая характеристика линий сортирования бревен
Параметры
Марка линии
БС60-2Ф
Размеры сортируемых бревен:
диаметр, см
длина, м
Производительность, бревен/ч
Число сортировочных мест, шт
Скорость тягового органа, м/с
БС60-3
РБ-1-12
ЛТ-182
12…60 12…60 12…40
6…70
4,0…7,0 4,0…7,0 4,0…7,0 3,3…6,5
800
1200
700
600
32+2
26+1
12+2
16
2,0
2,0
1,6
1,2
ЛТ-86А
8…110
1,6…6,5
400
13
0,8
139
Фактическую производительность линий для сортировки бревен, в
штуках бревен в смену, определяют по формуле
Qфбс
где
бс бс
Qцбс k ти
k3 Т с
(6.7)
бс
Qцбс - цикловая производительность линии, шт. бревен в мин; k ти -
коэффициент технического использования линии для сортировки бревен; k 3бс коэффициент загрузки линии; Т с - время смены, мин.
Цикловая
производительность
автоматизированной
линии
для
сортировки бревен - это число бревен, которое может быть пропущено на ней в
минуту, исходя из ее конструктивных параметров и заданных режимов работы.
Она равна Qцбс U L , где U - скорость подачи сортировочного конвейера, Lp p
расчетная длина сортируемых бревен. L p L max ΔL , где L max - максимально
возможная длина бревен и ΔL - минимальный разрыв между торцами бревен на
сортировочном конвейере.
6.5.3 Оперативный запас бревен
Из рассортированных бревен формируют штабеля оперативного запаса,
который предназначен для обеспечения синхронной работы системы: линия
сортировки бревен - оперативный запас - лесопильный цех в течение
длительного промежутка времени. При сортировке пиловочника одной породы
его емкость А можно определить по формуле
(6.8)
A Tn Q бл ,
гр ср
где T - период работы (смена и т.д.) лесопильного цеха, в течение которого на
бревнопильной линии производится обработка пиловочника одним поставом;
Qбл - средняя производительность бревнопильной линии, м бревен в смену; nгр
ср
3
- число сортировочных групп бревен.
Вместимость склада рассортированного пиловочника равна, м3:
E
(1,4...1,85)A (1,4...1,85)TQ бл
n ,
ср гр
(6.9)
Меньшая вместимость склада 1,4A требуется при сортировке сырья перед
однопоточным, а большая 1,85A - перед многопоточными лесопильными
цехами и при большом числе сортировочных групп бревен.
140
6.6 Тепловая обработка мерзлой древесины
Перед окоркой и распиловкой мерзлую древесину целесообразно
оттаивать. Глубина оттаивания принимается равной толщине заболони, так как
влажность ядра или спелой древесины у свежесрубленного дерева близка к
точке насыщения волокна и содержание в них льда даже при полном
промерзании бревен невелико. Оттаивание бревен позволяет улучшить условия
их обработки и повысить производительность окорочного и бревнопильного
оборудования.
Наиболее эффективен способ тепловой обработки
бревен подогретой
водой, так как. она имеет наибольший коэффициент теплоотдачи. Для этих
целей в лесопильном производстве используют открытые бассейны с
температурой воды около 5 0C. Недостаток открытых бассейнов - значительная
потеря тепла с больших площадей и невозможность оттаивания надводной
части плавающих бревен.
Более приемлем способ оттаивания древесины в пучках в закрытых
железобетонных бассейнах (рис.6.9,а).Отсеки бассейна заполненны водой с
температурой 70…90 0C. В отсеки краном загружают пучки бревен ,
разгружают их и устанавливают на них съемные крышки.
Способ оттаивания древесины в бассейне-конвейере (рис.6.9,б),
разработанный Гипродревом широкого промышленного применения не
получил вследствие большой металлоемкости и трудности очистки ванны от
коры и ила.
ЦНИИМОД рекомендовал более простой и надежный способ оттаивания
бревен в закрытых железобетонных бассейнах с проходными двориками
(рис.6.9,в), в которых бревна размещают поперечной щетью. Размеры одного
дворика: ширина 8 м, длина 40…60м, глубина 1,3 м, высота стенки бассейна
1,5 м. Число двориков в бассейне равно числу лесопильных потоков в
лесопильном цехе. Для теплоизоляции над бассейном сооружают здание.
Входы, через которые загружают бревна, драпируют брезентом. Для движения
бревен во двориках бассейна устанавливают тросовые ускорители, а для
разворота бревен верхним торцом в сторону подачи стреловые
гидроманипуляторы. Температуру воды в бассейне поддерживают в пределах
20…30 0C. Для удаления пара из здания устанавливают вентиляторы. Для
141
оттаивания верхней части бревна можно поливать горячей водой.В таком
бассейне температура поверхностного слоя бревен доводится до 1…2 0С. При
этом тает наружный лед и прогревается заболонная древесина. Этого
достаточно для удовлетворительных показателей окорки и распиливания
бревен. Одновременно в зимний период бассейны проходного типа выполняют
роль страхового запаса во избежание потерь времени из-за перерывов в подаче
бревен определенных диаметров из оперативного запаса в распиловку. В
летний период проходные бассейны выполняют только роль страхового запаса.
Рис. 6.9. Закрытые бассейны для тепловой обработки мерзлых бревен:
а - в пучках; б - в подтопленной поперечной щети; в - подтопленной многорядной щети; 1 железобетонная ванна; 2 - кран с грейферным захватом; 3 - отсек; 4 - крышка; 5 загрузочный конвейер; 6 - рычаг мотовила; 7 - подающий конвейер; 8 - тросовый поддон; 9 выгрузочный элеватор; 10 - тросовой ускоритель; 11 - направляющие; 12 - каретка; 13 устройство для поштучной выгрузки бревен- металлоконструкции; 16 - конвейеры для
уборки отходов и коры; 17 - электрооборудование; 18 - гидрооборудование; 19 - накопители
для некондиционных
Длительность оттаивания древесины в закрытых бассейнах должна быть
стабильной, поэтому нужно изменять температуру воды в зависимости от
диаметра бревен и их начальной температуры. Выбирать температуру воды в
бассейне можно по номограмме (рис.6.10), разработанной в УралНИИПдреве.
142
Рис.6.10.
Номограмма
для определения температуры
для оттаивания мерзлых бревен
на глубину заболони
6.7. Окорка пиловочного сырья
6.7.1. Назначение, оборудование и режимы окорки
При распиловке бревен на пиломатериалы получается большое
количество вторичного сырья в виде горбылей, реек, оторцовок и опилок.
Горбыли и рейки могут быть использованы для изготовления клееных
пиломатериалов и заготовок или как сырье для выработки технологической
щепы, идущей для производства целлюлозы, древесноволокнистых и
древесностружечных плит. Ценность этой продукции значительно
увеличивается, если она не содержит коры. Окорку осуществляют в бревнах. У
окоренных бревен в автоматизированных информационных системах точнее
определяется и регистрируются их параметры формы и качества. Улучшается
процесс их ориентаций перед распиловкой. При пилении бревен снижается
износ пил, повышается объемный выход продукции, ее качество возрастает
производительность бревнопильного оборудования на 3…4 %. Древесина
используется эффективно и комплексно.
Объемы окорки пиловочного сырья составляют в России более 25 млн. м3
(свыше 40 % от общего объема распиленного сырья) в год. Почти полностью
окаривается сырье на предприятиях Карелии, Архангельской и Вологодской
обл., Восточной Сибири и др. районах.
Принцип окорки заключается в отделении коры от древесины по
комбиальному слою. Окорку древесины можно осуществлять контактными и
143
бесконтактными
способами:
фрикционным,
режущим,
струйным
(гидравлическим,
пневматическим),
электрои
теплофизическим
(электрическим, электрогидравлическим, СВЧ-методом, термокомпрессионным, высокоскоростными и высокотемпературными газовыми потоками),
ударным (дробеструйным, твердым инструментом).
В лесопилении наибольшее применение получили фрикционный и
режущий способы окорки, осуществляемые с помощью роторных станков. Эти
станки дают небольшие потери древесины (в среднем 0,8 %), обеспечивают
хорошее качество окорки, компактны, измельчают кору на частицы заданных
размеров. Однороторные окорочные станки (ОК40-2, ОК63-21, ОК80-2)
предназначены для окорки свежесрубленной древесины хвойных и лиственных
пород, двухроторные (2ОК40-1, 2ОК63-1, 2ОК80-1) - для чистовой окорки, а
также мерзлых и подсушенных бревен. Для окорки с зачисткой сучьев (высотой
и диаметром до 5см) заподлицо с поверхностью лесоматериалов на
двухроторных станках на первом роторе устанавливают коросниматели, а на
втором зачистные инструменты. Важнейшее требование окорки – минимум
потерь древесины. Так, ели при окорке будет удалено до 5 % древесины,то
можно недополучить до 25 % технологической щепы.
Перед роторной окоркой бревна пропускают через металлоискатель и при
обнаружении металлических включений отделяют.
Эффективность окорки зависит от способа обработки (числа
короспимателей, усилий их прижима к бревну, частоты вращения ротора,
скорости подачи), породы, размеров и качества древесины, влажности заболони
бревна и температуры. Процесс окорки при положительной температуре
происходит удовлетворительно до тех пор, пока камбиальный слой и
прилегающая к нему древесина содержит не менее 45 % влаги. При этой
влажности кора имеет показатели прочности значительно ниже прочности
древесины. При понижении влажности сила сцепления коры с древесиной
значительно возрастает. В зимнее время прочность коры и сила сцепления
увеличивается в 2…6 раз. В этом случае окорка возможна только при
изменении режимных параметров роторных станков: удельной силы
короснимателя, частоты вращения ротора, скорости подачи, геометрии рабочей
кромки
короснимателя
и
комбинации
числа
короснимателей
и
коронадрезателей
на
роторе
станка.
Окорка
с
максимальной
144
производительностью достигается при условии, что режимные параметры
станка в каждом случае будут соответствовать переменным параметрам
лесоматериала: породе, влажности, толщине коры, силе сцепления коры с
древесиной, температуре среды, степени промерзания и обледенения коры,
наружным порокам древесины и т.д. При таком множестве взаимосвязанных
параметров возможна только автоматическая оптимизация процесса окорки. В
отечественной практике используют следующие режимы окорки бревен [23]:
Параметр
Скорость подачи бревен в станок, м/мин
Частота вращения ротора, С-1
Давление резца короснимателя на
поверхность бревна, Па
Радиус заточки рабочей кромки резца, мм
Состояние древесины
Свежесрубленная
Подсушенная
20…35
15…25
3,0
2,23, …0
15…20
203…0
1,5…2,0
1,3…1,5
Оттаянная
20…40
2,2…3,0
152…0
1,5…2,0
В отечественных окорочных станках Ок-40, ОК-80 и др. механизмы
регулирования прижима короснимателей отсутствуют. Поэтому для
обеспечения постоянного давления короснимателей бревна подаются
рассортированные минимум на три группы по диаметрам: 14…24, 24…34 и 34
см и более.
Для окорки летом и зимой используют одни и те же режущие
инструменты. Однако зимой величину радиуса заточки уменьшают в 5…7 раз и
по существу процесс окорки происходит резанием.
Фактическая производительность роторных окорочных станков может
быть определена по следующей формуле, м3 бревен в смену:
ок
Qф
ок ок ок ок ок
Qок
k
k k k Tс q ср ,
п
м N ТИ з
где Q ок
- пропускная способность станка, равная
п
U
Lp
(6.10 )
шт. бревен в мин.; U -
скорость подачи окорочного станка, м/мин; Lp - расчетная длина бревна, м;
- коэффициент использования машинного времени окорочного станка; k ок
k ок
м
N
коэффициент, характеризующий снижение расчетной скорости окорки бревен
вследствие падения напряжения на зажимах нагрузки; k ок
- коэффициент
ТИ
технического использования станка; k ок
- коэффициент загрузки станка; Tсок з
время смены, мин; qср - объем бревна среднего (расчетного) диаметра расчетной
длины, м3 .
145
Скорость подачи окорочного станка может быть определена по формуле,
м/мин:
U b к n рот z кор ,
(6.11)
где bк - ширина полосы коры, снимаемой одним короснимателем, равная в
летних условиях bк = 0,95Bкор , где Bкор - длина рабочей кромки короснимателя,
см; nрот - частота вращения ротора, мин-1; zкор - число короснимателей.
6.7.2. Место окорки в технологическом процессе
Окорку пиловочного сырья на лесопильных предприятиях проводят в
основном по следующим четырем технологическим схемам.
По первой схеме, используемой на крупных лесопильных предприятиях,
окорочная станция располагается между вспомогательным и основным
бассейнами. Это позволяет подсортировать бревна по группам диаметров,
ориентировать вершиной вперед, создать буферный запас и оттаивать
пиловочник в бассейне, в результате чего древесина лучше окаривается и
распиливается.
Недостатки
схемы
–
затраты
на
строительство
вспомогательного бассейна и трудоемкая очистка его от коры, ила и т.д., его
постоянный обогрев, необходимость постройки утепленной окорочной
станции.
Вторая схема предусматривает размещение окорочного отделения
непосредственно перед или в лесопильном цехе. При этом совмещаются
операции подачи сырья на окорку и распиловку, т.е. обеспечивается поточное
производство с минимальными затратами на перевалку и транспортирование
сырья.
Третья схема обеспечивает создание зимнего запаса окоренного сырья за
счет использования окорочной станции, расположенной в зоне выгрузки.
Сезонная окорка упрощает и удешевляет технологию окорки, обеспечивает
возможность совмещения операций окорки бревен с операцией выгрузки, не
требует создания бассейна перед окорочной станцией и оттаивания бревен в
зимнее время, создает возможность сортировки сырья без коры. Недостатки –
аритмичность, потребность в значительном числе станков, работающих
несколько месяцев в году. Создание запасов окоренной древесины не вызывает
осложнений при ее хранении, что подтверждает отечественный и зарубежный
146
опыт работы предприятий. При этом объем хранимого сырья снижается на
8…12 % за счет удаления коры.
По четвертой схеме окорка бревен осуществляется без предварительной
гидротермической обработки, что является прогрессивным технологическим
решением. Этот способ позволяет отказаться от строительства отепленного
бассейна, ликвидировать расходы на технологический пар и воду, на очистку от
коры бассейна. При сухой окорке исключается загрязнение сточных вод, кору
легче транспортировать и сушить. Кроме того, улучшается работа котельной в
зимнее время в связи с подачей в топку более чистых опилок без примеси коры
и льда.
Однако следует отметить, что при пилении мерзлой древесины
(например, ленточной пилой) опилки получаются более мелкими и их
количество значительно увеличивается. Одновременно они прилипают к
стенкам пропила. Это приводит к зажиму полотна пилы в пропиле. Устранение
этих явлений можно достичь за счет увеличения переднего угла ленточной
пилы до 300 и шага зубъев на 10 % по сравнению с рекомендуемым, снижения
уширения зубъев на сторону в пределах 0,30…0,35 мм и соответственно
уменьшения ширины пропила [20].
При большой загрязненности песком, льдом бревна могут быть
подвергнуты предварительной очистке и грубой окорке, например, в
устройстве бункерного типа ЦЛС-112 [16].
6.8. Нормализация пиловочных бревен
На лесопильные предприятия до 30 % пиловочного сырья поступает с
пороками формы - утолщенной комлевой частью, наплывами, кривизной и др.
Распиловка таких бревен зачастую сопровождается значительным браком
продукции - крыловатостью и разнотолщинностью досок, винтообразностью
бруса, большой шероховатостью пластей, снижению объемного выхода
пиломатериалов (до 10 %). Это вызвано непрерывной сменой баз в процессе
распиловки на бревнопильных станках проходного типа, например, на
лесопильных рамах. Повысить точность базирования можно путем
оцилиндровки или окантовки бревен.
147
6.8.1. Оцилиндровка бревен
При оцилиндровке методом фрезерования удаляют часть древесины
параболической зоны с бревен закамелистых, кривых, с наплывами и
сильносбежистых. Оцилиндровка позволяет кроме более точного базировия
бревне и брусьев относительно оси постава пил, уменьшает технический брак и
обеспечивает повышение на 1,6…1,8 % объемного выхода пиломатериалов.
Оцилиндровку бревен проводят различными способами. Например, на
роторных станках VK20K-2PE (Финляндия), имеющих три вращающихся в
противоположных направлениях ротора, один из которых окорочный, а два
другие – оцилиндровочные, снабженные восемью ножами для снятия
закомелистости. Однако эти станки не устраняют продольной кривизны бревен.
Используют также способ оцилиндровки бревен с помощью
цилиндрических фрез, при котором бревно и фрезы вращаются при их
перемещении относительно друг друга. При этом не требуется предварительная
сортировка бревен по диаметрам, снижаются в 3…4 раза энергозатраты.
Однако способ менее производителен по сравнению с роторной оцилиндровкой
[6].
В ЦНИИМОДе разработан калибровочный станок КБ-50 для обработки
комлей бревен диаметром 12 - 13 см и длиной 3,5…7,5 м, длина калибруемой
части бревна – 1150 мм. Станок состоит (рис. 6.11) из станины 1, механизма
резания, включающего электродвигатель 2 и фрезерную головку 3, механизма
подачи, состоящего из трех горизонтальных подающих цепей 5, трех упорных
цепей 4 и трех прижимных цепей 6. Фрезерная головка длиной 1200 мм имеет
40 фрез диаметром 350 мм, оснащенных двумя резцами. Глубина фрезерования
зажим бревна прижимными цепями 6, бревно с помощью цепей 4, 5 и 6
начинает вращаться вокруг своей оси, и при подъеме фрезерной головки 3 за
полный может составлять до 250 мм.
Рис. 6.11. Калибровочный станок для
бревен КБ-50: 1 - станина;2 -электродвигатель
механизма резания; 3 - фрезерная головка; 4 упорные цепи; 5 – горизонтальные подающие
цепи; 6 - прижимные цепи
148
Работа станка осуществляется следующим образом. Бревна, не требующие
обработки, проходят через станок с помощью механизма подачи без остановки
со скоростью 15 м/мин. В этом положении упорные цепи 4 и прижимные 6
находятся в горизонтальном положении. При подаче бревна, требующего
снятия закомелистости, по команде оператора происходит подьем упорных
цепей 4 и оборот бревна комель обрабатывается по образующей бревна, затем
бревно разжимается и удаляется механизмом подачи из станка.
6.8.2. Окантовка бревен
Однако оцилиндровка не исключает поворот бревен в подающих
системах бревнопильных станков, например, лесопильных рамах.
Непостоянство высот пропилов ведет к неравномерному распределению
нагрузок на пилы. При традиционной распиловке бревен появляются горбыли,
что снижает производительность технологического оборудования (до 2 %
эффективного времени их работы). Не упрощает технологию на участке подачи
бревен к станкам, удаления и переработки кусковых отходов.
Лучшие условия базирования создаются формированием на бревне
одной или нескольких технологических баз методами фрезерования или
пиления. Формирование технологических баз фрезерованием имеет следующие
преимущества: возможность одновременного получения технологической
щепы; сокращение средств, затрачиваемых на переработку горбылей;
сокращение припуска на последующую обработку; уменьшение габаритных
размеров потока в целом; возможность получения технологической щепы из
древесины, уходящей при пилении в опилки; снизить себестоимость
пилопродукции на 4…5 %.
Базирование пиловочника по одной плоскости – опорной базе –
повышает точность распиловки. При этом часть необрезных досок также имеет
базу – фрезерованную кромку. В результате обрезки досок по этой кромке
уменьшается расход древесины в рейку (на фрезернообрезных станках – в
щепу), наиболее полно используется пласть доски. Формирование одной
технологической базы дает возможность автоматизировать операцию
подготовки и пиления бревна, отказаться от тележек, уменьшить количество
пил, увеличить скорость подачи бревен, а также применять облегченные станки
с меньшим просветом и более тонкими пилами. Однако формирование на
149
бревне только одной установочной базы не в полной мере отвечает
требованиям технологичности базирования. Боковая поверхность бревна в силу
сложной геометрии не может быть использована в качестве направляющей.
Формирование на бревне двух взаимно перпендикулярных баз (установочной и
направляющей) отвечает условиям определенности базирования.
Получить заготовку, наиболее удобную для пиления, позволяет
формирование на бревне четырех взаимно перпендикулярных технологических
баз с одновременным удалением с противоположных им сторон части
древесины параболической зоны бревна. Такую заготовку, полученную
окантовкой, называют пилозаготовкой. Распиловка пилозаготовок наряду с
улучшением условий базирования позволяет снизить высоту (на 1,6…27,5 %) и
ширину пропила (на 0,6…4,5 %), уменьшить расход древесины в опилки (на 0,7
%) за счет применения более тонких пил, увеличить производительность
рамного лесопильного потока ввиду ликвидации простоев из-за засора и
завалов горбылем, а также в результате увеличения скорости подачи (на
0,3…14 %) и автоматизации подачи бревна в распиловку.
Формирование на бревне одной технологической базы осуществляется с
помощью впередистаночных приставок, например, разработанных МНВП
«Лестехника» к лесопильным рамам [6]. Приставка позволяет создавать на
бревне опорную базовую поверхность по всей его длине во время подачи и
распиловки, что обеспечивает контакт бревна с подающими вальцами
лесопильной рамы. Для этого приставка монтируется на станину лесопильных
рам. Базовая опорная поверхность образуется на нижней части бревна.
Срезанная стружка – щепа собирается коробом и направляется вниз на
выносной конвейер. Механизм резания устройства состоит из цилиндрической
ножевой головки диаметром 200 мм с режущими ножами и надрезателями
гребенчатого типа.
Формирование
на
бревне
двух
взаимно
перпендикулярных
технологических баз – опорной и направляющей – производят на фрезернобрусующих станках с помощью цилиндрических или торцово-конических фрез.
В зарубежной практике для создания двух технологических баз применяются
станки фирм Karhula-Ahlstpöm, Kockum, W. Gillet и др. В отечественном
лесопилении, операция окантовки осуществляется в основном на двух или
150
четырехсторонних продольно-фрезерных станках: ФБС-750М, ФБС-4, УФ-16 и
др.
На фрезерно-брусующей линии на базе станка ФБС-750М (рис. 6.12)
можно получать двухкантный брус толщиной 50…150 мм из бревен диаметром
100…260 мм и длиной 3000…7500 мм при скорости подачи 48 м/мин. Станок
имеет две вертикально расположенные четырехрезцовые конические
фрезерные головки 4, которые перерабатывают периферийную зону бревна в
технологическую щепу (см. гл. 13). Бревно с загрузочного механизма 1
поступает в передние вальцы 2 ФБС и надвигается на фрезерные головки 4,
которые формируют пласти бруса. При выходе из фрезерных головок брус
подхватывается двумя парами вертикальных вытяжных вальцов 5. Во время
обработки бревно опирается на поддерживающую шину, расположенную
между фрезерными головками и вытяжными вальцами.
Рис. 6.12. Схема линии с фрезерно-брусующим станком ФБС-750:
1 - загрузочное устройство; 2 - подающие вальцы; 3 - каретка; фрезерные головки;
4 - вытяжные вальцы; 6 - направляющие стенки; 7 - позадистаночный роликовый конвейер
Пропуская полученный двухкантный брус через второй ФБС-750М
получают четырехкантный брус (пилозаготовку), который можно распиливать
на любом бревнопильном оборудовании.
Контрольные вопросы
1. В каком виде и на каком транспорте возможна поставка пиловочного
сырья на лесопильно-деревообрабатываюшие предприятия?
2. Как производится и приемка поступающего на предприятия
пиловочного сырья?
151
3. Какие методы и способы раскроя хлыстов по длине применяются на
лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях?
4. Какое оборудование используется для раскроя хлыстов по длине?
5. Какая дробность сортировки сырья по размерам и качеству
необходима перед его распиливанием, чем она обосновывается?
6. Какие сортировочные устройства применяются для сортировки сырья
на суше и как происходит на них работа?
7. Какие повреждения сырья возможны при длительном его хранении на
лесопильно-деревообрабатывающем
предприятии,
чем
они
вызываются и какие способы существуют для предупреждения
повреждений сырья?
8. Какие типы штабелей применяются для длительного хранения
пиловочного сырья?
9. Что такое микроклимат склада сырья, чем он характеризуется и какое
влияние оказывает на сохранность сырья?
10. Как определяют объем плотной массы древесины, уложенной в
штабеля?
11. Какое оборудование применяется для формирования и разборки
штабелей?
12. Для чего производится гидротермическая обработка пиловочного
сырья, какие устройства используются для ее проведения?
13. Как определить необходимую температуру теплоносителя (воды) для
оттаивания мерзлых бревен?
14. Для чего проводится окорка, оцилиндровка пли окантовка
пиловочного сырья, какими средствами и на какой стадии
производственного процесса?
Глава 7
ФОРМИРОВАНИЕ СЕЧЕНИЯ И ДЛИНЫ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
7.1. Структура технологического процесса
Формирование сечения и длины пиломатериалов осуществляется в
лесопильном цехе в основном непрерывно-поточным методом и включает
следующие технологические операции (рис. 7.1):
152
Продольный раскрой бревен на брусья, сегменты и необрезные доски
Продольный раскрой сегментов на
необрезные или односторонние
обрезные доски
Раскрой необрезных досок по ширине
Предварительная торцовка и
сортирование досок
Продольный раскрой бруса на обрезные
и необрезные доски
Ребровый раскрой толстых
обрезных досок
Переработка вторичного сырья
Рис.7.1. Структурная схема технологического процесса формирования сечения
пиломатериалов
Перечисленные выше операции раскроя бревен, брусьев, сегментов и
досок могут сопровождаться предварительным фрезерованием их сбеговой
зоны с получением технологической щепы.
7.2. Продольный раскрой бревен
Продольный раскрой бревен, брусьев и сегментов на пиломатериалы
производится на бревнопильном оборудовании (называемом головным) –
лесопильных рамах, ленточнопильных, круглопильных, фрезерно-брусующих,
фрезерно-профилирующих и фрезернопильных станках. Остановимся на их
основных технологических параметрах и конструктивных решениях.
7.2.1. Лесопильные рамы
В России лесопильная рама до сих пор является основным
бревнопильным станком (90-е годы ХХ в. – использовалось до 100 тыс., 10 % двухэтажных, 90 % - одноэтажных; перерабатывалось около 90 % сырья), на
котором
производят групповой раскрой бревен, брусьев и сегментов.
Лесопильные рамы обладают высокой надежностью, обеспечивают
153
удовлетворительную точность распиловки. Они бывают общего и специального
назначения. Первые (более 90 % всего числа рам) предназначены для
распиливания бревен, брусьев и сегментов длиной 3…7 м, диаметром 14…100
см. Они подразделяются на двухэтажные - 2Р50-11(22), 2Р75–3(4), 2Р80–1(2),
2Р100–1(2) и одноэтажные - Р63-4Б, Р80-2 и др.
Двухэтажные и некоторые марки одноэтажных (ЛРВ) лесопильных рам
имеют непрерывную подачу с движением пильных рамок по прямолинейным
траекториям, расположенным под углом к вертикали, величина которого
изменяется при изменении скорости подачи бревна. Привод подачи таких
лесопильных рам автоматически изменяет величину подачи в зависимости от
высоты пропила и загрузки главного двигателя. Двухэтажные рамы относятся к
автоматическому высокопроизводительному (до 100 м3 сырья в смену)
оборудованию. Они оснащенны манипуляторами, центрирующими бревно или
брус (сегмент) по оси постава пил, и другим околорамным оборудованием.
Лесопильные рамы специального назначения предназначаются для
распиловки коротких (1…4 м) бревен (РК 63), выпиловки из тонкомерных
бревен брусьев и брусков тонких (до 6 мм) тарных материалов (РТ-40).
Основными технологическими характеристиками лесопильных рам
являются: просвет пильной рамки; высота хода и число ходов пильной рамки
или частота вращения коленчатого вала; посылка.
Просветом пильной рамки называется размер между внутренними
стенками ее стоек. Он определяет наибольший диаметр бревен, которые можно
распилить на данном станке. В зависимости от модели лесопильные рамы
имеют величину просвета 500 мм, 630 мм, 750 мм, 800 мм, 1000 мм. Требуемую
ширину просвета Впрос (см) определяют по формуле
Впрос = d мах + SL + 2 C ,
(7.1)
где dмах - максимальный диаметр верхнего торца бревна, распиливаемого в
лесопильной раме, см; S – сбег бревна, см/м; L - длина бревна, м; С - величина
зазора между стойками рамки и нижнем торцом бревна (С =5 см).
Высота хода пильной рамки Нр – размах возвратно-поступательного
перемещения пильной рамки – и частота вращения коленчатого вала n (мин-1)
обусловливают производительность рамы или эквивалентную ей скорость
подачи U (м/мин), определяемую по формуле
154
U= Uz
Hp n
1000 t
,
(7.2)
где Uz - подача бревна на один зуб пилы, мм; t – шаг зубьев пилы, мм.
Чем больше Нр и n, тем выше производительность рамы. Однако
существенным препятствием повышению НР и n являются инерционные силы
от массы неравномерно возвратно-поступательно движущихся частей станка. У
современных лесопильных рам частота вращения коленчатого вала находится в
пределах 250…360 мин-1, высота хода пильной рамки 400 мм, 500 мм, 600 мм в
зависимости от модели.
Посылка, т.е. величина подачи бревна за один ход пильной рамки, является
основным показателем, определяющим производительность лесопильной рамы.
Величина
посылки
определяется:
производительностью
или
работоспособностью пил, обеспечивающих их нормальную работу;
соответствующим качеством распиловки (шероховатостью поверхности
пиломатериалов); мощностью привода, обеспечивающей безотказную работу
механизмов резания и подачи; максимальной конструктивной посылкой,
которую может обеспечить механизм подачи. Наименьшая из указанных
посылок принимается за расчетную. Фактическая посылка несколько меньше
расчетной, так как имеется скольжение бревен на падающих вальцах и
скольжение в механизме подачи. Скольжение в механизме подачи под
нагрузкой практически снижает посылку на 4…8 %, а скольжение бревна в
подающих вальцах при непрерывной подаче – на 5…10 %, при толчковой
подаче – на 10…12 %. Это ведет к снижению производительности лесопильных
рам. Фактические посылки
можно определять двумя способами:
ф
непосредственным замером на пластях досок по рискам, оставляемым пилами,
или по времени распиловки бревна по формуле
ф=
1000 60
L,
tб n
(7.3)
где ф - фактическая посылка, мм; L – длина бревна, м; tб – время распиловки
бревна, с; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1.
155
Лесопильные рамы, не смотря на ряд достоинств (надежность, простота
обслуживания и др.), имеют и существенные недостатки. Они не имеют
дистанционно регулируемые поставы пил с целью индивидуального раскроя
бревен и брусьев. Это вынуждает предусматривать в лесопильном производстве
громоздкий и трудоемкий процесс сортирования пиловочного сырья по
группам диаметров. Частично устранить этот недостаток позволяет применение
совмещенных поставов (см. разд. 4.7.5). Кроме того они энерго- и металлоемки,
и требуют значительных капитальных затрат по строительству двухэтажных
зданий. Высокая вибрация таких рам отрицательно сказывается на прочности и
долговечности зданий лесопильного цеха. Некоторые конструктивные
характеристики (неравномерная подача на зуб в течении рабочего хода пил,
большие силы инерции, скобление дна пропила при холостом ходе пил и др.) не
позволяют получать пиломатериалы с требуемым качеством (по
разнотолщинности, шероховатости – Rm max 1200 МКМ, радиальности). На
лесопильных рамах не эффективно раскраивать фаутные бревна. По
производительности они уступают многопильным ленточнопильным и
круглопильным станкам. Во многих зарубежных странах лесопильные рамы
практически не используются. Например, в скандинавских странах за
4 последние 20…30 лет парк лесопильных рам
заменили ленточнопильными, круглопильными
и фрезернопильными станками [20]. Вместе с
3 тем некоторые европейские фирмы, например,
«ЕWD» (ФРГ) модернизируют лесопильные
рамы (рис. 7.2) и оснащают их поставом пил,
позволяющим
дистанционно
управлять
толщиной двухкантного бруса. Однако за
пределами пластей бруса постав не изменяем.
2
1
Рис. 7.2. Общий вид лесопильной рамы фирмы
«ЕWD»: 1 – станина; 2 – маховик; 3 – подающие
вальцы; 4 – регулируемый постав пил
156
7.2.2. Вертикальные бревнопильные
ленточнопильные станки
Вертикальные бревнопильные ленточнопильные станки широко
применяют в зарубежной практике. В отечественном лесопилении они
получают все большее
развитие. Достоинства ленточнопильных станков - снижение ширины пропила
до 1,2… 1.5 мм (уменьшения ширины пропила на 1 мм приводит к увеличению
выхода пиломатериалов на 2 %); возможность получать тонкие доски,
толщиной до 6 мм; поворот бревна на заданный угол. На них ведут переработку
среднего и толстомерного (диаметром до 1,5 м и более) сырья любых пород, с
гнилью, большой кривизной, крупными сучкам в лесопильных потоках малой и
средней мощности (до 100 тыс. м3 брѐвен в год).
Такие станки имеют механизм резания, представляющий собой
вертикально расположенную непрерывную пильную ленту, охватывающую два
шкива – ведущий и ведомый. При этом сравнитель небольшая поперечная
жесткость потолка ленточной жилы без направляющих обуславливает
выведения инструмента из полоскости резания уже при небольших нагрузках,
что приводит к снижению точности распиловки. Повышение динамической
устойчивости и долговечности инструмента можно осуществить за счет
применения односторонних термокомпенсационных направляющих ленточных
пил [20]. При этом снижается разнотолщинность пиломатериалов в 2,0…2.5
раза и увеливается их полезный выход.
Станки бывают одно- и многопильные, одно- и
многорядные с
механизмом подачи циклического действия – тележечный и непрерывного –
конвейерный. Применяемая здесь ленточная пила имеет ширину 80…250 мм,
толщину 1,0…1,5 мм. Остановимся на некоторых моделях.
Российская компания «ТехАрсенал» (г. Ростов-на-Дону) выпускает
однопильные ленточнопильные станки позиционно-проходного типа ТАV-100, ТА-cart-4, TA-cart-DD4 и др., для индивидуального раскроя брѐвен
толщиной до 70 см и длиной до 6 м. Станки (рис. 7.3) состоят из механизма
резания 1, передвигаемой (возвратно-поступательно) по рельсовому пути 6
гидрофицированной каретки 2 с механизмами зажима 3 и поворота 4 бревна, а
также пульта управления 7. Каретка – манипулятор преднзначена для загрузки,
157
базирования и подачи бревна на пилу, возврата распиливаемого материала в
исходное положение, а также для поперечных перемещений распиливаемого
материала, на толщину отпиливаемой части перед каждым рабочим ходом.
Шкивы имеют диаметр 1000…1400 мм; ширина и толщина пил соответственно
116…196 мм и 1,1…1,47 мм. Система управления процессом распиловки
электронная, с оптимизацией раскроя бревна.
7
1
2
3
4
5
6
Рис. 7.3. Общий вид бревнопильного ленточнопильного станка TA-cart- DD4:
1- пильный механизм; 2- каретка; 3- зажимное устройство; 4- поворотное устройство;
5- стойка; 6- рельсовый путь;7- пульт управления
Распиловка брѐвен здесь происходит следующим образом: сортимент
загружается на каретку 2, по заданию оператора поворачивается вокруг оси с
помощью кантователя 4 и фиксируется в заданном положение зажимами 3,
расположенными на 4-х стойках 5. После этого каретка перемещается со
скоростью до 85 м/мин по рельсовому пути 6. По окончании реза каретка
возвращается в исходное положение со скоростью 80 м/мин, а бревно подаѐтся
на пилу на величину, соответствующую толщине следующего отпиливаемого
пиломатериала.
Увеличение производительности вертикальных ленточнопильных станков
с кареткой (на 50…60 %) можно достичь за счѐт применения пильных
узлов с двумя пилами (рис.7.4) или установкой пил с двумя режущими
кромками (рис. 7.5). Это даѐт возможность получать ещѐ одну доску при
рабочем (в первом случае) или возвратном (во втором случае) ходе каретки.
158
Предварительное формирования на бревне вертикальной установочной базы –
фрезерования его горбыльной части – позволяет получать пиломатериалы с
более точной толщиной и меньшей шероховатостью Rm max 500 МКМ (рис. 7.4,
поз. 2 и рис. 7.5, поз. 4).
1
2
3
Рис. 7.4. Общий вид вертикального ленточнопильного станка фирмы Bongioani с
двумя пилами: 1- каретка; 2-фрезерная головка; 3- ленточнопильный узел
5
1
2
4
3
6
Рис.7.5. Общий вид вертикального ленточнопильного станка с пилой с двумя
режущими кромками:1 – накопитель бревен; 2- механизм поштучной выдачи сортиментов;3
– каретка; 4 – фрезерная головка СН1100; 5 – ленточнопильный станок SNT 1800 BICOUPE с
пильным полотном с 2-мя режущими кромками; 6 – приемный роликовый конвейер
159
Для того, чтобы легче и быстрее производить загрузку, вращение и
переворот бревна на каретке при кантовании, а также выгрузку полученных
пиломатериалов без сколов и повреждений пильный узел и каретку выполняют
под углом 17…300 (рис. 7.6).
2
1
Рис. 7.6. Общий вид вертикального ленточнопильного станка фирмы Bongioani
(Италия) с наклонным пильным узлом (1) и кареткой (2)
Базирование брѐвен относительно линии пропила на однопильных
ленточнопильных станках возможно тремя способами: без смещения стоек
каретки, параллельно оси и параллельно образующей (рис.7.7). Изменения
ориентации бревна возможно индивидуальным перемещением стоек каретки.
При первом способе (рис. 7.7, а) стойки находятся на одной линии,
параллельно линии пропила. При этом бревно прижимается к стойкам без
потерь времени на индивидуальное их передвижение. Однако здесь имеется
снижение выхода пиломатериалов, особенно при распиловке сильно сбежистых
бревен, а также перерезание волокон
древесины.
Рис.7.7. Способы базирования бревен на
вертикальном
однопильном
ленточнопильном
станке: а – без смещения стоек каретки; б, в –
параллельно образующей и оси; 1 – линия пропила;
2 - бревно; 3 - стойки
160
При базировании бревен вторым способом (рис. 7.7, б) распиловка
производится параллельно оси бревна. В этом случае стойки смещают вершину
бревна в сторону линии пропила на половину величины сбега. Здесь при
развальной схеме раскроя получают брус, симметричный оси бревна.
В третьем случае (рис. 7.7, в) распиловка производится параллельно
образующей бревна, причем вершина бревна смещается стойками в сторону
линии пропила на величину сбега. Достоинством этого способа является
выпиловка досок полной длины без перерезания волокон древесины.
В поточных лесопильных линиях средней (50…60 м3 в смену) и большой
(90…120 м3 в смену) мощности для распиловки бревен используют
вертикальные ленточнопильные станки проходного типа. Они
представляют собой пару (две или три пары, размещенные в технологической
линии последовательно) вертикальных ленточнопильных станков 3 (рис. 7.8, а),
установленных на подвижных каретках симметрично продольной оси
падающего конвейера 2. Расстояние между ленточными пилами изменяется по
команде оператора с пульта управления 1 или автоматически от компьютерной
системы с помощью гидравлических (или электромеханических) позиционеров
6.
а)
5
2
4
1
3
б)
Рис. 7.8. Схема (а) и общий вид (б) сдвоенного вертикального ленточнопильного
станка: ―Ustükarli» (Турция) 1- пульт управления; 2- подающий конвейер; 3-сдвоеный
ленточнопильный блок; 4,5- прижимные ролики; 6-позиционеры
аа
161
Сдвоенные бревнопильные станки позволяет распиливать бревна
диаметром до 60 см со скоростью до 60 м/мин за один проход на двухкантный
брус и два сегмента. Если в таком оборудовании используется реверсивный
подающий конвейер возможно получение кроме указанных пиломатериалов
двух и более необрезных досок.
Вертикальные ленточнопильные станки имеют ряд конструктивных
недостатков: значительные габариты по высоте вследствие наличия двух
шкивов больших диаметров (1500 мм и более), нерегулируемую свободную
длину рабочей части пильной ленты, снижающую ее жесткость при пилении
малых диаметров бревен. Эти недостатки отсутствуют в ленточнопильном
станке на аэростатческих опорах (рис. 7.9) [6]. Станок состоит из основания 1, с
установленным на нем приводным (лентоведущим) шкивом диаметром 1200
мм, который закрепляется на валу 3. Привод шкива осуществляется от
электродвигателя 4 мощностью 30 кВт через муфту, которые вместе со шкивом
устанавливаются на плите 5. Последняя перемещается по двум
цилиндрическим направляющим 6 в опорах 7. Обеспечение постоянного
натяжения пильной ленты толщиной 1,2 мм и шириной 175 мм осуществляется
с помощью пневмоцилиндра. Аэростатические опоры 9 устанавливаются на
основании станка с помощью стоек 8, позволяющих регулировать опоры по
высоте. Установка их осуществляется таким образом, чтобы рабочая часть
ленты 10 перекрывала высоту пропила бруса или бревна на величину 50…70
мм с целью снижения колебаний ленты.
Рис. 7.9. Схема бревнопильного ленточнопильного станка на аэростатических опорах:
1 – основание; 2 – лентоведущий шкив; 3 – вал; 4 – электродвигатель; 5 – плита; 6 –
цилиндрические направляющие; 7 – опоры; 8 – стойка; 9 – аэростатические направляющие;
10 – лента пильная; 11 – трубопровод сжатого воздуха
162
Радиусы ведущего шкива и аэростатических опор на участке контакта ленты
одинаковы и равны 600 мм, что способствует снижению деформаци пильной
ленты. Каждая из двух опор может перемещаться относительно друг друга,
создавая оптимальную длину рабочей зоны пильной ленты. Между рабочей
частью опор, покрытой антифрикционным материалом, и движущейся пильной
лентой подается сжатый воздух давлением 0,6…0,7 МПа. На станке можно
распиливать бревна и брусья при скорости подачи 20…50 м/мин и скорости
резания 37 м/с. Однако такое лесопильное оборудование станкостроительной
промышленностью пока не выпускается.
7.2.3. Горизонтальные бревнопильные
ленточнопильные станки
Горизонтальные бревнопильные ленточнопильные станки имеют
механизм резания, выполненный в виде горизонтально расположенной
непрерывной пильной ленты, охватывающей ведущий и ведомый шкивы. Эти
станки применяются для распиловки брѐвен хвойных и лиственных пород
диаметром до 150 см длиной до 7 м на лесопильных предприятиях малой и
средней мощности (до 50 м3 брѐвен в смену).
Станки выпускают различного технического уровня: одно- и
многопильные; с узкой (32…44мм) и широкой (80…125 мм) пильной лентой; с
ручным, механическим или автоматическим перемещением пильного узла; с
окорочной фрезой для снятия коры в зоне пиления или без неѐ; с ручным,
механическим или автоматическим позиционированием пилы и рядом других
опций. В однопильных станках бревно неподвижно базируется на платформе, а
его распиловка совершается при движении пильного суппорта (рис. 7.10). В
многопильных станках перемещение лесоматериала (бруса, сегментов)
производится продольными конвейерами, при этом пильный узел стационарен
(рис.7.11). Приведем примеры этого оборудования.
Итальянский однопильного горизонтального ленточнопильный (ширина
ленты 100 мм) станок модели CRT800H (рис. 7.10) позволяет раскраивать
бревна диаметром до 80 см с автоматической подачей пильного узла 7.
Установка толщины отпиливаемого материала осуществляется здесь
оператором с пульта управления при помощи электронной линейки. Станок в
163
базовой модели оснащен гидравлическим загрузчиком бревна 1, упорами 4 для
базирования бревен, регулируемыми по высоте гидравлическими зажимами 3,
для поворота бревен на 900 выдвижным цепным кантователем 6, механизмом
для выравнивания конусности бревна.
7
6
5
4
1
3
2
Рис. 7.10. Общий вид горизонтального однопильного ленточнопильного станка CRT800H: 1 – загрузчик; 2 – рама; 3 – зажим; 4 – упор; 5 – ролик; 6 – кантователь; 7 – пильный
узел
Многоленточный горизонтальный брусовопильный конвейер
«Гравитон- МЛК» ( по терминологии одноименной фирмы) имеет несколько
пильных узлов 1 и продольный подающий конвейер 2, на котором базируется 3х или 4-х кантный брус шириной до 300 мм. Последний проходя через систему
пил раскраивается (до 50 м3 в
смену) со скоростью до 12 м/мин
на обрезные пиломатериалы.
1
3
Рис. 7.11. Многоленточный
2 горизонтальный брусовопильный
конвейер «Гравитон-МЛК»: 1 – пильный
узел; 2 – продольный транспорер; 3 –
трехкантной брус
Оригинален
решению
по
техническому
автоматический
164
ленточнопильный станок ЛО-43 (рис. 7.13). Шкивы (диаметром 1700 мм и
шириной рабочей части 210мм) здесь имеют горизонтальное расположение, а
полотно пилы – вертикальное. Оно оснащено специальными зубьями ПЦУ10,26ПС (рис. 7.12), которые прикрепляются к нему заклепками. Пиление
древесины происходит вдоль волокон. При этом вместо опилок образуется
стружка шириной от 4 мм, которая может быть использована как упаковочный
материал и сырье для других производств.
Рис. 7.12. Ленточная пила с режущими элементами
ПЦУ-10,26 ПС
Станок ЛО-43 предназначен для получения шпал, однако при установке
специальных зажимов его можно использовать и для распиловки фаутной
древесины параллельно образующей бревна. Он включает суппорт для
торцового зажима и подачи бревен (диаметром 26…80 см и длиной 2,75…3,0 м)
на распиловку, механизм пиления, электрическую и гидравлическую систему
управления, кабину оператора.
Суппорт состоит из манипулятора и питателя, которые монтируются на
общей раме 13. С помощью качающейся рамы 10, отсекателя 14,
торцоравнивателя 15 и откидных приемных вилок 17 питатель обеспечивает
поштучную подачу и установку бревен в положение для торцового зажима. На
пути движения бревна к приемным вилкам 17 щупом 9 замеряется его диаметр
и вводится в действие соответствующая программа (схема) раскроя.
Приводятся все элементы питателя гидроцилиндром 12. Манипулятор включает
балку 18 с консолями 20, на которых установлены механизмы 19 зажима и
поворота кряжей с кулачками. Балка центров манипулятора перемещается в
горизонтальном и
вертикальном направлениях по
направляющим
(вертикальным и горизонтальным) 16. Манипулятор и питатель приводятся от
общей гидростанции 11, размещенной на раме питателя.
Механизм пиления состоит из двух портальных опор 21, на одной из
которых установлен ведущий шкив 7, а на другой – ведомый шкив 2. Ведомый
шкив имеет возможность перемещаться по направляющим 22 при помощи
гидроцилиндра, установленного в разъемной трубе 4, чем обеспечивается
165
натяжение ленточной пилы. Положения ведущего и ведомого шкивов
регулируются винтовыми устройствами 3 и 6. Для обеспечения требуемой
устойчивости рабочего участка ленточной пилы, а также для создания условий
для направленного удаления стружки из зоны резания механизм пиления
снабжен подвижным виброгасителем 5.
а)
б)
Рис. 7.13. Общий вид (а) ленточнопильного станка ЛО-43 и схемы раскроя (б)
на нем (пояснения в тексте)
Работа станка ЛО-43 осуществляется в следующей последовательности.
Включается питатель, подтягивающий бревна к отсекателю. После подачи
бревна на отсекатель оно выбрасывается в центрирующее устройство, а
отсекатель возвращается в исходное положение. Затем включается механизм
подъема центрирующего устройства, замеряется диаметр бревна и задается
166
соответствующая программа раскроя. Далее включаются механизм
горизонтального и вертикального перемещения манипулятора для выставления
поворотных кулачков на координаты торцового закрепления бревна. После
зажима бревна и возврата в исходное положение механизма замера
манипулятор поворачивается и горизонтально перемещается вместе с зажатым
бревном в зону пиления. Производится автоматический раскрой бревна. После
выполнения программы раскроя манипулятор возвращается в исходное
положение к центрирующему устройству, где в это время подготовлено
следующее бревно.
Поток образующейся при пилении стружки поступает в приемники 1 и 8.
Пилопродукция поступает на продольный конвейер, расположенный под
механизмам пиления, и выносится для последующей обработки.
7.2.4 Комбинированные ленточнопильные станки
Комбинированные
ленточнопильные
станки
проходного
типа
представляют собой сочетание вертикальных и горизонтальных пильных узлов.
Примером такого бревнопильного оборудования может служить брусующий
конвейер «Гравитон - КЛБ» (рис. 7.14).
2
1
3
4
Рис. 7.14. Схема (а), общий вид (б) брусующего конвейера ―Гравитон–КЛБ‖: 1 –
вертикальный пильный узел; 2- прижимной ролик; 3 – рольганг; 4 – цепной конвейер
Бревно диаметром до 45 см и длиной до 6 м транспортируемое цепным
конвейером 4 со скоростью до 12 м/мин раскраиваеться в зоне горизонтального
167
и сдвоенного вертикального ленточнопильных модулей 1 на трехкантынй бурс
и два сегмента. При дальнейшем движении полученных пиломатериалов
сегменты отделяются от бруса и приводными роликами 3 удаляются из станка.
Технологическая схема распиловки бревна на этом оборудовании представлена
(рис. 8.8).
7.2.5. Круглопильные бревнопильные станки
Круглопильные бревнопильные станки в последние годы широко
распространяются в России при создании или реконструкции существующих
лесопильных предприятий. Их преимущества перед лесопильными рамами и
ленточнопильными станками заключается в простоте конструкции, высокой
производительности, несложной эксплуатации, хорошем качестве продукции.
Недостаток – более высокая ширина пропила (4…5 мм). Однако известно, что в
США изготавливаются круглые пилы диаметром 400…500 мм толщиной до
1…1,2 мм, что значительно снижает ширину пропила.
По технологическому признаку их можно разделить на бревно- и
брусовопильные, по количеству пил – на одно- , двух- и многопильные, по
принципу пиления – параллельного, вертикального, горизонтального, а также
углового, по количеству валов - одно- , двух- и четырехвальные, по способу
подачи лесоматериалов или портала (суппорта) - циклического и непрерывного
действия.
Остановимся
на
моделях,
иллюстрирующих
частично
вышеназванные признаки.
На рис. 7.15 показан общий вид бревнопильного шестипильного
станка «Бурсус-420М» (ЗАО «Лесмашпроект», г. Архангельск), который
предназначен для лесопильных потоков высокой производительности (до 150
м3) в смену Одновальный пильный узел станка снабжен тонкими (от 2,8 мм)
―плавающими‖ пилами (диаметром до 900 мм). Расстояние между пилами
устанавливается с помощью блока направляющих с текстолитовыми
накладками (рис.7.16). Такой метод крепления пил облегчает их настройку на
толщину отпиливаемых досок и снижает напряжение в полотне пилы. В
регулируемый зазор между направляющими и пилами для охлаждения
последних подается под давлением водовоздушная смесь. При смене пил
направляющие отводятся.
168
3
2
4
1
Рис. 7.15. Общий вид бревнопильного станка «Бурсус-420М»: 1 – конвейер подающий
с контавателя; 2 – цилиндрические направляющие; 3 – пильный узел; 4 – позадистаночный
разделительный конвейер
Рис. 7.16. «Плавающая» направляющая: 1 –
корпус; 2- текстолитовые элементы
Порядок работы станка следующий. Бревно (диаметром до 42 см, длиной
2,5…6 м с кривизной не более 2 %) загружается на цилиндрические
направляющие 2 подающим конвейером 1 и ориентируется кантавателем
оператором с пульта управления. С помощью цепного конвейера 1 бревно со
скростью до 36 м/мин проходит пильный узел. Здесь выпиливается
двухкантный брус толщиной 100…250 мм, четыре необрезные доски и два
горбыля. Брус перемещается по позадистаночному конвейеру 4 вперед, а
необрезные доски и горбыль отделяются и падают по обе его стороны.
Особенностью гидравлического четырехпильного станка TA-Prizma500 (рис. 7.17) компании «ТехАрсенал» (г. Ростов-на-Дону) является то, что
станок имеет четыре консольных пильных вала – два нижних и два верхних,
(сооснорасположенных) на которых размещены четыре пилы. Верхние валы
169
подвижны по высоте, что дает возможность установки пил различных
диаметров (до 750 мм.) и распиловки бревен толщиной 14…50 см. Здесь
бревно распиливается со скоростью подачи до 40 м/мин на двухкантный брус и
два сегмента. Расстояние между пилами для выпиловки бруса 100…250 мм
задается дистанционно.
Бревнопильный круглопильный станок DWS (рис. 7.18) также имеет
четыре консольных вала с жестким поставом пил. Однако количество пил на
каждом валу до 4 шт. Это дает возмодность получать двухкомтый брус и 6
необрезных досок. Расстояние между пилами для выпиловки бруса
регулируется дистанционно.
6
4
2
1
3
5
Рис. 7.17. Общий вид гидравлического четырехпильного станка TA-Prizma-500: 1 –
призматические направляющие; 2 - цепной конвейер; 3 – кантаватель; 4 – пильный узел; 5 –
пульт управления; 6- бревно
170
1
2
3
а)
б)
Рис. 7.18. Общий вид (а) и схема раскроя (б) бревнопильного круглопильного
четырехвального станка DWS (Германия) : 1,2 – пильный суппорт соответственно верхний и
нижний; 3 - станина
Бревнопильные станки с угловым пилением – Барс-1А, Барс-3, Барс-4,
Гризли, Гепард – различной конструктивной сложности и производительности
(до 20 м3 бревен в смену) позволяют за один проход получать из бревна
толщиной до 110 см и длиной 2…7 м одну или (Барс-4, рис. 7.20) две обрезные
доски (бруса, бруска) шириной до 180 мм с разнотолщинностью не более ± 0,5
мм и чистотой поверхности, близкой к строганной.
Станки Барс-3 (рис. 7.19, а) включают неподвижную станину 1 и
размещенный на ней подвижный портал 5. На станине располагаются
направляющие 2, выравнивающее устройство 3 и зажимы 4. На портале
смонтирован суппорт с одной или двумя парами пильных дисков,
расположенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Есть и другие
конструктивные решения этого узла.
171
5
3
6
4
1
2
а)
б)
Рис. 7.19. Общий вид станка с угловым пилением «Барс-3»(а) и схема раскроя (б): 1- станина;
2 – направляющие; 3 – выравнивающее устройство; 4 – зажим; 5 – портал; 6 – пильный
суппорт; 7 – система удаления опилок
Процесс распиловки бревна здесь происходит следующим образом.
Бревно, помещенное на станину 1, выравнивается так, чтобы ось бревна была
параллельна резу, и закрепляется зажимами 4. Пильные диски (диаметром
400…600 мм) позиционируются в суппорте механически или автоматически на
заданный размер пиломатериалов под контролем микропроцессорной системы
и согласно рассчитанной программой оптимизации карт раскроя (рис. 7.19, б).
Портал со скоростью до 90 м/мин перемещается по направляющим.
Происходит раскрой бревна с выпиловкой одной (рис. 7.19) или двух (рис. 7.20)
обрезных досок, съем которых производится вручную или специальным
приспособлением при возвратном ходе портала. Затем описанный процесс
повторяется.
172
4
3
2
1
5
Рис. 7.20. Принципиальная схема раскроя бревна на обрезные пиломатериалы на
станке Барс-4:1-бревно, 2,3-пара вертикальных и горизонтальных пильных узлов, 4-суппорт,
5-станина
Горизонтальный и вертикальный вид раскроя бревен двумя дисковыми
пилами, расположенными в одной плоскости реализован соответственно в
станках УП-2Э и Барс-ДГ.
Установка УП-2Э (рис. 7.21) имеет нижний и верхний диски диаметром
500 мм. На ней можно раскроить бревно толщиной 10…38 см длиной 1…6 м
при ступенчатой скорости подачи 12; 24; 48 м/мин на необрезные доски
минимальной толщины 16 мм и брусья наибольшей толщины 250 мм.
Подающий конвейер имеет реверсивное движение.
2
3
4
1
Рис. 7.21. Установка бревнопильная УП-2Э: 1 – приемный рольганг; 2 – пильный узел;
3 – прижимные вальцы; 4 – продольный подающий конвейер
173
Станок “Барс-ДГ” (рис. 7.22) по конструктивному решению (портала,
станины, механизмов манипуляции) аналогичен станкам Барс-1А, Барс-3, Барс4, однако отличается тем, что суппорт имеет две горизонтальные круглые пилы
диаметром 400…600мм для распиловки бревен толщиной 28…51 см вразвал
или брусовкой. Для реализации второго способа используется цепной
кантователь (рис. 7.22 , в).
Для распиловки брусьев и толстых досок (толщиной 75…200 мм и
длиной 2…7,5 м) разработаны круглопильные многопильные станки с жестким
или гибким поставом пил. В жестких поставах в зависимости от толщины
распиливаемого материала пилы закрепляются на одном или двух (верхнем и
нижнем) консольных валах. В последнем случае устанавливаются пилы
меньшего диаметра, а следовательно, и меньшей толщины (2,2…2,5 мм), что
позволяет уменьшить ширину пропила до 3,8…4,1 мм и увеличить объемный
выход пиломатериалов. Станкостроительная промышленность выпускает ряд
одновальных (Ц8Д-8М, СБ-8М, СБ-8 и др.) и двухвальных (Ц12Д-1М )
станков с различными конструктивными и техническими характеристиками [6].
6
4
5
1
2
б)
3
а)
в)
Рис .7.22. Общий вид (а), и принцип пиления (б), механизм поворота (в),
бревнопильного станка ―Барс-ДГ‖: 1 - портал; 2 - станина; 3 - направляющие; 4 - зажим; 5 –
бревно; 6 – упор
174
Круглопильные станки с гибким поставом пил (рис. 7.23), например , DWK
фирмы EDW, оснащены двумя (или четырьмя) телескопическими пильными
валами, регулируемыми в горизонтальной плоскости перпендикулярно
направлению подачи. Пильный вал состоит из внешнего вала 2 с регулируемым
фланцем и внутренних 1 (выдвигающихся) валов. Наименьшее расстояние
между фланцами 18 мм. Наибольшее расстояние между зажимным диском и
неподвижным фланцем пильного полотна внутреннего вала устанавливается с
учетом спецификационных размеров пиломатериалов. Скорость подачи бруса
(досок) автоматически регулируется в зависимости от высоты резания и
соответствующей рабочей программы.
Рис. 7.23. Схема узла резания круглопильного
станка с гибким поставом пил для раскроя брусьев:
а– выпиливание досок; б– выпиливание брусьев;
1,2- внутренние и внешний валы
7.2.6. Комбинированные
ленточно-дисковые станки
В последние два- три года на рынке лесопильного оборудования
появились бревнопильные станки (Радуга – 2М, производитель ОАО «Радуга»,
г. Воронеж), созданные на базе горизонтальных бревнопильных станков. Они
имеют два пильных модуля (рис. 7.23) – круглопильный многопильный 4 и
ленточнопильный однопильный 2, расположенные на общем подвижном
портале 3.
Круглопильный модуль подвижно закреплен в передней части портала и
имеет горизонтальный вал с жестким поставом пил диаметром 500 мм.
Ленточнопильный модуль размещен позади портала и оснащен двумя шкивами
диаметром _____ см и ленточной пилой с параметрами – длина ____ м, ширина
____ мм, толщина ____ мм. Модули могут индивидуально перемещаться на
портале в вертикальной плоскости. Портал по направляющим 6 станины 1
совершает возвратно – поступательные движение при рабочем и холостом ходе.
175
На станке «Радуга – 2М» реализуется принцип углового пиления.
Круглые пилы делают в бревне вертикальные пропилы заданных размеров,
ленточная пила – горизонтальный рез по дну пропилов. В результате
получается несколько пиломатериалов заданного сечения. Одна из возможных
схем распиловки бревна приведены на рис. 7.24, б. Выход обрезных досок до
70 %.
3
4
5
6
2
1
а)
б)
Рис. 7.24. Общий вид (а) и схема раскроя (б) бревна на ленточно-круглопильном
станке «Радуга-2М»:
1 - станина; 2 - ленточнопильный модуль; 3 - портал; 4 – круглопильный модуль; 5 – бревно;
6 – направляющие
7.2.7. Агрегатная переработка древесины
Агрегатный способ переработки бревен на пиломатериалы и
технологическую щепу в России был разработан (авторы Л.З. Лурье,
Д.В. Иванов, Р.В. Рванин) в начале 60-х годов 20-го века,а реализован в 1970 г
на заводе «Красный Октябрь» в г. Архангельске [15].
В качестве режущего инструмента в агрегатных станках и линиях
используются фрезы (цилиндрические, конические, торцово-конические,
176
фрезерование попутное) и пилы (круглые, ленточные). Механизмы резания
оформляются в виде конструктивных модулей .
На рис. 7.25 приведена принципиальная схема фрезернопильного
агрегата. Он состоит из подающего цепного конвейера 1 с упорами, первого
фрезерного узла с двумя вертикально расположенными торцево-коническими
фрезами 2, второго фрезерного узла с двум горизонтально установленными
торцово-коническими фрезами 3, механизма вальцовой подачи 4, пильного
механизма 5 с набором круглых пил, распускающих четырехкантный брус на
доски, и вытяжных вальцев 6, удаляющих обрезные пиломатериалы из
агрегата.
Изучение расчетного баланса сырья, перерабатываемого на агрегатных
станках, показало, что его компоненты в зависимости от применяемых поставов
и диаметра перерабатываемого сырья изменяются в больших пределах (в % к
сырью): пиломатериалы - 37…51,5; технологическая щепа - 31,8…43,3; опилки
- 5…8,3; отсев щепы - 3,8…6,2; безвозвратные потери и усушка - 3,7…4,2;
уровень комплексного использования сырья - 89…90.
Рис. 7.25. Фрезернопильный агрегат с торцово-коническими фрезам и дисковыми
пилами (пояснения в тексте)
Выход пиломатериалов зависит от размерно-качественного состава
сырья, конструкции инструмента, технологических и организационных
факторов, вида вырабатываемой продукции. Так, при увеличении кривизны
бревен до 1 % выход пиломатериалов снижается на 2…3 %, при увеличении
кривизны до 1,5 % еще на 2,5…3 %. Выход пиломатериалов из бревен 3 сорта в
177
среднем на 8 % ниже, чем из бревен 1 сорта. Важным фактором является
точность базирования бревен. Установлено, что при переработке на фрезернобрусующих станках при отклонении центра торца бревен от оси постава на 5
мм выход снижается на 2…3 %, 10 мм - на 5 %, 15 мм. - на 5…10 %. Из
технологических факторов большое влияние на выход оказывает подбор
диаметра бревна строго в соответствии с поставом. Например, при раскрое
бревен на фрезернопильном станке расчетным диаметром 16 см поставом 40/2
– 25/2, выход досок составляет 54 %, то при диаметре 18 см -46,1 %. Поэтому,
если одновременно подаются бревна смежных диаметров, то для составления
оптимального постава рекомендуется определять расчетный диаметр по
формуле
dp
2
100
d1
LS
3
α
(7.4)
где d1 - меньший диаметр; - процент бреве диаметром d1; L - длина бревна, м;
S - сбег бревна, см/м.
Отечественная
промышленность
выпускает
линию
агрегатной
переработки бревен модели ЛАПБ-2, агрегатированные (скомпонованные из
нормализованных модулей) фрезернопильные линии ЛФП-1, ЛФП-2 , ЛФП-3 и
другое оборудование.
Линия агрегатной переработки бревен ЛАПБ – 2 предназначена для
автоматизированной (развальным способом) переработки бревен хвойных
пород диаметром в вершине 10…18 см, длиной 3…6,5 м, наибольшей
кривизной 1,5 % при скорости подачи 40; 50 и 60 м/мин на пиломатериалы
(толщиной 18…76 мм и шириной 50…150 мм) и технологическую щепу.
Линия (рис.7.26) состоит из следующих основных механизмов: двух
накопителей бревен с механизмом поштучной выдачи; конвейера загрузки;
механизма нижнего фрезерования; прижимного конвейера; механизма
центрирования; конвейера подачи; агрегата, состоящего из механизмов
бокового и верхнего фрезерования, формирования фигурного бруса, зачистки,
отделения боковых досок, направляющего аппарата; модуля отвода
пиломатериалов.
178
Рис. 7.26. Линия агрегатной переработки бревен ЛАПБ-2: 1 – накопитель; 2 –
конвейер догона; 3 – подающий конвейер; 4 – фрезернопильный агрегат; 5, 6, 7 – фрезерные
головки; 8 – блок пил; 9 – позадистаночный конвейер
Бревна поступают в два накопителя 1, представляющих собой
наклонные цепные конвейеры с рычагами отсекателями, срабатывающими от
пневмоцилиндров. Из накопителей бревна поштучно выдаются на ленточные
конвейеры догона 2, где они ориентируются кривизной вверх и передаются
далее на подающий конвейер 3. Он представляет собой два цепных конвейера с
каретками для захвата и центрирования бревен относительно оси постава
фрезернопильного агрегата 4. Сцентрированное бревно подается в механизм
подачи, состоящий из четырех групп горизонтально-подающих вальцов и двух
вертикально-вытяжных вальцов. Бревно последовательно обрабатывается
фрезерными 5, 6 и 7 головками и набором пил 8 в соответствии с
рекомендуемыми схемами (рис. 7.27).
Рис. 7.27. Схемы переработки ревен на пиломатериалы и технологическую щепу на
ЛАПБ
Первыми по ходу подачи бревна установлены две, одна над другой,
фрезерные головки 5, которые формируют предварительно верхнюю и нижнюю
ступенчатые пласти бруса (Н ЛАПБ). Каждая фрезерная головка приводится во
179
вращение от индивидуального электродвигателя. Нижняя головка выполнена
неподвижной, верхняя 2 может перемещаться по вертикальным направляющим
в одно из трех положений по высоте с шагом 25 мм в зависимости от диаметра
перерабатываемых
бревен.
Это
перемещение
осуществляется
гидропозиционером. Затем в работу вступают два расположенных один против
другого фрезерных суппорта, которые
формируют боковые пласти
четырехкантного
бруса.
Суппорты
оснащены
комбинированными
двухрезцовыми цилиндрическими фрезами и приводятся во вращение от
индивидуальных электродвигателей. Установка фрезерных головок на размер
постава производится гидроцилиндрами. Далее установлен механизм зачистки
7, который конструктивно подобен механизму фрезерования и с помощью
ступенчатых цилиндрических фрез зачищает верхнюю и нижнюю ступенчатые
пласти бруса. Сформированный таким образом ступенчатый брус
распиливается на доски с помощью постава круглых плавающих пил 8.
Необходимое расстояние между пилами в поставе обеспечивается
направляющими с антивибраторами, через которые подводится охлаждающая
водо-воздушная смесь. Осевое базирование бруса в агрегате обеспечивается
направляющим аппаратом, который состоит из ряда столиков, расположенных
вдоль оси агрегата.
Прием и транспортирование выходящего из агрегата пакета досок
осуществляется позадиагрегатным конвейером 9, который представляет собой
роликовый конвейер с устройством для разделения центральных и боковых
досок постава.
В линиях для переработки бревен брусово-сегментным пособом (см.
разд. 4.17) устанавливаются фрезерно-профилирующие станки (рис. 7.28),
которые позволяют вырабатывать из параболической зоны бревна (сегментов и
полусегментов) пиломатериалы различного профиля, удобные для
последующей их склейки по ширине в щиты. Сегмент 1 (длиной 3…7 м,
шириной 150…300 мм) с помощью вальцов 2 подается в механизм
центрирования, который ориентирует сегмент симметрично боковым
фрезерным головкам 4 и 5, обрабатывающим его боковые кромки. По толщине
сегмент обрабатывается фрезерной верхней головкой 6, регулируемой по
высоте с помощью гидропозиционера.
180
Рис. 7.28. Схема фрезерно-профилирующего станка для обработки сегментов:1сегмент; 2 - подающие вальцы; 3 - механизм центрирования сегмента; 4 - подвижная
горизонтальная фрезерная головка; 5 - неподвижная горизонтальная фрезерная головка; 6 вертикальная подвижная фрезерная головка для обработки пласти сегмента; 7 - приемные
вальцы; 8 - базирующая линейка
Фрезерная головка для переработки сегментов на пиломатериалы
многоугольного сечения состоит из двух цилиндрических, двух конических и
делительной дисковой фрезы (рис. 7.29, а), а для переработки сегмента на
пиломатериалы прямоугольного сечения - из корпуса и вставных ножей (рис.
7.29, б). Дисковая фреза имеет 8 зубьев, что позволяет получать
технологическую стружку длиной 3…4 мм, используемую для формирования
верхнего слоя древесностружечных плит.
Рис. 7.29. Фрезерные головки: а - для переработки сегментов на пиломатериалы
многоугольного сечения; 1 - цилиндрическая фреза; 2 - коническая фреза; 3 - дисковая
фреза; б - для переработки сегментов на пиломатериалы прямоугольного сечения: 1 - корпус;
2 - вставные ножи.
Конструктивной особенностью фрезерных головок является установка на
конической части корпуса фрезерной головки двухкромочных ножей по
спирали Архимеда, что позволяет осуществить дозированную подачу и,
следовательно, получить технологическую стружку с заданными размерами и
181
углом среза. Кроме того, при спиральном расположении ножей снижается
ударная нагрузка фрез и шумовой эффект. Для увеличения охвата по ширине
сегмента ножи устанавливаются и на цилиндрической части корпуса фрезерных
головок.
Применение агрегатных фрезерно-профилирующих станков в линии
переработки круглых лесоматериалов на пиломатериалы брусово-сегментным
способом позволяет увеличить общий объемный выход пилопродукции на
4…5 %.
7.2.8. Агрегатированные фрезернопильные линии
В основу агрегатированных (состоящих из отдельных брусующих и
распиловочных модулей) фрезернопильных линий положен брусовый способ
переработки бревен на обрезные пиломатериалы и технологическую щепу за
два прохода (рис. 7.30). За первый проход из бревна получают двухкантный
брус,
Рис. 7.30. Схема переработки
пиломатериалы
и
технологическую
фрезернопильных линия
бревен
щепу
на
на
одну или несколько пар боковых необрезных досок 1 и технологическую щепу.
За второй проход двухкантный брус перерабатывают на доски 3 и 4 и
технологическую щепу. Боковые доски 1 и 4 проходят операции обрезки и
предварительной торцовки.
Фрезернопильные линии обладают определенным преимуществом по
сравнению с линиями агрегатной переработки бревен и фрезернобрусующими
линиями. Они аккумулируют в себе ценные свойства брусового способа,
обеспечивая наибольший качественный и объемный выход пиломатериалов,
обладают наибольшей маневренностью по выполнению спецификационных
заданий на пилопродукцию.
Для переработки окоренных бревен хвойных пород толщиной 10…24
см, длиной 3,0…7,5 м, наибольшей односторонней кривизной 2 % на
182
двухкантный брус, необрезные доски и технологическую щепу для
целлюлозно-бумажного производства предназначена линия ЛФП-2, а линия
модели ЛФП-3 - для переработки двухкантных брусьев толщиной 78…186 мм
на обрезные доски (до 8 штук) и технологическую щепу. Линии устанавливают
в лесопильных цехах с объемом переработки пиловочника не менее 70 тыс. м3 в
год.
Расчетная годовая производительность линий по распилу бревен
различных диаметров при двухсменной работе приведена ниже:
Диаметр бревен в верхнем торце, см
16
18
20
22
24
Расчетная годовая производительность,
тыс. м3
93,2
96,5
116
138
165
Линия модели ЛФП – 2 (рис. 7.31) работает следующим образом.
Бревна, сортированные по диаметрам и окоренные, подаются на накопители, а
с них поштучно - на конвейер догона 1, который перемещает бревно к
кантователю 2 проходного типа. Оператор при необходимости ориентирует
бревно кривизной вверх. В этом положении оно фиксируется между ветвями
конвейера подачи 3 и подается в узел ограничительных фрез 4. В нем наборы
цилиндрических фрез расположены соответственно на верхнем и нижнем по
отношению к бревну горизонтальных валах. Фрезы нижнего вала снимают с
бревна слой древесины 5…8 мм, образуя плоскую (базовую) поверхность.
Фрезы верхнего вала, снимая слой древесины калибруют бревно в размер
просвета линии в вертикальной плоскости (расстояние между столом, по
которому перемещают бревно, и верхними направляющими пильного узла).
Фрезерование – попутное.
183
Рис. 7.31. Фрезернопильная линия первого ряда ЛФП-2: 1 – конвейер догона; 2 –
кантователь; 3 – подающий конвейер 4 – узел ограничительных фрез; 5 – фрезернобрусующий станок ФБ-3; 6 – узел зачистных пил; 7 – круглопильный станок Ц4Д-1; 8 – узел
разделительных дисков; 9 –позадистаночный конвейер
После узла ограничительных фрез бревно поступает во фрезерно-брусующий
станок ФБ – 3 (поз. 4), где четырехрезцовыми торцово-коническими фрезами
трансформируется в двухкантный брус методом попутного фрезерования с
получением технологической щепы. Пласти двухкантного бруса зачищаются
на глубину 2...3 мм пилами, расположенными на суппортах фрез станка ФБ –
3. Размер бруса задает оператор с пульта управления станком. Установка фрез
на требуемый размер осуществляется гидропозиционерами. Затем двухкантный
брус подается в узел резания станка Ц4Д – 1 (поз. 7), где от него с каждой
стороны опиливается по одной или по две необрезные доски. Пиление встречное. Доски отделяются от бруса и удаляются из узла резания дисковыми
разделительными ножами и вертикальными роликами, которые прижимают
доски к дискам. Диски и ролики вращаются попутно подаче. Позадистаночным
конвейером 9 с верхними прижимными роликами двухкантный брус
передается на линию модели ЛФП – 3, а необрезные доски с помощью
роликовых конвейеров сбрасываются с позадистаночного устройства.
На линии ЛФП – 3 (рис. 7.32) двухкантный брус, повернутый на одну из
обработанных пластей, автоматически центрируется по линии оси с помощью
фотодатчиков и центрователей 2. Прижимное устройство фиксирует брус в
этом положении и подает его во фрезерно-брусующий станок ФБ – 3 (поз. 4),
аналогичный станку линии ЛФП – 2. В этом станке методом попутного
фрезерования из двухкантного бруса получают четырехкантный, который
184
подающими вальцами станков ФБ – 3 и Ц9Д – 1 перемещается к узлу резания
станка Ц9Д – 1 (поз. 5) для распиловки на доски.
Рис. 7.32. Фрезернопильная линия второго ряда ЛФП-3:1 – конвейер ленточный; 2 –
центрирующее устройство; 3 – подающее устройство; 4 – фрезерно-брусующий станок ФБ-3;
5 – круглопильный станок Ц9Д-1; 6 – позадистаночный конвейер
Крайние тонкие доски отделяются от центральных с помощью
разделительных ножей, установленных за пилами, и связанных с ними шин.
Окончательное разделение тонких досок производится на позадистаночном
конвейере 6, с которого они поступают на последующие технологические
операции.
Пильный узел станка Ц4Д-1 имеет две или четыре делительные
«плавающие» пилы диаметром 900 мм, каждая из которых расположена в трех
парах специальных направляющих, две из них размещены под и одна - над
распиливаемым материалом. Через каналы в направляющих к пилам под
давлением подводится охлаждающая воздушная смесь. Весь пильный узел
может перемещаться гидроцилиндром в сторону, освобождая зону пиления при
обработке тонкомерного (диаметром 10…14 см) сырья с брусковой (без
получения боковых досок). На пильный вал станка Ц9Д-1 устанавливают до
девяти «плавающих» пил диаметром 710 мм. Базирование пил, их охлаждение и
настройка по поставу и производится аналогично пильному узлу станка Ц4Д-1.
Рекомендуемые основные режимные параметры линий моделей ЛФП–2
и ЛФП–3: скорость подачи 60 м/мин, частота вращения торцово-конических
фрез 873 мин-1 и круглых пил - 1000 мин-1 при переработке тонкомерного сырья
в брусующем варианте, а также в пильном варианте при распиловке сырья с
185
вершинным диаметром 16…18 см с получением двух крайних досок на первом
проходе толщиной не более 125 мм. В остальных случаях переработки бревен
диаметром в вершине до 24 см рекомендуемыми значениями являются скорость
подачи 40 м/мин, частота вращения торцово-конических фрез 436 мин –1 и
круглых пил 1000 мин –1.
Для переработки окоренных бревен хвойных пород диаметром в
вершине до 30 см, длиной 4…7м на пиломатериалы и технологическую щепу
используется фрезернопильная линия модели ЛФП – 1Ф. Линия состоит из
агрегатированных механизмов: фрезернобрусующего станка ФБ–2, сдвоенного
ленточопильного станка 2ЛБ150 и круглопильного станка Ц12Д–1 для
распиловки бруса. В состав линии также входит накопитель, конвейер догона,
кантователь, подающие конвейеры первого и второго ряда, направляющий
аппарат, ограждение, кабина оператора, пневмо-, гидро- и электроаппаратура и
системы охлаждения пил.
Рис. 7.33. Схема фрезернопильной линии ЛФП-1Ф (пояснения в тексте)
Сырье на линии (рис. 7.33) перерабатывают следующим образом.
Окоренные бревна подаются к линии двумя продольными конвейерами 1 и
накапливаются на двух накопителях 2, расположенных симметрично
относительно конвейера догона 3. Бревна с того или иного накопителя
поштучно выдаются на конвейер догона, который работает постоянно с
определенной скоростью подачи 30…90 м/мин и обеспечивает продольную
подачу бревна в загрузочный конвейер 5. На подающем конвейере бревно
автоматически зажимается и подается во фрезерно-брусующий станок первого
ряда 6. Усилие зажима бревна и скорость перемещения цепных контуров при
зажиме регулируется. В случае сброса на конвейер догона кривого бревна
оператор отводит ветви конвейера в крайнее положение, кантователи 4
186
ориентируют бревно кривизной вниз без изменения скорости подачи, после
чего бревно зажимается цепными контурами подающего конвейера. После
прохождения зоны фрезерования двухкантный брус попадает в направляющий
аппарат фрезерно-брусующего станка 6, который состоит из базирующих
стенок и двух групп вытяжных вертикальных вальцов с регулируемым усилием
зажима. Вальцы перемещают брус к ленточнопильным станкам 7 типа ЛБ150,
установленным последовательно (попарно). Ленточнопильные станки
отпиливают от двухкантного бруса с каждой его стороны одну или две
необрезные доски, которые одновременно с брусом перемещаются
на
роликовый конвейер 9 за станками первого ряда. Получаемый в
ленточнопильных станках двухкантный брус перемещается в процессе резания
в базирующем аппарате, состоящем из расклинивающих ножей,
горизонтальных и вертикальных вытяжных вальцев. На роликовом конвейере
9 за станком первого ряда необрезные доски разделительными шинами 8
отделяются от бруса и винтовыми роликами отводятся в стороны, а
двухкантный брус падает на пласть и поступаетна подающий конвейер 10
фрезернопильного станка второго ряда 11. Центрирование и подача бруса
конвейером могут производиться как автоматически, так и по команде
оператора с пульта управления.
Полученный на фрезернопильном станке четырехкантный брус
(толщиной до 200 мм) поступает в делительный пильный узел 12 – пильного
круглопильного станка 12 и раскраивается на доски. Необрезные и обрезные
доски горизонтальными вальцами станка отводятся на роликовый конвейер 13
за станком второго ряда, где необрезные доски отделяются от обрезных и
винтовыми роликами отводятся в стороны. Обрезные доски перемещаются на
сортировочную площадку.
В заключение раздела следует добавить, что западноевропейские страны
за последние 10 лет призвели перевооружение лесопильных цехов с
лесопильных рам на фрезерноленточнопильное и фрезерокругопильное
оборудование [20].
7.2.9. Производительность бревнопильного оборудования
Сменную производительность бревнопильных станков и линий по
количеству распиленного сырья определяют: в погонных метрах по формулам
187
(7.4),(7.8), (7.11); в штуках – по формулам (7.6), (7.9), (7.12); в кубических
метрах по формулам (7.7),(7.10),(7.13) для:
лесопильных рам:
nTK i K T
,
1000
nTK i K T
Пр
,
1000 L
nTK i K T
Пр
q,
1000 L
фрезерно-брусующих, фрезернопильных, многопильных
ленточнопильных станков и ЛАПБ:
П р UTK i KT ,
Пр
Пр
Пр
(7.5)
(7.6)
(7.7)
круглопильных и
UTK i K T
,
L
UTK i K T
q,
L
(7.8)
(7.9)
(7.10)
ленточнопильных и круглопильных станков с кареткой (тележкой) или с
перемещением пильного суппорта относительно бревна:
Пр
Пр
Пр
где
UTK i K T
,
z
UTK i K T
,
Lz
UTK i K T
q,
Lz
(7.11)
(7.12)
(7.13)
– расчетная посылка, мм; n – частота вращения коленчатого вала
лесопильной рамы, мин-1; T – продолжительность смены, мин; K i –
коэффициент использования лесопильного потока; KT – коэффициент
использования смены; L – средняя длина бревна, м; q – средний объем
бревна,м3; z – число резов на одно бревно; U – скорость подачи, м/мин.
188
7.3. Обрезка, торцовка и ребровая распиловка пиломатериалов
7.3.1. Форма необрезных досок
При распиловке бревен на бревнопильных станках кроме основных
толстых обрезных досок вырабатываются тонкие обрезные, необрезные и
частично обрезные доски, которые требуют дополнительной обработки обрезки и торцовки. В табл. 7.1 [9] представлены основные модели тонких
досок и частота их встречаемости при распиловке бревен на лесопильных
рамках по брусово-развальным поставам.
Таблица 7.1
Модели форм наружных пластей тонких досок
Количество досок %
Описание
Эскиз
1-й
2-й
3-й
проход проход проход
Прямые симметричные
1.
2,1
доски
Пласть ограничена
2.
16,5
28,3
параболой
или частью параболы
3.
9,7
Несимметричные доски с
односторонней кривизной
Симметричные доски с
эллипсовидной пластью
4.
28,5
5.
1,5
6.
1,5
7.
1,8
8.
4,2
Симметричные доски с
сужением в середине
длины
9.
Несимметричные доски с
односторонней кривизной
Симметричные доски с
уширением вершины и
сужением у комля
11.
6,0
12.
1,5
Симметричные доски с
сужением от вершины и
уширением у комля
14.
6,0
6,0
10.
2,1
13.
8,1
6,0
5,7
7,2
2,4
15.
Несимметричные доски с
16.
тремя перегибами по длине
Симметричные доски с
17.
тремя перегибами по длине
31,5
4,2
6,6
0,9
0,9
0,8
0,8
189
Из приведенной таблицы следует, что только 28,3 % досок имеют форму
наружных пластей, соответствующую теории раскроя пиловочного сырья, то
есть в виде полных, неполных или усеченных парабол, остальные имеют более
сложную форму. Доски симметричных форм 1, 9, 12, 17, составляющие в сумме
10,2 %, целесообразно сначала обрезать, а затем, при необходимости, торцевать
в размер. Доски, получающиеся при распиловке двукатных брусьев форм 5, 6,
10, (5,1 %) требуют переобрезки на меньшую ширину. Дообработка досок
форм 2 и 3 (26,2 %) требует только торцевания в размер. Доски форм 4, 11, 16
(35,4 %) для получения наибольшего объемного выхода обрезных
пиломатериалов предпочтительнее сначала пропускать через торцовочное
устройство для торцовки или деления по длине на две и более части, а затем
через обрезные станки. Доски остальных форм (7, 8, 13, 14, 15), составляющие в
сумме 23,1 %, требуют индивидуального подхода. Таким образом, характер
принимаемого решения о дообработке доски после ее выпиловки зависит от
размеров ширины и длины пропиленных частей наружной пласти, требований
рынка, а также возможностей использования кусковых отходов обрезки и
торцовки для выработки попутной продукции.
Критерием оптимизации длины и ширины пиломатериалов должен быть
ценностный выход. Однако процесс оптимизации в этом случае очень сложен
как при выполнении его человеком, так и при автоматизации. Поэтому на
предприятиях оптимизация обрезки и торцовки ведется по объемному выходу с
учетом
предельно
допустимого
значения
качества
получаемых
пиломатериалов.
7.3.2. Обрезка досок
Основной целью операции обрезки является выпиливание из необрезной
досок обрезных досок максимально возможной ширины, но с допустимой
стандартами максимальной величиной обзола. Чтобы выполнить это условие в
двухпильных обрезных станках (Ц2Д8 , Ц2Д-7А, СО2-400 и др. рис. 7.34, а)
одна пила 1 делается неподвижной, а вторая 3 может перемещаться вдоль
пильного вала, меняя тем самым расстояние между пилами. Подача
осуществляется парами рифленых подающих вальцов 2.
Традиционный метод работы на обрезном станке включает следующие
операции: приблизительное ориентирование доски, установку пил в
190
зависимости от ширины доски на такой размер, чтобы был удален обзол. Такой
метод малопроизводителен и снижает полезный выход пиломатериалов.
Эффективность операций повышается при использовании источника
света 4 (или лазера), перемещающегося синхронно с перемещением пилы 5
(рис. 7.34, б). В этом случае рабочий ориентирует доску или пилу по световой
полосе. Повышаются производительность и полезный выход.
Рис. 7.34. Продольная обработка пиломатериалов на обрезных станках:
а – принципиальная схема обрезного станка; б - схема работы со световой полоской;
в - со сканирующим устройством
Современные оптимизирующие обрезные установки состоят из
механизма поштучной выдачи досок, поперечного конвейера с зоной
измерения, механизма подачи и самого обрезного станка (см. гл.8).
Электронное
оборудование
включает
измерительное
(сканирующее)
устройство, компьютер, пульт оператора и программирующий терминал.
Измерительное
устройство 7 (рис.7.34,в) находится
над поперечным
конвейером и при прохождении доски определяет геометрическую форму
доски, толщину и длину. Эти данные поступают в компьютер, в котором уже
имеются сведения о цене на пиломатериалы и приоритетные значения размеров
пиломатериалов. Оператор имеет возможность выбора в пределах сорта,
породы, спецификации на размеры пиломатериалов. После измерения доски
двигаются в поперечном направлении по стрелке А и останавливаются после
нажатия на конечные выключатели. Сигнал от них в компьютер подтверждает,
что доска с помощью центрирующего устройства 8 заняла нужное положение.
После позиционирования включается подающее устройство и посылает доску в
станок по стрелке Б. Установка режущих инструментов 6 на нужную ширину
происходит автоматически по команде компьютера.
В последнее время все большее распространение получают фрезернообрезные станки (Ц2Д-1Ф и др.), в которых отпиливаемая от доски рейка сразу
191
же перерабатывается в щепу. Неподвижные и подвижные блоки механизма
резания этих станков имеют кроме пил цилиндрическую или коническую
фрезу. При этом повышается полезный выход пилопродукции и уменьшается
число
технологических
операций,
отпадает
необходимость
в
рейкоотделительном устройстве, рубительной машине, системе конвейеров для
отвода реек.
Фрезерно-обрезной станок Ц2Д–1Ф имеет механизм резания,
состоящий из двух одинаковых по конструкции и симметрично расположенных
относительно оси просвета станка фрезернопильных суппортов. На них
закреплены режущие головки с торцово-коническими фрезам и зачистными
пилами (см. гл. 14), которые обеспечивают высокое качество поверхности
кромок пиломатериалов. По командам оператора с дистанционного пульта
управления расстояние между режущими головками с помощью
гидропозиционеров может изменяться в интервале 60…300 мм с дискретностью
5 мм. Станок работает с постоянной скоростью подачи 147 м/мин, которая
обеспечивает получение технологической щепы с заданными параметрами.
Для автоматизированной загрузки станка используется манипулятор
МОД – 1 (рис. 7.35), который представляет собой разборочную горку 1 с
установленными на ней нижними роликами 3 впередистаночного стола и
четырьмя парами базирующих центрователей 2. На отдельно расположенной
балке 6 установлены верхние прижимные и подающие ролики 4, а также
система 5 автоматизированной оценки параметров досок.
Рис. 7.35. Манипулятор обрезки досок МОД – 1 (пояснения в тексте)
Манипулятор
выполняет
следующие
операции:
разборку
неорганизованной пачки досок, поступающих с лесопильных рам или другого
бревнопильного оборудования, кантование необрезных досок с ориентацией
192
узкой пластью вверх, отделение горбылей и некондиционных досок со сбросом
их в люк и загрузки необрезных досок в фрезернообрезной станок. В
зависимости от положения рычагов центрователей выдается сигнал на
установку режущих головок фрезернообрезного станка.
Цикловую производительность Qцоб .ст обрезного станка (шт. досок в мин)
рассчитывают по формуле
QЦ
об.ст
QП К М
U
KM
д
(7.14)
где QП - пропускная способность станка, шт. необрезных досок в мин; U скорость подачи станка, м/мин; ℓд - длина досок, м.; КМ- коэффициент
использования машинного времени станка.
7.3.3. Торцовка сырых пиломатериалов
В лесопильных потоках осуществляется предварительное формирование
длин сырых пиломатериалов на торцовочных станках позиционного или
проходного типов. В качестве первых (в малых и средних производствах)
используются рычажно-шарнирные, маятниковые, балансирные и суппортные
однопильные круглопильные станки с наибольшей высотой 100 мм и шириной
пропила 250…630 мм, типа ЦКБ 40-1, ЦКБ 63-1, ЦМЭ, ЦПА-40 и др.,
производительностью до 10 досок в минуту, а также станки проходного типа,
например, ОАО «Гризли» (рис. 7.36).
3
4
5
6
1
2
Рис. 7.36. Торцовочный станок проходного типа: 1 – пульт управления; 2 – станина;
3 – базирующая планка; 4 – доска; 5 – торцовочная пила; 6 – подающая цепь с упорами
Здесь доска 3, требующая торцовки, укладывается на две цепи с упорами
5, которыми протаскивается через пильный узел 4. Длина пиломатериала
задается установкой пильного узла относительно базирующей планки 3.
В поточном производстве с высокой степенью механизации для
193
торцовки пиломатериалов применяются линии типа ЛТ- 1М и др., у которых
пропускная способность составляе 25 досок в минуту при их ширине 75…275
мм и толщине 19…75 мм.
Линия ЛТ-1М (рис. 7.37) включает: участок загрузки, служащий для
разборки пучков досок и поштучной выдачи досок, состоит из наклонного
конвейера 1, роликовых шин 2, загрузчика 3; наклонный конвейер 1
обеспечивает разборку пучков досок, поступающих в приямок 4 и выдачу досок
на загрузчик 3. Для улучшения условий разборки и подачи досок различных
сечений в зоне приямка установлены регулируемые отсекатели, позволяющие
изменять высоту упоров. Загрузчик 3 производит поштучную выдачу досок на
каждый ряд упоров цепного торцовочного конвейера 5 участка торцовки;
участок торцовки, предназначенный для оценки качества пиломатериалов и их
торцовки в соответствии с установленными требованиями, состоит из
поперечного цепного торцовочного конвейера 5 с упорами, торцеравнительного
роликового конвейера 6, неприводного роликового конвейера 7, комлевой
торцовочной пилы 8, перегонного роликового конвейера 9, мерных упоров 10,
вершинной торцовочной пилы 11, ограждений 12 и привода 13, пультов
управления 14, 15.
Рис. 7.37. Линия торцовки сырых пиломатериалов ЛТ – 1М: 1 – наклонный конвейер;
2 – роликовые шины; 3 – загрузчик; 4 – приямок; 5 – цепной торцовочный конвейер; 6 –
торцеравнительный роликовый конвейер; 7 – неприводной роликовый конвейер; 8 –
комлевая торцовочная пила; 9 – перегонный роликовый конвейер; 10 – мерные упоры;11 –
вершинная торцовочная пила; 12 – ограждения; 13 – привод; 14, 15 – пульты управления; 16
– упор; 17 – приемник для отрезков
194
Торцовочный конвейер 5 обеспечивает перемещение досок на участках
торцовки. Торцеравнителный роликовый конвейер 6 досылает доски до упора
16. Роликовый конвейер 7 служит для облегчения выдвижения досок перед
торцовкой. Комлевые концы доски торцуют пилой 8. Имеется приемник для
отрезков 17 и ограждение 12 для защиты рабочего и удержания досок от
разворота при торцовке. Роликовый конвейер 9 перегоняет доски на другую
сторону линии и выравнивает их по верхнему торцу. Мерные упоры 10 служат
для установки досок на стандартную длину перед торцовкой. Пила 11 торцует
вершинные концы досок.
Работает линия следующим образом. Вырабатываемые в лесопильном
цехе доски собираются на приемном конвейере и передаются в приямок 4.
Упорами наклонного конвейера 1 доски извлекаются из приямка и поступают
на роликовые шины 2 и затем на загрузчик 3, который подает их по одной на
каждый ряд упоров торцовочного конвейера 5. Выровненные по комлю
конвейером 6 доски поступают к рабочему-торцовщику, который вручную
переворачивает их, оценивает качество, определяет место торцовки и
устанавливает в зависимости от места торцовки. Затем доски выравниваются
конвейером 9 по верхнему концу. Второй рабочий-торцовщик также приводит
полную оценку доски, определяет место торцовки и устанавливает ее по
мерным упорам 10, после чего производится торцовка.
Торцовочные станки в рассмотренной линии могут снабжаться
фрезерным модулем. При этом отрезки длиной до 0,3 м путем поперечного их
фрезерования при одновременном выполнении торцовки пиломатериалов
круглыми пилами перерабатываются на технологическую щепу. Параметры
фрезерного инструмента: рабочий элемент - двухкромочный нож; рабочая
ширина - 0,3 м; число спиралей 2…4; число ножей в спирали - 12; число
лопастей (групп) - 4…6; число ножей на лопасти (в группе) - 6…10.
Эффективность торцевания повышается за счет применения
компьютерных сканирующих систем, позволяющих оптимизировать эту
операцию. Оптические камеры сканирующего устройства дают информацию
для идентификации длин и толщины доски, глубины обзола и контуров конца
доски. Компьютер получает данные, собранные сканирующим устройством и
рассчитывает оптимальную величину торцевания по критерию максимальной
стоимости продукции. Компьютер, на который поступает решение
195
оптимального торцевания, подает команды на торцовочные агрегаты для
реализации решений.
В автоматизированных фрезернопильных потоках торцовка боковых
(подгорбыльных) досок может осуществляться и непосредственно в бревне.
Например, в линии «Quadroline» фирмы EWD (Германия). Здесь имеется (рис.
7.38) сдвоенный торцовочный механизм, оснащенный круглыми пилами. Он
размещен между брусующим и сдвоенным вертикальным ленточнопильным
модулями. Диски торцовочных пил, расположены перпендикулярно к
отфрезерованным пластям бревна и имеют возможность последовательно
совершать движение в вертикальной и горизонатльной плоскостях. После
фрезерования и остановки бревна пилы сверху - вниз приближаются к его
пластям и совершают две поперечные прорези на толщину планируемой к
выпиловке доски. Далее движение бревна возобновляется.
2
1
3
Рис. 7.38. Схема расположения торцовочного механизма в линии «Quadroline» фирмы
EWD: 1 – бревно; 2 – торцовочный узел; 3 - торцовочная пила
7.3.4. Делительные станки
Раскрой по толщине толстых досок, сегментов и горбылей на тонкие
пиломатериалы осуществляют на делительных (ребровых) горизонтальных и
вертикальных одно- и многопильных ленточно - (ЛД-125, Гравитон-СПГ и др.)
и круглопильных (ДКП-150,ЦР-300 и др.) станках с подачей конвейерным
механизмом.
На рис. 7.39 представлена одна из возможных конструкций вертикального
однопильного ленточного станка и варианты раскроя на нем пиломатериалов
196
по толщине. Станки подобной конструкции имеют подающее устройство,
обеспечивающее базирование заготовки и изменение скорости подачи в
зависимости от размеров ее поперечного сечения и породы древесины.
Рис. 7.39. Вертикальный делительный ленточнопильный станок CHS-102M
(Германия) и варианты раскроя на нем пиломатериалов:1 – ленточная пила; 2 – базирующее
устройство; 3 – подающий механизм; 4 – роликовый стол
Отечественное станкостроение в этом секторе лесопиления представлено
вертикальным ленточнопильным станком ЛД-125 и горизонтальным
ленточнопильным одно- или двухпильным станком «Гравитон-СПГ» (рис.
7.40). Последний позволяет перерабатывать толстые доски, горбыли (сегменты)
длиной 1 м и более и шириной до 400 мм в необрезные доски (наименьшая
толщина 15 мм) при скорости подачи пиломатериала 6…18 м/мин.
а)
б)
Рис. 7.32. Делительный горизонтальный ленточнопильный станок Гравитон-СПГ(а) и
схема раскроя пиломатериалов (б) на нем:1 – подающий ленточный конвейер; 2 - подающие
вальцы; 3 – пильный суппорт; 4 – патрубок для удаления опилок; 5 - ленточная пила; 6 пиломатериал
197
Разработан ленточнопильный делительный станок ЛД150-1Э (рис. 7.41), в
котором для удержания пильной ленты вместо вращающихся шкивов
использованы неподвижные криволинейные аэростатические направляющие.
Рис. 7.41. Схема станка ЛД150-1Э
В станке ЛД150-1Э ленточная пила 1 толщиной 1,0 мм и шириной 125
мм надета на две криволинейные пустотелые направляющие радиусом 750 мм.
Нижняя направляющая 5 неподвижная, а верхняя 2 может с помощью
механизма натяжения 4 перемещаться в вертикальном направлении для
натяжения пилы. Привод пильной ленты осуществляется через два
фрикционных надувных колеса 9 и 14, приводимых в движение от асинхронных
электродвигателей 6 и 12 через клиноременные передачи 8 и 13. Колесо 9
установлено на станине, а колесо 14 вместе с электродвигателем — на
поворотной раме 10 и прижимается к колесу 9 пневмоцилиндром 11. Для
создания устойчивой воздушной подушки (толщиной 30…40 мкм) между
аэростатическими опорами и движущейся пильной лентой через радиальные
каналы диаметром 0,6…8,8 мм постоянно через воздуховоды 3 и 7 подается
сжатый воздух под давлением 0,5…0,6 МПа.
Станки с аэродинамическими опорами позволяют устранить биение
шкивов и инерционности ведомого вала, повысить точность пиления и
долговечность пил; уменьшить длину пилы и металлоемкость станка.
Круглопильные делительные станки для переработки горбыля, 3-х и
4-х-кантных брусьев представлены однопильными (ЦР-300) и многопильными
станками. На них можно разделить пиломатериал длиной 1,0…6,0 м, шириной
до 300мм и толщиной 20…200 мм. Расчет производительности делительных
станков проходного типа производится по формуле (7.14).
198
Контрольные вопросы
1. Какие технологические операции характерны для всех способов
раскроя бревен на пиломатериалы различного назначения?
2. Как классифицируется технологическое лесопильное оборудование в
зависимости от назначения?
3. Какие технологические возможности имеют все виды бревнопильного
оборудования - лесопильные рамы, ленточнопильные, круглопильные,
фрезерно-брусующие, фрезернопильные станки и линии?
4. В каких станках заложен принцип углового пиления? Каковы
недостатки и достоинства этого принципа?
5. На каком древопильном оборудовании можно реализовать гибкие
поставы?
6. Каковы возможности базирования бревен на бревнопильном
оборудовании?
7. На каком оборудовании осуществляется агрегатная переработка
древесины с выработкой пиломатериалов и технологической щепы?
Каковы достоинства и недостатки этого оборудования?
8. Что понимается под агрегатным и агрегатированным оборудованием
для переработки бревен?
9. Как вычисляется сменная производительность бревнопильного
оборудования - лесопильных рам, ленточнопильных, круглопильных,
фрезерно-брусующих, фрезернопильных станков и линий?
10. Какие типы станков используются для обрезки досок? Их
характеристика, расчет производительности.
11. Какое оборудование используется для торцовки досок, на каких
участках производства оно может быть установлено?
12. Какое оборудование используется для деления по толщине брусьев,
досок, сегментов, горбылей?
199
Глава 8
ЛЕСОПИЛЬНЫЕ ПОТОКИ РАСКРОЯ БРЕВЕН
НА ПИЛОМАТЕРИАЛЫ
8.1. Основные понятия
Лесопильный поток (линия) представляет собой комплекс оборудования,
размещенного в порядке выполнения технологических операций и связанного
транспортными устройствами для перемещения предметов труда. В
сложившемся понимании лесопильный поток начинается с подачи бревен в
лесопильный цех и кончается выдачей досок на участок сортировки, т.е.
включает следующие основные технологические операции: распиловку бревен
и брусьев, обрезку и торцовку пиломатериалов. В единый лесопильный поток
могут включаться операции окорки, оцилиндровки, раскроя пиломатериалов на
черновые заготовки.
Основная форма организации лесопильного потока – непрерывнопоточный метод. Непрерывный лесопильный поток имеет следующие
характерные черты: процессы и все операции выполняются последовательно в
пространстве и одновременно во времени; для выполнения каждой из операций
устанавливается специализированное оборудование; все операции четко
синхронизированы; оборудование компонуется в строгом соответствии с ходом
производственно-технологического процесса и представляет собой систему,
работающую в едином ритме.
Под ритмом лесопильного потока понимают время распиловки одного
бревна. Независимо от вида бревнопильного оборудования ритм R, с, можно
определить из выражения
60L
Kм ,
(8.1.)
U
где L – длина распиливаемого бревна, м; U – скорость подачи бревен, м/мин; Kм
– коэффициент использования машинного времени.
Из формулы (8.1) следует, что ритм лесопильного потока
предопределяется размером и породой распиливаемых бревен, способом
распиловки и применяемыми поставами, организацией подачи бревен на
распиловку. Это приводит к необходимости организации переменно-поточных
R
200
производств, когда различные по размерам и качеству бревна распиливаются
попеременно.
Лесопильные потоки могут иметь жесткий, гибкий или смешанный ритм.
При жестком ритме передача обрабатываемого материала от одной операции к
другой происходит строго через определенный интервал времени. Если в
процессе передачи полуфабриката между смежными технологическими
операциями временной интервал не выдерживается, то в этом случае поток
работает с гибким ритмом. Смешанный ритм характерен для потоков, у
которых одни участки функционируют с гибким, а другие с жестким ритмом.
Жесткий ритм применяется в агрегатных и фрезернопильных линиях. В
потоках на базе лесопильных рам используется гибкий ритм. Фрезернопильные
линии, включающие, например, торцовочные станки, представляют потоки со
смешанным ритмом.
Для стабильной работы непрерывного лесопильного потока необходимо,
чтобы все входящие в него технологические операции были синхронизированы,
то есть уравнены по времени их выполнения. Условие синхронизации можно
записать в виде
Rб
Ro no
RT nT
Rc nc ,
(8.2)
где Rб , Ro , RT , Rc соответственно ритм работы бревнопильного, обрезного,
торцовочного станков и участка сортировки; no , nT , nc - соответственно
количество поступающих на обрезку, торцовку и сортировку досок.
Лесопильные потоки классифицируют по различным признакам: способу
распиловки, выпуску обрезных или необрезных пиломатериалов, заготовок и
др. Но чаще их различают по распиловочному оборудованию: рамный,
ленточнопильный, фрезернопильный поток и т.п. Они многовариантны, что
обусловлено составом сырья, способами его раскроя, видом вырабатываемой
продукции и применяемым оборудованием.
8.2. Потоки на базе лесопильных рам
8.2.1. Структура потоков
Большинство (более 90 %) обрезных товарных пиломатериалов в России
(за исключением шпал и тары) вырабатывают брусовым способом в
лесопильных потоках на базе двухэтажных лесопильных рам (рис.8.1). Такой
201
поток функционирует следующим образом. Подготовленные к распиловке
бревна подают на второй этаж лесопильного цеха продольными цепными
конвейерами 1, работающими в автоматическом режиме. При помощи
сбрасывателей бревна поступают на накопитель 2, на котором создают их запас
- до 6…8 штук. С накопителя механизмом поштучной выдачи бревна
сбрасываются на манипулятор 3 - механизм ориентации, фиксирования и
подачи бревна в лесопильную раму. Оператор дистанционно ориентирует
бревно относительно оси постава пил. Распиловка бревен производиться как
верхним, так и нижним торцом вперед. Последнее увеличивает
производительность рам за счет уменьшения скольжения подающих вальцов и
тем самым уменьшает вероятность застревания в поставе пил кусков древесины
нижней части бревна. На раме 1-го ряда 4 выпиливают двухкантный брус и
боковые доски. За рамой 4 установлен роликовый конвейер 5 с разделительным
устройством для досок и бруса. По позадирамному роликовому конвейеру,
затем по поперечному цепному конвейеру 10 доски подают к обрезным или
фрезерно-обрезным станкам 13, а брус при помощи винтовых роликов и
брусоперекладчика 6 поступает к раме 2-го ряда 8. Перед рамой 2-го ряда
установлен манипулятор 7 для центрирования бруса по поставу. После
центрирования брус направляется в раму 2-го ряда для распиловки, за которой
также устанавливают разделительное устройство 9. Оно отделяет обрезные
доски от необрезных и горбылей. Обрезные доски по роликовому 9 и
ленточному 15 конвейерам перемещаются на сортировочную площадку.
Необрезные доски от рам 1-го и 2-го рядов по поперечному конвейеру 10
подаются механизмом поштучной выдачи на стол обрезного станка, в котором
установлена пила для торцовки острого обзола (в потоках с лесопильными
рамами 2Р-100 и 2Р-75, перерабатывающих крупномерное сырье,
устанавливают трех- и четырехпильные обрезные или фрезерно-обрезные
станки). За обрезным станком рейкоотделительное устройство автоматически
отделяет рейки и сбрасывает их на поперечный цепной конвейер 14.
202
Рис. 8.1. Технологическая схема потока на базе двухэтажных лесопильных рам:1цепной конвейер; 2- накопитель бревен с механизмом поштучной выдачи; 3- механизм
ориентации и подачи бревен в лесопильную раму; 4- лесопильная рама 1-го ряда; 5роликовый конвейер; 6- брусоперекладчик; 7- автоманипулятор; 8- лесопильная рама 2-го
ряда; 9- роликовый конвейер; 10-поперечный цепной конвейер; 11- механизм поштучной
выдачи досок к обрезному станку; 12- торцовочная пила; 13- обрезной станок; 14- цепной
конвейер для реек; 15- ленточный конвейер для обрезных досок; 16- конвейер для удаления
досок от обрезного станка
Кусковые отходы (горбыли от лесопильных рам, оторцовки, рейки от
обрезных станков) падают в люки на ленточные конвейеры, расположенные на
первом этаже, и направляются в рубительную машину для выработки
технологической щепы.
В рамных потоках для распиловки двухкантных брусьев часто
используют круглопильные многопильные станки (рис. 8.2). Брус съемным
поперечным конвейером 14 подается на загрузочный механизм 15
круглопильного станка 16 и раскраивается на обрезные и необрезные
пиломатериалы. Последние поступают на поперечный цепной конвейер 20, с
которого рабочие снимают необрезные доски и укладывают их на ленточный
конвейер 19. Необрезные доски по поперечному конвейеру 9 и роликовому
столу 10 поступают кромкообрезной станок 11.
Обрезка досок в рамных потоках (рис. 8.1) может осуществляться в
автоматическом режиме, например, с использованием манипулятора обрезки досок
МОД-1 (рис. 8.3). Необрезные доски и горбыли от лесопильных рам 1 и 2
поступают по цепному конвейеру к манипулятору 6. Неорганизованная пачка
необрезных досок и горбылей разбирается цепями с упорами. С помощью
сбрасывателя доски и горбыли, идущие с перекосом или по две на одном ряде
упоров, удаляются с упоров цепи вниз контура.
203
Рис. 8.2. Линия фирмы MÖRINGER на базе лесопильной рамы и многопильного
круглопильного станка: 1 – подающий конвейер, 2 – разобщитель, 3 – пульт управления, 4 –
механизм для быстрой подачи брѐвен, 5 - лесопильная рама, 6 – расклинивающий нож, 7 –
рольганг, 8 - съѐмный поперечный конвейер, 9, 13, 14 - поперечный конвейер, 10 - загрузочный
стол, 11 - кромкообрезной станок, 12 – рольганг, 15 - загрузочный механизм, 16 - многопильный
станок, 17 – рольганг, 8 - сбрасыватель, 19 - ленточный конвейер
На горизонтальной части цепного конвейера необрезные доски автоматически
центрируются перед обработкой. В зависимости от расположения рычагов
устройств для центрирования выдается сигнал на установку фрез обрезного станка
5. Затем доска поднимается над цепями нижними роликами и после прижатия
верхними роликами подается в станок. Оператор контролирует поштучную выдачу
досок и с пульта 3 выдает сигнал при поступлении горбыля. В этом случае
устройства для центрирования не срабатывают, горбыль передается цепями
конвейера через стол станка и падает в люк 4.
Рис. 8.3. Схема автоматизированного участка обрезки досок: 1- лесопильная рама
второго ряда; 2- роликовый конвейер за лесопильной рамой первого ряда; 3- пульт
управления линией МОД-1; 4-люк для удаления горбылей; 5- фрезерно-обрезной станок
Ц2Д-1Ф; 6-манипулятор обрезки досок МОД-1
204
8.2.2. Рассеивание ширин и длин досок
При распиловке на лесопильных рамах имеет место явление рассеивания
ширин и длин досок. Это обусловлено тем, что в станок по одному поставу
могут поступать бревна с различными отклонениями от расчетных размеров
диаметра, неодинаковым сбегом, формой поперечных сечений (круг, эллипс),
кривизной. Кроме того, в процессах раскроя возможно смещение продольной
оси бревна относительно оси постава. Все это приводит к отклонению
фактических размеров досок по ширине и длине от расчетных, как в большую,
так и в меньшую сторону.
Наибольшие отклонения фактических размеров досок от расчетных
происходят при распиловке вразвал. В пифагоричеекой зоне бревен
наблюдается рассеивание по ширине, а в параболической - по ширине и длине
досок. При этом фактический выход крайних боковых досок составляет около
60 % расчетного. Происходит это из-за наличия в распиливаемой партии бревен
с меньшими по сравнению с расчетным диаметром и сбегом, а также кривых
бревен.
При распиловке с брусовкой величина рассеивания меньше, чем при
распиловке вразвал. При брусовке рассеивание ширин и длин досок
наблюдается только в развальных зонах. Это зоны за брусом - на первом
проходе и зоны за пределами пропиленной пласти бруса - на втором проходе.
Явление рассеивания ширин и длин обрезных досок приводит к тому, что
фактический объемный выход пиломатериалов оказывается несколько ниже
расчетного. Для приведения расчетного выхода к фактическому пользуются
коэффициентом К, учитывающим несоответствие расчетного выхода
фактическому. Для сырья европейской части России при выработке
пиломатериалов по ГОСТ 24454-80 и 8486-86 для толстых досок K =
0,96…0,98, для тонких досок K = 0,94…0,96. При этом большие значения
коэффициентов относятся к сырью I–II сорта, а меньшие – к сырью III сорта по
ГОСТ 9463-88. Рассеивание ширин и длин обрезных досок можно уменьшить
более точной сортировкой бревен по диаметрам.
205
8.2.3. Дефекты раскроя при рамном пилении
Дефекты раскроя, при рамном пилении возникают по следующим
основным причинам: плохое техническое содержание рамы и околорамного
оборудования; некачественная подготовка или установка пил в рамку;
неправильная форма бревен, неквалифицированная работа рамщиков. Их
можно разделить на следующие группы:
Крыловатость досок возникает вследствии выворачивания (смены базы)
бревна в процессе его подачи, обусловленное не удаленными местными
неровностями бревна и его кривизной, непрямолинейностью и разной высотой
рельсов впрередирамной тележки, выработкой и непараллельностью подающих
вальцов, отклонение постава пил от вертикального положения, внутренними
напряжениями древесины и др.
Кривизна по пласти и кромке вызывается ранним разжимом клещей
впередирамной тележки, несоответствием положением плоскости пил и ножей
направляющего аппарата, неправильной выпиловкой бруса и др.
Волнистый пропил является следствием потери устойчивости
отдельными пилами (слабым натяжением), плохой их вальцевой и др.
Мшистость и ребристость по пласти вызывается недостаточным
уклоном пил, их затуплением, плохим натяжением, слишком большой
посылкой и др.
Разнотолщинность досок возникает в случае установления пил
непараллельно направлению движения пильной рамки.
Вмятины на кромках обрезных досок появляются из-за чрезмерного
усилия прижима подающих вальцов
8.3. Потоки на базе вертикальных
ленточнопильных станков
В технологических потоках на базе вертикальных однопильных
ленточнопильных станков возможна распиловка бревен развальным, брусово–
развальным,
развально-сегментным,
а
также
круговым
способом
низкокачественных бревен, например, с сердцевинной гнилью (рис. 8.4). Так,
на основании характеристики сырья и спецификации пиломатериалов,
вырабатываемых предприятиями Восточной Сибири и Дальнего Востока,
206
разработан поток с головными станками ЛБ150 или ЛБ190 для распиловки
фаутных бревен диаметром 40 см и более (рис. 8.5).
Особенностью потока является распиловка бревен на головном
ленточнопильном станке на полуфабрикаты крупного сечения (брусья,
сегменты) с целью сокращения числа резов в бревне и увеличения
производительности станка на первоначальной стадии раскроя и дальнейшем
их делении на последующем технологическом оборудовании. Здесь бревна без
предварительной сортировки по размерам и качеству одноцепным продольным
конвейером подают на накопитель 2 и далее на тележку ленточнопильного
станка 3.
Рис. 8.4. Примеры кругового способа раскроя бревен на головном ленточнопильном станке:.
Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, ΙV, - позиции бревен при распиловке; __ распиловка на головном ленточнопильном
станке;------- распиловка на вертикальном ленточнопильном делительном станке; ____
распиловка или круглопильном станке; _._._ распиловка на горизонтальном
ленточнопильном станке
Выпиленные круговым способом сегменты и толстые доски раскраивают на
делительном ленточнопильном станке 4, а двух- или трехкантные брусья - на
207
многопильном круглопильном станке 5. Необрезные доски от бревнопильного 3
и делительного оборудования 4,5 поступают к обрезному станку 6. Все
выработанные в потоке пиломатериалы поступают на торцовочный участок 7.
В случае необходимости доски могут быть возвращены на переобрезку.
Рис. 8.5. Структурно-технологическая схема потока с головными ленточопильными
станками ЛБ 190 или ЛБ 150 производительностью по распилу сырья 100-150 тыс. м3 в год:
1 - продольный конвейер; 2- накопитель бревен; 3- вертикальный ленточнопильный
станок; 4-делительный ленточнопильный станок; 5- многопильный круглопильный станок;
6-обрезной станок; 7- участок торцовки пиломатериалов
В лесопильные потоки на базе вертикальных однопильных
ленточнопильных станков могут быть включены фрезерные головки (рис. 8.6,
7.5 и 7.6). Операция раскроя бревен в этом случае происходит следующим
образом (рис. 8.6). Бревна, размещенные на движущейся каретке 3, вначале
обрабатываются торцово-конической фрезой (диаметр 1100 мм, высота
фрезерования 700 мм, толщина снимаемого слоя до 150 мм) с получением
технологической щепы и формированием вертикальной технологической базы.
Это позволяет избавиться от горбыля и отпилить от бревна одну или несколько
необрезных досок с минимальной разнотолщинностью. Далее бревна
кантуются
последовательно на 90о, 180 о и 360о. При этом происходят указанные выше
операции. Полученный 4-кантный брус системой конвейеров 5, 12 и 13
отправляется на многопильный круглопильный станок 14, а необрезные доски
по конвейерам 5, 6 и 8 – на кромкообрезной станок 6. Обрезные доски
поступают на поперечные конвейеры 11 и 16. При необходимости переобрезки
досок, последние могут быть направлены по ленточному конвейеру 17 и
208
роликовым шинам 7 на обрезной станок. Производительность описанного
потока ≈ 25 тыс. бревен в год при работе в одну смену.
Рис. 8.6. Ленточнопильная линия фирмы MÖRINGER на базе однопильного
ленточнопильного станка и фрезерной головки:1 - подающий конвейер, 2 – разобщитель, 3 форматная каретка, 4 – ленточнопильный станок BBS.V14000, 5 – рольганг, 6, 11 - съѐмный
поперечный конвейер, 7 - роликовые шины, 8 - подающий стол, 9 - кромкообрезной станок,
10 – рольганг, 12, 16 - поперечный конвейер, 13 - подающий стол, 14 - многопильный
агрегат, 15 – рольганг
Ленточнопильная линия фирмы EWD (ФРГ) (рис. 8.7) на базе одностороннего
фрезерного и двухпильного вертикального ленточнопильного станков системы
«Tandem» 6 предусматривает сканирование, фрезерование бревна и его раскрой
при прямой и обратной подаче с последующим поворотом бревна на 180 0 и
дальнейшим фрезерованием бревна и распиловке его при прямой и обратной
подаче. В результате получаются технологическая щепа, необрезные доски и
двухкантный брус оптимальной толщины. Последний раскраивается после
сканирования на обрезные и необрезные пиломатериалы на многопильном
круглопильном станке 8, имеющем высоту пропила 18…200 мм. Необрезные
пиломатериалы поступают на кромкообрезной станок 13 (высота пропила
18…120 мм, скорость подачи до 160 м/мин) входящем в автоматическую линию
H90, имеющей 20 тактов в минуту. Обрезные доски по ленточному конвейеру
15 и разделительному конвейеру 14 поступают на распределитель досок 16, а
затем на поперечный конвейер 17.
209
Рис. 8.7. Ленточнопильная линия фирмы EWD на базе одностороннего фрезерного и
двухпильного вертикального ленточнопильного станков:
1 – продольный конвейер для бревен; 2 – сканер; 3 – поперечный конвейер; 4 – каретка
ленточнопильного станка системы «Tandem» 6; 5 – односторонний фрезерный станок PF19; 7
– поперечный конвейер; 8 – брусовопильный круглопильный станок BNKT6; 9 – роликовый
конвейер;10 – поперечный цепной конвейер; 11- разделительный конвейер; 12 – поперечный
конвейер; 13 – кромкообрезной станок; 14 – разделительный конвейер; 15 – ленточный
конвейер; 16 – сбрасыватель досок; 17 – поперечный конвейер; 18– кабина оператора
8.4. Потоки на базе горизонтальных
ленточнопильных станков
Лесопильные потоки на базе горизонтальных бревнопильных
ленточнопильных станков получают в России и за рубежом все большее
распространение на предприятиях малой и средней мощности. Так, фирма
«Гравитон» разработала и внедрила в Республике Беларусь два потока.
В первом потоке (рис. 8.8) сортированные бревна с помощью бревнотаски
1 и накопителя 2 поштучно подаются в брусующий конвейер первого ряда
Гравитон-КЛБ (поз. 3). Здесь за один проход формируется трехкантный брус и
три горбыля. Вначале на сдвоенном вертикальном ленточнопильном станке
вырабатывается двухканный брус и два горбыля.
210
Рис. 8.8. Схема лесопильного потока на базе ленточнопильного станка «ГравитонКЛБ»: 1 – бревнотаска; 2 – накопитель бревен; 3 – ленточнопильный станок Гравитон-КЛБ;
4, 8 – поперечный цепной конвейер; 5 – устройство сброса нижнего горбыля; 6 –
горизонтальный многопильный ленточнопильный станок Гравитон-МЛК; 7, 9 – приводной
роликовый конвейер; 10 – станок для раскроя горбыля Гравитон-СПГ; 11 – роликовый
конвейер; 12 – кромкообрезной станок Гравитон-СКД; 13 – роликовый стол
После отделения сегментов, не изменяя положения, брус поступает в зону
горизонального ленточнопильного станка с нижним расположением пилы по
отношению к брусу. При этом от бруса откидывается горбыль. Образуется
трехкантный брус. Система двухрядных игольчатых зацепов и роликов
обеспечивают надежную фиксацию бревна как до, так и после распиловки.
Полученный брус автоматически подается к станку второго ряда ГравитонМЛК (поз. 6), на котором горизонтальными ленточными пилами брус
раскраивается на обрезные доски. С помощью отвода горбылей на поперечные
цепные конвейеры со станков первого и второго ряда горбыли поступают на
двухпильный горизонтальный ленточнопильный станок Гравитон-СПГ (поз.
10). Здесь горбыльная часть пиловочника перерабатывается на необрезные
пиломатериалы. Последние проходят обрезку на кромкообрезном станке
Гравитон-СКД (поз. 12). Полученные обрезные пиломатериалы поступают
далее на сортировку. Объем перерабатываемого сырья при такой компоновке
оборудования составляет 2500…5000 м3 в месяц.
Второй поток (рис. 8.9) предусматривает в качестве головного
бревнопильного оборудования однопильный горизонтальный ленточнопильный
станок Гравитон-Serra. Это дает возможность распиливать в месяц до 500м3
бревен толщиной 15…120 см без предварительной сортировки. Вначале
однопильными станками у пиловочника срезается горбыль, затем двухкантный
211
или трехкантный брус (их может быть несколько). Брус поступает на
распиловку в Гравитон-МЛК, а горбыль в поточную линию со станками
Гравитон-СПГ.
Рис. 8.9. Схема лесопильного потока с головным бревнопильным станком ГравитонSerra: 1 – однопильный горизонтальный станок Гравитон-Serra; 2, 4 – поперечный цепной
конвейер; 3, 5, 7 – приводной роликовый конвейер; 6 – горизонтальный многопильный
ленточнопильный станок Гравитон-МЛК; 8 – горбыльный станок Гравитон-СПГ; 9 –
роликовый стол; 10 – кромкообрезной станок Гравитон-СКД
Рис. 8.10 демонстрирует технологический поток по производству
секторов для последующего их склеивания в блоки. Отсортированные по
диаметру бревна поступают по бревнотаске 1 в окорочный станок 2,
отделяющаяся кора ленточным конвейером 15 удаляется из станка. Окоренные
бревна по роликовому 6 и цепному поперечному 5 конвейерам поступают на
оцилиндровочный станок 3. Здесь двумя цилиндрическими фрезами
происходит удаление сбеговой зоны бревна. Получаемая при этом стружка
отбирается пневмотранспортной системой. Оцилиндрованные бревна
выталкиваются из станка на роликовый конвейер 4 и поступают на
секторнопильный горизонтальный ленточнопильный станок 8. Здесь бревно
центрируется и распиливается на четное количество секторов с заданным
центральным углом. Выпиленные сектора по склизу 9 поступают на ленточный
конвейер 10 и далее в строгальный станок 11 для удаления по хорде
непропиленной зоны сектора. Затем обработанные сектора по конвейеру 12
поступают на стол 13. Здесь готовые сектора рабочий послойно укладывает на
212
полки вагонетки 14. Наполненная вагонетка по рельсовому пути поступает в
сушильное отделение.
Вторичным сырьем при раскрое бревен на сектора является: кора,
стружка и опилки. Они могут быть брикетированы по соответствующей
технологии и реализованы населению в виде топлива или подвергнуты
сжиганию на самом предприятии в котле для выработки тепловой энергии для
сушильных камер.
Рис. 8.10. Структурно-технологическая схема участка изготовления секторов:
1 – бревнотаска; 2 – окорочный станок; 3 – оцилиндровачный станок; 4 – роликовый
конвейер;
5 – поперечный цепной конвейер; 6 – роликовый конвейер; 7 –
бревноперекладчик; 8 – горизонтальный ленточнопильный станок ЦБЩ-1; 9 – склиз; 10 –
продольный ленточный конвейер; 11 – строгальный станок; 12 – сбрасыватель; 13 –
поперечный конвейер; 14 – тележка на рельсовом ходу; 15 – ленточный конвейер.
На базе автоматических горизонтальных ленточнопильных станков ЛО43 созданы робототехнические комплексы по производству пилопродукции,
например, шпал (рис. 8.11). С узла 2 подготовки сырья бревна 3 поступают к
двум 1 и 6 шпалорезным автоматом ЛО-43, на которых они раскраиваются на
шпалы по заданной ЭВМ программе. Выпиленные шпалы поступают на
роликовый конвейер 16, на котором установлено устройство 9 для определения
типа шпал и их маркировки. С роликового конвейера шпалы сбрасываются в
бункеры-накопители 12. Лесопромышленный робот 14 согласно командам,
поступающим от ЭВМ, распределяет обработанные шпалы по типам и сортам в
лесонакопители 11, в которых осуществляется формирование плотного пакета.
Готовая продукция кран-балкой 10 направляется в запас или непосредственно
на отгрузку в вагон. Горбыли 15 проходят под шторкой конвейеров 16 и
поступают на поперечный цепной конвейер 17 для дальнейшей переработки.
Древесная стружка (вместо опилок), получаемая при распиловке бревен вдоль
волокон, поступает по ленточному конвейеру 8 в киповальный пресс ПК-3.
213
Кипы стружки взвешиваются, укладываются
автопогрузчиком отвозятся для складирования.
на
поддоны,
а
затем
Рис. 8.11. Схема робототехнического комплекса по производству шпал:1, 6ленточнопильный станок ЛО-43; 2- узел подготовки сырья; 3- бревно; 4- подающий
рольганг; 5- ЭВМ; 7- пресс для стружки; 8- ленточный конвейер; 9- устройство для
определения типа и маркировки шпал; 10-кран-балка; 11-лесонакопитель; 12-бункернакопитель; 13- шпала; 14- робот; 15- горбыль; 16- роликовый конвейер; 17- поперечный
конвейер; 18- подкрановый путь
8.5. Потоки на базе
круглопильных станков
Распиловка бревен на базе круглопильных станков в России в последние
годы получает значительное распространение вследствие появления на рынке
надежных многопильных станков с регулируемым поставом пил.Основными
достоинствами лесопильных потоков с головными круглопильными станками
являются относительно небольшая стоимость оборудования, производственных
помещений и монтажных работ, высокая производительность и хорошее
качество продукции, возможность рационального раскроя несортированного
сырья за счет индивидуального способа его распиловки. Приведем
технологические схемы, иллюстрирующие использование круглопильных
станков для получения обрезных пиломатериалов.
214
На рис. 8.12 представлена технологическая линия на базе многопильного
круглопильного станка «Бурсус-420М» ЗАО «Лесмашпроект» (г. Архангельск).
Рис. 8.12. Технологический поток на базе круглопильных станков ЗАО
«Лесмашпроект» производительностью 150 м3 в смену:1-грузовой стол; 2-разобщитель
бревен; 3-бревнотаска со сбрасывателем; 4-механизм поштучной выдачи пиловочника; 5конвейер подающий с кантователем; 6-станок бревнопильный «Бурсус-420М»; 7-конвейер
приемный позадистаночный; 8-конвейер подающий с центрователем; 9-станок
многопильный «Фаворит-200»; 10-конвейер приемный с отсекателем; 11-конвейер
роликовый неприводной; 12-станок кромкообрезной СО2-400; 13-конвейер-рейкоотделитель;
14,15,16,17-конвейер ленточный; 18,19-поперечный цепной приводной конвейер; 20сбросная полка; 21- конвейер роликовый приводной с поперечной перекладкой; 22торцовочная установка проходного типа «ПТ-1УМ»; 23-транспортер сортировочный
поперечный 5-цепной «ТСП 5-30»
Согласно схеме пиловочные бревна подают на грузовой стол 1. Далее они
через трехступенчатый разобщитель 2, бревнотаску 3 со сбрасывателем,
механизм поштучной выдачи 4 поступают на загрузочный механизм 5
бревнопильного станка «Бурсус-420М» (поз. 6). Двухкантные брусья 2
(рис. 8.13) подаются в круглопильный станок с помощью поперечного
конвейера 3. Предварительно брусья проходят через лазерное устройство 1 для
оценки их размерной характеристики. После поступления брусьев на
загрузочный стол станка они центрируются с помощью рычагов 4. Прижимные
вальцы, постав пил и расклинивающие ножи настраиваются автоматически в
соответствии с поступающими от ЭВМ командами, преобразованными из
215
данных измерений параметров бруса с помощью лазерного устройства.Здесь
бревна распиливают на двухкантный брус, необрезные доски и горбыли. Брус
прямолинейно поступает на круглопильный многопильный станок «Фаворит200». Полученные на нем обрезные доски, пройдя роликовые 10, 21 и
поперечные 19, 22 конвейеры поступают на сортировочный конвейер ТСП 5 30 (поз. 23). Необрезные доски от бревнопильных станков 6 и 9 по поперечному
цепному конвейеру 18 поступают на неприводной роликовый конвейер 11 и
далее на кромкообрезной станок СО2-400 (поз. 12). Полученные на станке
обрезные пиломатериалы выносятся роликовым 13, ленточным 17 и
поперечным цепным 19 конвейерами к торцовой установке проходного типа 22.
На ней сформированные по ширине боковые доски торцуют в размер и
поступают на сортировочный конвейер. Отходы производства (рейки, горбыли,
оторцовки) системой ленточных конвейеров 14, 15, 16, 17 выносятся из цеха.
Рис. 8.13. Загрузка круглопильного станка для распиловки брусьев с использованием
центрирующего устройства и лазерного луча; 1 – лазерное устройство; 2 – двухкантный
брус; 3 – поперечный конвейер; 4 – центрирующие рычаги
На базе двухпильного круглопильного станка ЦБК-2ПМ Вологодского
станкозавода предлагается технологическая линия (рис. 8.14) по раскрою 80
тыс. куб. м бревен (диаметром до 36 см) в год брусово-развальным способом на
обрезные пиломатериалы. Согласно схеме пиловочные бревна загружают в
разборщик бревен 1, который поштучно. подает сортименты на механизм
ориентации 2 бревнопильного станка 3, на котором вырабатывается
двухкаетный брус и два сегмента. Последние подаются на ребровый
однопильный кругопильный станок ГПС-250 М (поз. 9) Здесь получают
216
необходимые доски и горбыль. Двухкантный брус распиливается на
круглопильном восьмипильном станке Ц8Д-8М (поз. 8) на обрезные и
необрезные доски и горбыль. Обрезные доски разделительным РЦ8Д-10 (поз.
10) и ленточным конвейерами 11 выносятся на сортировку, а необрезные доски
и горбыли сбрасываются на поперечный цепной конвейер 12 и подаются
роликовыми конвейерами на обрезной станок Ц2Д-7А (поз. 20). Необрезные
доски от ребрового станка 9 через систему роликовых сбрасывателей 15, 16, а
также цепных конвейеров 17, 18 подаются на обрезку. Полученные обрезные
доски выносятся на торцовку и сортировку, сбеговые рейки подаются на
конвейер для кусковых отходов 18. Сюда же поступают горбыли,
образующиеся на ребровом и брусовопильном станках.
Рис. 8.14. Схема лесопильного потока по производству обрезных пиломатериалов: 1 –
разборщик бревен; 2 – устройство для ориентации бревна; 3 – круглопильный станок ЦБК2ПМ; 4 – разделительное устройство; 5, 6, 12, 17, 18 – поперечные цепные конвейеры; 7 –
центрирующее устройство ПРВД 75-1; 8 – круглопильный станок Ц8Д-8М; 9 – ребровый
круглопильный станок ГПС-250М; 10 – разделительный конвейер РЦ8Д-10; 11 – ленточный
конвейер; 13, 14, 19 – роликовые конвейеры; 5, 16 – сбрасыватели; 20 – обрезной станок
Ц2Д-75
Планировочная схема потока на базе однопильного круглопильного
станка Kara-Master (рис. 8.15) рекомендуется для цехов с объемом
перерабатываемого сырья до 20 тыс. м3 в год без сортировки по диаметрам.
Здесь возможна распиловка бревен по развальной, брусово-развальной,
круговой, секторной, развально- и брусово-секторной схемам раскроя на
обрезные и необрезные пиломатериалы и брусья. Так, для применения на
станках Кага-Master секторного способа с целью выработки радиальных
пиломатериалов разработаны [10] следующие этапы распиловки бревна (рис.
217
8.16). Все пропилы здесь осуществляют в той последовательности, в которой
они пронумерованы. Сначала отрезают горбыли (пропилы 1-1,2-2,3-3). Затем
отрезают сегмент (пропил 4-4) и доску (пропил 5-5). После этого полученнье за
готовки зажимают вместе и осуществляют пропилы 6-6, 7-7 и 8-8 . На этом
первый этап заканчивается. В результате получают четыре обрезные
радиальные доски и четыре сектора (а, b, с, d). На втором и третьем этапах
секторы распиливают одновременно попарно: а и b, а затем с и d. На рис. 8.16,
II показан раскрой секторов а и b. Заготовки фиксируют вместе и производят
пропил 9-9. Затем оставшиеся секторы и полученные доски поворачивают на
90 град (рис. 8.16, III.) и осуществляют пропилы 10-10 и 11-11. В результате
получают две обрезные радиальные дос ки (а1 и b1) и два квадратных бруска.
Оставшиеся необрезные доски и секторы ещѐ раз поворачивают на 90 град, и
аналогичным образом вырезают следующие пары досок. Подобным образом
раскраивают секторы с и d.
Рис. 8.15. Схема участка лесопильного цеха с кругопильным станком Kara-Master:1 –
подающий цепной конвейер; 2 – устройство поштучной подачи бревен;3 – круглопильный
станок Kara-Master; 4 – продольный конвейер 12 м; 5 – поперечный конвейер 3 м; 6 –
двухпильный обрезной станок; 7 – рейкоотделительная лента;8 – продольный конвейер 6 м;
9 – конвейер для отходов; 10 – поперечный ковейер 6 м;11 – торцовочный станок
218
Рис. 8.16. Схема раскроя брѐвен на станке Кага-Master
Последовательность распиловки бревен при получении радиальных
пиломатериалов по брусово-сегментной схеме следующая (рис. 8.17).
Сначала отпиливают два горбыля – создают базовые плоскости. Затем
отпиливают сегменты, которые откидывают на резервный накопитель.
Оставшуюся центральную часть распиливают на два трехкантных бруса
(abсd) и центральный брусок, содержащий всебе сердцевину и
сердцевинную трубку. Брусок – конечная продукция – откидывается на
конвейер. Трѐхкантные брусья распиливают на радиальные доски. Из
сегментов, полученных на первой стадии распиловки, получают радиальные
доски со смешанным наклоном волокон.
Рис. 8.17. Брусово-сегментная схема раскроя
брѐвен на радиальные доски
При такой схеме распиловки величина коэффициента выхода
радиальных пиломатериалов сечением 32x100 и 32x125 мм колеблется от 25 %
(для диаметра 28 см) до 40 % (для диаметра 44 см).
На рис. 8.18 показана схема планировки участка при раскрое бревен из
твердых лиственных пород на заготовки штучного паркета на базе
компьютеризированного круглопильного станка с угловым пилением Барс-1А.
Здесь имеется два взаимосвязанных последовательно расположенных рабочих
места: на первом осуществляется процесс выпиловки из бревен длинномерных
219
заготовок заданного сечения, на втором – торцовка этих пилозаготовок на
паркетную фризу с вырезкой некачественных мест.
Рис. 8.18. Схема участка раскроя бревен на базе станка с угловым пилением Барс-1А:1 –
накопитель бревен;2 –манипулятор;3 –кругопильный станок Барс-1А; 4 –ЭВМ; 5 – рабочее
место оператора; 6 – место вспомогательных рабочих; 7 – контейнер для сбеговых реек; 8 –
торцовочный неприводной стол; 9 – рабочее место торцовщика;10 – торцовочные станки;
11 – контейнеры для кондиционной фризы и неделовых отрезков; 12 – участок
формирования сушильных пакетов
Согласно сформированной структуре участка технологический процесс
здесь осуществляется следующим образом. Пиловочное сырье без сортировки
по толщине подается на накопительную площадку 1. Затем с помощью,
манипулятора 2 бревна поштучно устанавливаются на тележку станка Барс-1А
(поз. 3) нижним торцом в сторону машинного отсека и фиксируются в заданном
положении (ось бревна должна быть параллельна движению тележки).
Распиловка бревна со скоростью до 105 м/мин осуществляется с
использованием компьютера по специальной программе, в соответствии с
которой в зависимости от размерно-качественной характеристики сырья
(диаметра в нижнем и верхнем торце; количества сечений заготовок требуемых
к выпиловке; толщины заболони) происходит оптимальная распиловка сырья
на обрезные пилозаготовки. Полученные пилозаготовки подаются вручную на
неприводные торцовочные столы (8, 10), на которых происходит их раскрой по
длине с вырезкой дефектных мест. Полученная кондиционная фриза
укладывается в контейнеры 11 и отправляется на участок формирования
сушильных пакетов 12.
220
8.6. Потоки на базе фрезерно-брусующих
и фрезернопильных станков
Лесопильные
потоки
с
головными
фрезерно-брусующими
и
фрезернопильными станками обычно применяют в цехах, имеющих потоки с
другими видами головного оборудования. Однако имеется немало лесопильных
цехов, оснащенных только фрезернопильным оборудованием, например,
агрегатированной фрезернопильной линией (рис. 8.19) шведской компании
«AriVislanda» для выработки обрезных пиломатериалов из тонкомерного (до 24
см) сырья. В ее основу положен брусовый способ переработки бревен на
пиломатериалы и технологическую щепу. Линия включает 2 фрезернобрусующих двухсторонних станка с вертикальными торцово-коническими
фрезами, 2 профилирующих двухсторонних станка с верхним и нижним
расположением цилиндрических фрез, 3 круглопильных многопильных станка
и систему продольных и поперечных конвейеров. Согласно схеме окоренные
бревна продольным конвейером 2 подаются на обработку. Бревна проходят
сканирующее 1, поворотное 3 и базируюшее 4 устройство и поступают на
первое фрезерование (поз. 5). Полученный двухкантный брус кантуется на 90о и
подвергается второму фрезерованию (поз. 7). Образовавшийся четырехкантный
брус проходит профильное двухстороннее фрезерование. При этом
формируются кромки двух боковых досок. Затем они отпиливаются на
двухшпиндельном круглопильном станке 9. Далее четырехкантный брус вновь
поворачивается на 90о. Операции его обработки повторяются (поз. 14, 15).
Окончательно брус распиливается на обрезные доски на круглопильном станке
16. Обрезные доски выносятся для дальнейшей обработки поперечными 11, 17,
19 и продольными 12, 18 конвейерами. Линия работает в автоматизированном
режиме.
221
Рис. 8.19. Технологическая схема фрезернопильной линии компании «AriVislanda»:1 –
сканер; 2 – бревнотаска; 3 – кантователь LT-2; 4 – базирующее устройство LI-600; 5, 7 –
брусующий станок RL600; 6, 10 – поворотное устройство СТ-2; 8, 14 – профилирующий
станок Р670; 9, 15 – круглопильный станок QSS-300; 11, 17, 19 – поперечный конвейер; 12,
18 – продольный конвейер; 13 – подающее устройство; 20 – кабина оператора
Отличительной особенностью поточной линии фирмы «EWD» (Германия),
показанной на рис. 8.20, является то, что здесь используются сдвоенный
фрезерный 8 и счетверенные ленточнопильные станки 9, а также транспортная
система 6, 10, 11, 15 возврата бруса, что позволяет отказаться от
брусовопильного станка.
Технология получения обрезных досок следующая. Сканирванные бревна
(измеряются диаметр, кривизна, сбежистость и длина) поступают на
базирующее устройство 7 и ориентируются кривизной вверх. Далее они
обрабатываются на фрезерном станке с получением двухкантного бруса, от
которого отпиливается с противоположных пластей по две необрезные доски.
Брус системой поперечный и продольных конвейеров возвращается на
базирующее устройство 7 и ориентируется пластями вниз-вверх. Операции его
обработки повторяются. Выпиленный четырехкантный брус подается обратно.
Пилы ленточнопильного станка позиционируются, и брус распиливается на
обрезные спецификационные пиломатериалы. Необрезные доски системой
поперечных 12 конвейеров подаются на автоматическую линию обрезки
«Optimes», включающую сканирующие, позиционирующие устройства и
кромкообрезной станок ВКО с регулируемым поставом круглых пил. Здесь
доски обрабатываются со скоростью 80…60 м/мин.
222
Рис. 8.20. Лесопильная линия на базе сдвоенных фрезерных и счетверенных
ленточнопильных станков фирмы «EWD»:1, 5 – сканеры; 2 – бревнотаска; 3 – накопитель
бревен; 4 – конвейер подачи бревен; 6 – механизм поштучной выдачи бруса; 7 – базирующее
устройство; 8 – сдвоенный фрезерный станок; 9 – счетверенный ленточнопильный станок;
10, 11 – продольный конвейер; 12, 13, 15 – поперечный конвейер; 14 – разделительный
конвейер; 16 – система «Optimes»; 17 – кромкообрезной станок ВКО; 18 – разделительный
конвейер; 19, 20 – продольный конвейер; 21 – поперечный конвейер; 22 – кабина оператора.
8.7. Гибкие автоматизированные линии
В заключение этой главы приведем общую структуру гибких
автоматизированных лесопильных линий (ГАЛЛ).
На практике возможно большое количество вариантов ГАЛЛ. Схема
одного из вариантов приведена на рис. 8.21. ГАЛЛ такой структуры работает
следующим образом. Нессортированные брѐвна определѐнного диапазона
диаметров поступают на окорочный станок, затем они проходят через
сканирующее устройство 2, где замеряются их длина, диаметр и кривизна. (По
мере развития сканирующих устройств можно будет определять качество
брѐвен.) Данные сканирования поступают в систему управления 10, которая
выбирает постав, ориентирует бревно относительно постава и позиционирует
лесопильные модули головного 4-пильного фрезерно-ленточнопильного станка
для обеспечения максимального выхода пиломатериалов (объѐмного,
спецификационного, качественного или ценностного). Полученный брус после
прохождения сканирующего устройства 4 ориентируется и обрабатывается на
многопильном фрезерно-круглопильном станке 5. Необрезные доски поступают
223
к обрезным станкам 7, а обрезные – на автоматизированное торцовочное
устройство 9.
Рис. 8.21. Схема гибкой автоматизированной лесопильной линии:1-окорочный станок;
2, 4, 6, 8 - сканирующее устройство; 3 - фрезерно-ленточнопильный станок; 5 - фрезернокруглопильный станок; 7 - фрезерно-обрезной станок; 9 –торцовочное устройство; 10 система управления позиционерами, а также пильными и фрезерными модулями
На всех этапах процесса производства пиломатериалов осуществляется
контроль качества получаемой продукции и, при необходимости, через систему
управления происходит или корректировка величин технологических
параметров режима проведения процесса, или остановка линии для наладки
оборудования.
Экономически значимые выгоды, получаемые при использовании ГАЛЛ :
1. Повышение производительности лесопильного цеха - вследствие
обеспечения более полной загрузки оборудования и более полного соблюдения
рациональных режимов пиления.
2. Возрастание выхода пиломатериалов - вследствие выбора
рационального плана раскроя пиловочных брѐвен с учѐтом их особенностей,
применения тонких пил, более точного ориентирования брѐвен относительно
оси постава.
3. Повышение качества пиломатериалов - вследствие осуществления
контроля величин их показателей и автоматической корректировки величин,
технологических параметров режима распиловки брѐвен, повышения точности
подготовки пил при использовании лесопильных модулей нового поколения.
224
4. Удешевление изготовления и эксплуатации оборудования - вследствие
использования унифицированных лесопильных модулей.
5. Уменьшение численности обслуживающего персонала.
6. Снижение затрат на содержание склада брѐвен - вследствие
предельного упрощения операции их сортировки перед распиловкой.
7. Снижение затрат на содержание склада пиломатериалов - вследствие
выполнения операций сортировки получаемых пиломатериалов в лесопильном
цехе.
Социально значимые последствия перехода на использование ГАЛЛ
состоят в существенном изменении структуры лесопильного производства и
повышении доли умственного труда в общем объѐме работы персонала всех
функциональных служб предприятия.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой лесопильный поток? Каковы его характерные
особенности и применяемые в практике границы? По каким признакам
возможна его классификация?
2. Что такое ритм лесопильного потока? Охарактеризуется различные виды
ритмов используемых в промышленности?
3. Приведите возможные структурные решения лесопильных потоков с
головным бревнопильным оборудованием – лесопильными рамами,
ленточнопильными станками и др. для выработки обрезных и необрезных
пиломатериалов.
4. Какие дефекты пиломатериалов могут возникнуть при их изготовлении на
бревнопильном оборудовании?
5. Что означает выражение «рассеивание ширин и длин необрезных досок при
раскрое бревен»? По каким причинам возникает это явление?
6. Что представляют собой гибкое автоматизированные лесопильные линии?
Какие они имеют достоинства и недостатки?
225
Глава 9
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СЫРЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
9.1. Структура технологического процесса
Технологический процесс обработки сырых пиломатериалов включает
следующие операции (рис. 9).
На лесопильных предприятиях, выпускающих товарные пиломатериалы,
последовательность выполнения указанных операций может быть различной
в зависимости от применяемых способов антисептирования и сушки.
Торцовка и сортировка сырых пиломатериалов
Антисептирование
пиломатериалов
Формирование сушильных
штабелей или пакетов
Сушка пиломатериалов
Рис. 9.1.
пиломатериалов
Структурная
схема
технологического
процесса
обработки
сырых
Если антисептирование пиломатериалов осуществляют поштучно, то эта
операция предшествует формированию сушильных штабелей и пакетов. При
пакетном способе антисептирования операция пакетирования следует за
сортировкой пиломатериалов. При 100%-ной камерной сушке операция
антисептирования пиломатериалов не производится.
9.2. Понятие сортировки пиломатериалов и ее стадийность
Сортировка пиломатериалов – это совокупность технологических
операций необходимых для подготовки пиломатериалов к дальнейшей
переработке внутри предприятия или за его пределами. Она включает браковку,
торцовку, маркировку и разборку пиломатериалов по отдельным признакам.
Браковка заключается в выявлении пороков древесины, дефектов обработки и
позволяет установить сорт пилопродукции или группы качества в соответствии
226
с существующими стандартами. Операция торцовки в зависимости от степени
обработки пиломатериалов бывает предварительной (выборочной) и
окончательной. Предварительной считают торцовку, которая позволяет
подготовить пиломатериал к последующим технологическим операциям. Она
сводится к отрезанию острых обзольных концов и участков досок с явно
выраженными пороками (например, гнилью). Предварительная торцовка
обычно производится без учета стандартных длин. Окончательная торцовка
предусматривает формирование спецификационных размеров досок по длине.
Выполняется также торцовка с регламентированным припуском по длине на
последующую их обработку, например, после высушивания. Маркировка –
проводится для фиксирования установленных сортов или групп качества
пилопродукции. Разборка (сортировка) пиломатериалов осуществляется по
определенным признакам, которыми являются: порода, назначение, размеры
сечения, длина, характер обработки, качество продукции. В зависимости от
назначения вырабатываемых полуфабрикатов (внутризаводской переработки,
товарные – для внутреннего рынка или экспорта) на лесопильных заводах
применяют одно-, двух- и редко трехстадийную сортировку пиломатериалов.
При одностадийной сортировке пиломатериалы сортируют после выхода
их из лесопильного цеха по породам, поперечым сечениям, сортам и группам
длин. Общее количество мест m (дробность сортировки) для размещения
рассортированных пиломатериалов по перечисленным признакам можно
определить по формуле
m = Sn C М + Rn,
(9.1)
где Sn - число поперечных сечений пиломатериалов; C - число сортов, на
которые сортируют пиломатериалы; М - число групп длин, на которые
сортируют пиломатериалы; Rn - резервные места, 1-2 шт.
Двухстадийная сортировка пиломатериалов проводится в два этапа. На
первом этапе сырые пиломатериалы, равные длине распиливаемых бревен,
сортируют в лесопильном цехе по поперечным сечениям, а получаемые из
периферийной части бревен укороченные доски - по сечениям и на две группы:
короткие, длиной до 2,7 м и длинные – более 2,7 м. Здесь потребное число mI
сортировочных мест
mI = SnL + SLM1 + RП 1
(9.2)
где SnL - число сечений пиломатериалов, равных длине бревна; SL - число
227
сечений подлежащих сортировке по группам длин; МI, - число групп длин, RП 1
– резервные места.
На втором этапе доски сортируют по сортам и длинам (после сушки и
окончательной торцовки) на специальном сортировочном устройстве.При этом
число сортировочных мест МII равно:
mII = С MII + RП II ,
(9.3)
где МII, - число групп длин, RП II — резервные места.
При двухстадийной сортировке между первой и второй стадиями
создается буферный запас пиломатериалов, объем которых можно определить
по следующей формуле
Q П.С.
ВП Н П  ср М д
2К с 1 К Н
,
(9.4)
где Qп.с. – объем партии пиломатериалов одного сечения, всех сортов и длин,
м3; ВП – ширина плотного пакета готовой продукции, м; НП – высота пакета
готовой продукции, м; ℓc.p. – средняя длина сортируемых досок, м; Mд – число
карманов на сортировочном устройстве для размещения досок сорта и одной
длины; Кс – коэффициент ведущего сорта в партии пиломатериалов; ( Кс =
0,1...1,0) Кн – коэффициент накопления полных пакетов из досок с одной
градацией длины (Кн = 0...1,0).
Трехстадийная сортировка производится в три этапа. Первоначально
доски по-прежнему сортируются на сортировочном устройстве лесопильного
цеха по поперечным сечениям и группам длин. На втором этапе производится
сортировка пиломатериалов по сортам (иногда по группам длин) на
специальных сортировочных устройствах, где процесс сортировки совмещается
с окончательной торцовой досок на стандартную длину. На третьем этапе
пиломатериалы сортируют на другом сортировочном устройстве только по
длинам. При этом число сортировочных мест на первом этапе остается
прежним и определяется по формуле (9.1). На втором этапе, при сортировке
пиломатериалов только по качеству:
mII = C.
(9.5)
На третьем этапе, где производится сортировка только по длинам,
mIII = МIII
(9.6)
где МIII - число групп длин на третьем этапе сортировки.
228
При трехстадийной сортировке необходимо иметь два буферных запаса
пиломатериалов: перед вторым этапом сортировки по качеству и перед третьим
этапом сортировки по длинам.
Двух- и трехстадийная сортировки позволяют увеличить объемный и
качественный выход пиломатериалов и их товарный вид.
9.3. Оборудование для сортировки сырых пиломатериалов
Для сортировки пиломатериалов по тем или иным сортировочным
признакам применяются различные сортировочные устройства. Лесопильнодеревообрабатывающие предприятия оснащены отечественными линиями типа
ЛТС-М и ЛСП18-36. Ряд лесоэкспортных предприятий имеет торцовочносортировочные линии (ТСЛ) финской фирмы «Валмет», а также линии ЛССА30Ф, созданные совместно с финскими специалистами. Технологическая
характеристика торцовочно-сортировочных линий приведена в табл. 9.1.
Таблица 9.1
Показатель
Техническая характеристика торцовочно-сортировочных линий
Сортировочные линии
ЛТС-М
ЛССАЛСП18-36/1
ЛСП18-36/2
«Валмет»
30Ф
Размеры
пиломатериалов:
толщина, мм
ширина, мм
длина, м
Длина
пиломатериалов, м
Пропускная
способность, шт/мин
Число накопителей, шт
Размеры пакета:
длина, м
ширина, мм
высота, мм
16...50
75...280
2,1...6,6
16...100
75...300
2...7,5
16...75
75...265
2...6,7
16...75
75...275
1,5...6,6
16...100
75...300
2...6,8
1,8...6,6
2,1...6,6
1,5...6,6
1,5...6,6
1,8...6,8
39
22
90
30
90
18, 24, 30, 36
120
18, 24, 30, 36
90
34
6,6
1350
1300
6,8
1350
1500
7,0
1350...1200
2000
7,0
1350...1220
2000
6,7
1250...1400
2600
Линии моделей ЛТС-М, ЛСП18-36/1, ЛССА-30Ф и фирмы «Валмет»
являются торцовочно-сортировочными, а линия модели ЛСП18-36/2 –
сортировочной.
229
Линия сортировки сырых пиломатериалов ЛСП18-36/2 предназначена для
сортировки сырых обрезных пиломатериалов по различным сортировочным
признакам: толщине, ширине, сортам (назначению или группам качества),
длине, породам. Применяется линия на лесопильных предприятиях мощностью
более 150 тыс. м3 пиломатериалов в год. Линия (рис. 9.2) включает участок
загрузки, обеспечивающий разборку поступающих пучков досок и поштучную
выдачу досок, состоящий из наклонного конвейера 1 для разборки досок,
приямка 2, роликового конвейера 3 для выравнивания торцов досок и
загрузчика 4 для формирования ряда досок с последующей поштучной
загрузкой их на упоры цепного конвейера;
Рис. 9.2. Линия сортировки сырых пиломатериалов ЛСП 18-36:
1 – наклонный конвейер, 2 – приямок, 3 – роликовый конвейер, 4 – загрузчик, 5 – цепной
конвейер участке оценки, 6 – кантователи досок, 7 – кабина оператора, 8 – механизм
загрузки, 9 – сортировочный конвейер, 10 – накопители досок
участок оценки, включающий цепной конвейер 5 для перемещения
пиломатериалов и кантователи досок 6, расположенные перед кабиной
оператора; кабину операторов 7, в которой размещаются один или два
оператора за пультами управления; механизм загрузки 8, предназначенный для
поштучной загрузки досок на крюки сортировочного конвейера; участок
сортировки, состоящий из сортировочного конвейера 9 для перемещения досок
в зоне сортировки; накопителей 10 для накапливания досок на наклонной
плоскости на период выкатки тележек для загрузки и уменьшения высоты
230
падения досок с крюков; стоек 11 для ограничения размеров пакетов по
ширине; тележек 12 для формирования плотных пакетов пиломатериалов и
выноса их за пределы линии.
Работа линии заключается в следующем. Пиломатериалы оторцованные в
лесопильном цехе или перед сортировочной линией поступают на сборочный
конвейер и передаются в приямок 2 наклонного конвейера 1. С помощью
упоров на цепях этого конвейера производится разборка пучков досок и затем
они подаются на торцеравнительный роликовый конвейер 3. Выровненные по
одному торцу доски перемещаются по роликовым шинам на конвейер поджима
и загрузчиком 4 поштучно загружаются на упоры цепного конвейера 5 участка
оценки. На участке оценки расположены два кантователя 6, которые
поочередно переворачивают все доски. Сбоку от кантователей расположена
кабина 7 для двух операторов. При кантовке доски оператор осматривает
пласти и кромки, оценивает качество и задает сорт (назначение) доски на
пульте управления. Операторы оценивают доски через одну, т.е. первый
оператор осматривает нечетные доски, второй - четные. После оценки доски
поступают в зону измерения, где соответствующими датчиками автоматически
измеряются толщина, ширина и длина досок. Команды от операторов и от
датчиков поступают в автоматизированную систему управления, где они
обрабатываются, выбирается сортировочное место, на которое должна
поступить данная доска, подается соответствующая команда на сброс. После
обмера доски загружаются механизмом загрузки 8 на крюки сортировочного
конвейера 9 и транспортируются к сортировочным местам. При подходе доски
к заданному сортировочному месту по команде системы управления
производится сброс доски на накопитель 10. При поступлении некоторого
количества досок рабочий опускает ограничитель на наклонной плоскости,
сбрасывает доски на тележку 12 и укладывает в плотный пакет. Для
ограничения пакета по ширине служат стойки 11. По окончании формирования
пакета тележка выкатывается, пакет снимается автолесовозом, краном или
автопогрузчиком и транспортируется на последующий технологический
участок. Тележки могут быть заменены на накопители с выносным конвейером
и дополнительно комплектоваться пакетоукладчиком для формирования
плотного пакета или линией для формирования сушильных штабелей.
Линия обеспечивается системой учета пилопродукции, входящей в
состав системы управления и выдающей следующую информацию: общий
231
объем рассортировочных пиломатериалов, объем пиломатериалов по каждой
породе; объем пиломатериалов по каждому сечению и сорту, количество
пропущенных досок – всего, по каждой породе, по каждому сорторазмеру.
Линию обслуживает 6.. .8 чел.
Линию ЛСП можно использовать в сочетании с накопителями толстых
обрезных досок, выпиленных из центральной части бревна. В этом случае
тонкие доски, выходящие из лесопильного цеха поступают на линию ЛСП, а
толстые направляется в специальные накопители сортировочного
оборудования на базе распределителей СПР. Его устанавливают в
лесопильном цехе с объемом производства 100...150 тыс. пиломатериалов в
год. Это оборудование можно использовать, если на всех потоках
вырабатываются тонкие доски только одной толщины, и количество
одновременно выпиливаемых размеров их по ширине не превышает шести, а
также, если толстые доски на каждом потоке выпиливаются только одного
сечения. Оно включает (рис.9.3) распределитель досок СПР-1,
Рис. 9.3. Схема размещения сортировочного оборудования СПР в двухпоточном
лесопильном цехе: 1 – обрезной (фрезерно-обрезной) станок; 2 – распределитель досок СПР1; 3 – цепной сборочный конвейер; 4 – ленточный конвейер со сбрасывающим устройством
СПР-2; 5 – механизм поштучной выдачи досок СПР-3; 6 – участок предварительной
торцовки СПР-4; 7 – устройство разделения досок СПР-5; 8 – накопитель тонких досок СПР6; 9 – ленточный конвейер от лесопильной рамы второго ряда; 10 – накопитель толстых
досок СПР-7
232
конвейер ленточный со сбрасывающим устройством СПР-2, механизм
поштучный подачи досок СПР-3, участок предварительной торцовки досок
СПР-4, устройство разделения досок СПР-5, накопитель тонких досок СПР-6,
накопитель толстых досок СПР-7. Доски по сечениям распределяются
автоматически по команде, поступающей с пульта управления обрезным
станком при задании размера обрезаемой доски и системы измерения сечения,
расположенной перед устройством разделения досок СПР-5.
Сортировочное оборудование на базе распределителей СПР позволяет
обрабатывать до 24 штук в минуту обрезных досок толщиной 16...75 мм,
шириной 100...300 мм и длиной 4...7 м.
Среднесменная производительность Асл. сортировочной линии
определяется по числу досок, рассортированных в смену, шт./см
Асл =Ап Т Км Кр Кн ,
(9.7)
где Ап - пропускная способность сортировочной линии в соответствии с
режимом ее работы, шт/мин; Т - продолжительность смены, мин; Км, Кр и Кн коэффициенты использования соответственно машинного и рабочего времени и
наложения потерь.
Среднесменная производительность Атсл торцовочно-сортировочной
линии определяется по числу досок, обрабатываемых в смену, шт./см
Атсл = nоп nдос Т Км Кр Кн ,
(9.8)
где nоп - число операторов, одновременно обслуживающих торцовочный
участок; nдос - среднее число досок, оцениваемых оператором за одну минуту.
9.4. Пакетирование сырых пиломатериалов
Выходящие из лесопильного цеха пиломатериалы после сортировки
пакетируют и направляют в сушильные камеры или на атмосферную сушку.
Пакетирование производится с помощью пакето- и штабелеформирующих
машин и линий (ПФМ,ПФЛ,ШФЛ), которые установлены на лесоэкспортных
предприятиях. Линии закуплены в Финляндии (фирмы «Каукас», «План-Селл»
и «Валмет»). В единичных экземплярах применяется отечественная линия
модели ПФМ-10. Эти устройства при некоторых конструктивных различиях
работают по аналогичным схемам: механизированная загрузка пакетами
внутренней перевозки; разборка пакета и поштучная подача досок на участок
233
формирования ряда; выравнивание досок по одному торцу; перемещение досок
через одну на противоположную сторону подающего поперечного конвейера и
выравнивание их по другому торцу (второй вариант предусматривает
одновременный разгон досок через одну в разные стороны и выравнивание их
по торцам); на рядонаборном конвейере задают расстояние между досками ряда
и из рядов, переносимых на вертикальный подъемник, формируют пакет или
штабель. Технические характеристики некоторых отечественных и зарубежных
ПФМ приведены в табл. 9.2.
Пакетоформирующая машина ПФМ-10 формирует сушильные пакеты
для камерной и атмосферной сушки следующим образом. Внутризаводской
транспортный пакет
подают на загрузочный конвейер 1 (рис.9.4). По
загрузочному конвейеру пакет переходит на наклонный подъемник 2, с
помощью которого пакет разбирают на доски. Происходит это следующим
образом. Когда пакет попадает на грузонесущую платформу, подъемник
наклоняется и поднимает пакет до тех пор, пока верхний ряд досок не выйдет за
пределы стоек сварной рамы.
Рис. 9.4. Схема пакетирующей машины ПФМ-10: участок загрузки и разборки
транспортного пакета: 1- загрузочный цепной конвейер; 2- наклонный подъемник; 3питающий конвейер; 4- разборщик пачки досок; 5-торцеравнительный конвейер с винтовыми
роликами и цепным упором сопровождения ; участок формирования сушильного пакета: 6механизм поштучной выдачи досок; 7- конвейер с разновысокой цепью; 8- перегонный
конвейер; 9- рядонаборный конвейер; механизм переноса ряда досок, состоящих из каретки с
вильчатыми рычагами 10 и конвейера 16 для перемещения каретки; 11- магазины прокладок
с выталкивающим устройством 12; 13- ленточный конвейер для прокладок; 14вертикальный подъемник; 15- разгрузочный конвейер
Доски под влиянием собственной массы съезжают на питающий конвейер
3, который перемещает их в приемное устройство разборщика пачки 4. Для
подачи досок в приемное устройство разборщика небольшими пачками
234
питающий конвейер включают периодически. Разборщик подает по одной
доске на торцеравнительный роликовый конвейер 5 для выравнивания досок по
одному торцу. На конвейере 5 они перемещаются в поперечном направлении в
виде сплошного ряда. Из этого ряда доски захватываются по одной механизмом
поштучной выдачи 6 и подаются на конвейер 7 с разновысокой цепью. Доски,
лежащие на высоких (широких) звеньях цепи, проходят над перегонным
роликовым конвейером 8, не касаясь его. Доски, находящиеся на низких
звеньях, перемещаются конвейером 8 на противоположную сторону конвейера
7 до упора, установленного в соответствии с длиной формируемого пакета. Так
как «высокие» и «низкие» звенья чередуются, доски через одну выравниваются
по торцам пакета. С конвейера 7 доски поступают на рядонаборный конвейер 9.
После набора ряд досок поднимается вильчатым рычагом каретки 10 и
переносится на формируемый пакет, находящийся на подъемнике 14. Каретка
перемещается при движении цепи конвейера 16. Механизм выдачи прокладок
11 с магазином, расположенным над подъемником, выдает прокладки на ряд, а
подъемник опускается на ступень, равную сумме толщин доски и прокладки.
Подъемник опускает сформированный пакет на разгрузочный конвейер 15,
который выносит его из машин.
Таблица 9.2
Техническая характеристика пакетоформирующих линий
Показатель
Размеры пакетируемых досок:
длина, м
ширина, мм
толщина, мм
Размеры загружаемого пакета:
длина, м
ширина, м
высота, м
Размеры формируемого пакета:
длина, м
ширина, м
высота, м
Пропускная способность, шт./мин
Пакетоформирующие машины
ПФМ-10
«Каукас»
«Валмет»
3…7
80…280
16…100
3…7
100…280
19…80
1,8…6,5
75…300
16…100
4…7
7
2…6,8
1,3
1,65
1,3
1,5
1,35
1,5
4,3; 5,8; 6,8
1,2…1,9
7
1,8
1,5
15; 21; 30
1,5
22…65
6,8
2,0
5,0
60…120
235
На ряде предприятий страны разработаны и введены в эксплуатацию
пакетоформирующие устройства оригинальных конструкций (рис. 9.5).
Рис. 9.5. Установка для формирования сушильных пакетов пиломатериалов:
Здесь пакет пиломатериалов 3 автолесовозом Т-140 подают на приемный
подъемник 2. При его опускании пакет укладывается на цепи трехсекционного
конвейера 1. Включают конвейер, пакет перемещается до подающего
подъемника 4, при его пуске пакет наклоняется на 40 , затем поднимается в
положение разгрузки и перегружается в накопитель 5 слоями. Доски по
наклонному конвейеру 6 поштучно поступают на роликовый конвейер 8,.
Выравниваются на роликовом конвейере 9, скатываются на роликовую
дорожку укладчика 10 и перемещаются на движущиеся направляющие. С них
слои досок определенной ширины сбрасываются передающим механизмом на
штабелер 11. Направляющие возвращаются в исходное положение. После
размещения прокладок штабелер опускается на размер толщины доски, а по
окончании формирования пакета поднимается в начальное положение. Пакет
размером 1800х2800х6500 мм по рельсовым путям перемещантся на
траверсную тележку и подается в сушильную камеру.
Производительность пакетирующих линий A пфл можно определить по
методу последовательного наращивания числа факторов, влияющих на ее
величину [6]:
(9.9)
Апфл f ( S g ,V ,V , K m ,Ws ),
где S g - площадь поперечного сечения доски, м3; V
объем формируемого
сушильного пакета (штабеля), м3; V
объем пакета, поступающего на ПФЛ,
3
м ; K m поправочный коэффициент, характеризующий тип формируемого
пакета; Ws объем партии запуска, м3.
236
9.5. Антисептирование пиломатериалов
9.5.1. Характеристика антисептиков
Антисептирование пиломатериалов – это метод химической защиты
древесины антисептиками от поражения дереворазрушающими грибами,
вызывающими деструкцию древесины, с целью увеличения ее долговечности.
Поэтому защитная обработка древесины фактически является составной частью
общего комплекса природоохранных мероприятий, направленных на снижение
объемов лесозаготовок.
На лесопильных предприятиях используют антисептики, не содержащие
хлорфенольные соединения: Катан, Бокит, ЭОК, ТМ, К-12, Базилит САБ и др.
Катан (ТУ 13-02733675-25-90) – препарат на основе соединений
четвертичного аммония и аминов. Содержит также технологические добавки,
улучшающие проникновение антисептиков в древесину и его защищающую
способность по отношению к деревоокрашивающим и к плесневым грибам.
Концентрация водного рабочего раствора 5…8 %. Расход препарата 1,75 кг/м³
пиломатериалов. Препарат не имеет запаха, хорошо растворим в воде,
неогнеопасен. Рабочие растворы имеют слабощелочную реакцию рН 8,8…9,5.
Кумулятивные свойства не выражены.
Бокит (ТУ 13-73044007-17-21-89) содержит тиомочевину (80 %) и
борную кислоту (ГОСТ 18704-78) (20 %). Это кристаллический порошок белого
или слегка желтоватого цвета, без запаха, хорошо растворим в воде, относится
к веществам второго класса опасности. Концентрация рабочих водных
растворов 5…6 %. Расход препарата при антисептировании пиломатериалов 18
кг/ м³.
ЭОК (ТУ 113-04-1000-89) – комбинированный препарат, на основе
щелочных солей карбоновых и неорганических кислот в сочетании с
технологическими добавками, которые повышают проницаемость антисептика
в древесину и обеспечивают стабильность водных растворов. Препарат
выпускается в виде белого порошка или мелких гранул, растворим в воде,
имеет слабый запах, неогнеопасен, нетоксичен, рН рабочих растворов 5-10 %-й
концентрации в пределах 9,5…10,5. После обработки раствором ЭОК
пиломатериалы не изменяют цвет.
Препарат ТМ представляет собой тиомочевину (ТУ 6-09-4041-75). Это
кристаллический порошок белого или слегка желтоватого цвета с содержанием
237
основного вещества 90…93 %, растворим в воде при температуре выше 8 °C.
Относится к веществам 2 класса опасности. Концентрация рабочего водного
раствора препарата 4…6 %.Средний расход препарата 1,8 кг на м³
пиломатериалов.
Препарат К-12 (ТУ 113-08-2-111-91) содержит соединения фтора,
ингибирующие и другие технологические добавки. Это порошок белого цвета,
без запаха, хорошо растворим в воде, относится к веществам 2 класса
опасности. Концентрация рабочих растворов 4-6 %, расход препарата при
антисептировании 2 кг/м³ пиломатериалов.
Препарат Базелит САБ – белый кристаллический порошок без запаха. В
качестве токсичного компонента содержит тиомочевину в количестве 90 %.
Водные растворы препарата имеют слабокислую реакцию. Смесь состоит из
двух порошкообразных продуктов в следующих соотношениях, мас. %:
препарат Базелит САБ – 80, борная кислота – 20. Расход препарата на 1 м³
пиломатериалов – 1,8 кг.
Кроме указанных отечественных антисептиков на лесопильных
предприятиях применяются также зарубежные препараты, например,
антисептики – Basiment 560 и Prevantol-VP-08-3041. Они содержат
соответственно 36 и 29 % ортофенилфенолята натрия или калия. Водные
растворы антисептиков имеют светло-коричневую окраску, рН 12,5. На
поверхности древесины ортфенолят натрия под воздействием кислот,
содержащихся в древесине, переходит в водонерастворимый ортофенилфенол.
Концентрация рабочих растворов 3…9 % и зависит от породы обрабатываемой
древесины, метода защитной обработки, климатических условий. Расход
рабочего раствора, составляет в среднем 250 г/м² (20 л/м³).
Расход рабочего раствора того или иного антисептика в значительномй
мере зависит от площади смачиваемой поверхности обрабатываемых
пиломатериалов. Средний расход раствора антисептика при обработке
пиломатериалов различных сечений приведен ниже:
Сечение пиломатериала, мм
толщина
ширина
16
75…180
19
75…200
25
75…250
32
75…250
50
100…250
Средний расход раствора, л/м³
504…6
45…42
40…35
35…30
25…20
238
При расчете годовой потребности в антисептиках можно пользоваться
следующей формулой:
А
Vi a i Ci /100 ,
(9.10)
где Vi – планируемый годовой объем антисептированных пиломатериалов
конкретного сечения, м³; Сi – концентрация рабочего раствора применяемого
антисептика; аi – средний расход рабочего раствора антисептика, л/м³.
Известно, что деревоокрашивающие и плесневые грибы развиваются
преимущественно при температуре воздуха 5 °C и выше и влажности
древесины более 22 %. При благоприятных погодно-климатических условиях
биоповреждения пиломатериалов развиваются за 12…24 ч. Антисептирование
пиломатериалов дает положительный результат, если оно производится не
позднее чем через 12 ч после распиловки, поскольку препараты защищают
древесину от инфекции только на поверхности и не действуют на споры
грибов, проникшие вглубь древесины.
Антисептированию подлежат пиломатериалы, выпиливаемые в теплое
время года при температуре выше 5 °C (с апреля по ноябрь) и предназначенные
для атмосферной сушки, а также сырые пиломатериалы, отгруженные с
влажностью выше транспортной, в которых не допускаются или
ограничиваются грибные окраски.
9.5.2. Способы антисептирования
Разработаны
различные
способы
обработки
пиломатериалов
антисептиками.
Наиболее
распространенный
в
России
способ
антисептирования – погружение пакетов (плотных или на рейках)
пиломатериалов в раствор. При этом участок антисептирования обычно
располагают вблизи пакетоформирующей машины и установок сортировки
сырых пиломатериалов. Установка для этого способа антисептирования
пиломатериалов (рис. 9.6) оборудована баком с мешалкой объемом 3…4 м³ для
приготовления рабочего раствора, двумя емкостями по 10…12 м³ для хранения
раствора на период чистки ванны, стабилизатором уровня раствора, а также
ванной и механизмом окунания пакетов. В качестве подъемно-транспортных
механизмов используют автолесовозы с опускающимся порталом А-210, А210А, мостовые краны или гидроподъемники. Ванны размером
239
преимущественно 8×2×2 м изготовляют из стали, железобетона, деревянного
шпунта и вкапывают в грунт. При антисептировании методом погружения
поверхность пиломатериалов должна быть полностью смочена рабочим
раствором. Пакет на прокладках выдерживают в растворе не менее 20 с.
Антисептированный пакет обязательно выдерживается над ванной в течении
10…30 с для стекания избытка раствора. Нарушение этого требования
приводит к перерасходу раствора антисептика в 2…3 раза. Кроме того, при
перевозке обработанного пакета стекающий антисептик загрязняет
производственную территорию, что представляет большую опасность. С целью
исключения потерь антисептика пакеты после обработки целесообразно
устанавливать на 10…20 мин на стальную или бетонную водонепроницаемую
площадку с уклоном в сторону ванны.
Рис. 9.6. Общий вид установки для пакетного антисептированипиломатериалов:
1 – ванна; 2 – бак с мешалкой; 3 – запасные баки; 4 – стабилизатор уровня; 5антисептированный пакет; 6 – автолесовоз; 7 – насос
Установка другого типа (рис. 9.7) эксплуатируется на совместном русскояпонском предприятии в п. Игирма. Широко применяется в Японии. Она
работает следующим образом. Пакет пиломатериалов устанавливают на
гидравлический
240
Рис. 9.7. Установка для антисептирования пакетов пиломатериалов с
гидравлическими домкратами:1 – ванна с раствором антисептика; 2 – трубопровод из бака с
мешалкой для приготовления рабочего раствора; 3 – поддон с уклоном в сторону ванны; 4 –
гидродомкраты; 5 – таймер; 6 – пакет антисептированных пиломатериалов
подъемник 4 с помощью вилочного автопогрузчика и погружают в ванну 1 с
рабочим раствором антисептика на заданный период времени, контролируемый
таймером. После выдержки в растворе пакет 6 автоматически перемещается по
роликовому конвейеру на один из поддонов 3, установленный с уклоном в
сторону ванны для стекания избытка раствора. К преимуществам этой
установки относится то, что ванна находится на поверхности и нарушение ее
герметичности легко выявляется в отличие от ванн, вкопанных в грунт.
Реже антисептирование пиломатериалов, находящихся в пакете проводят
методом опрыскивания. Такой метод обработки принимают в тех случаях, если
интенсивность развития грибов и их агрессивность сравнительно невелики или
же пиломатериалы в скором времени подвергаются сушке.
Наиболее
перспективно
антисептирование
пиломатериалов
на
движущемся конвейере поштучно в технологическом потоке лесопиления.
Промежуток времени между распиловкой и антисептированием пилопродукции
здесь сокращен до нескольких минут. Благодаря этому исключается
прорастание грибов на большую глубину от поверхности пиломатериалов.
Известно два способа нанесения антисептиков на пиломатериалы,
движущиеся на конвейере: опрыскивание и погружение в рабочий раствор.
Линии сортировки с участком антисептирования материалов методом
опрыскивания на движущемся поперечном конвейере выпускается серийно в
Финляндии фирмой «Valmet». Такие установки имеются на Соломбальском
ЛДК и и др. лесопильных предприятиях. Опрыскиватели установлены в камере
проходного типа, оснащенной системой вытяжной вентиляции и высокой
241
трубой. Недостаток такого способа антисептирования заключается в том, что
сбор и удаление распиленного антисептика при движении досок по конвейеру
достаточно сложная техническая задача, кроме того, этот способ обеспечивает
менее надежную защиту по сравнению с окунанием в воду.
Другим способом поштучного антисептирования пиломатериалов на
движущемся конвейере в потоке лесопиления является окунание их в мелкую
ванну. Принципиальная схема установки конвейерного типа, разработанной в
ЦНИИМОДе, показана на рис. 9.8. При движении свежераспиленных
пиломатериалов на поперечном конвейере с них щетками 9 удаляют опилки.
Затем пиломатериалы поступают в ванну 3 с рабочим раствором антисептика. В
ванне пиломатериалы движутся также на конвейерах. Для предотвращения их
всплывания сверху пиломатериалы пригружают конвейерным прижимом 5,
который по форме поперечного сечения соответствует положению базовых
конвейеров в ванне с антисептиком. Обрабатываемые пиломатериалы имеют
разную толщину, поэтому прижим имеет гидравлический привод для
вертикальный и угловых перемещений. При выходе из ванны сырые
пиломатериалы на поперечном конвейере поднимаются на высоту 1 м и
сбрасываются вниз на приемный конвейер 6. Это необходимо для удаления
избытка рабочего раствора антисептика и остатков опилок с поверхности
антисептированных
пиломатериалов.
Поднимающийся
конвейер
и
сбрасыватель размещены над поддоном 7, имеющим уклон в сторону ванны для
стекания избытка раствора с пиломатериалов. Для предотвращения попадания в
ванну опилок и других древесных отходов из зоны сбрасывателя
пиломатериалов в конце поддона перед ванной установлен фильтр 10, который
систематически очищается. Уровень раствора антисептика в ванне
контролируется и поддерживается автоматически. Расход рабочего раствора
приблизительно такой же, как и при окунании пакетов.
242
Рис. 9.8. Установка конвейерного типа для поштучного антисептирования
пиломатериалов:1 – антисептируемые пиломатериалы; 2 – поперечный ленточный конвейер
для удаления сметаемых опилок; 3 – ванна проходного типа; 4 – гидроподъемник прижима; 5
– прижим с конвейером; 6 – конвейер; 7 – поддон с уклоном к ванне; 8 – сбрасыватель досок;
9 – щетки для сметания опилок; 10 – фильтр для стекающего раствора
Такие установки обычно размещают в помещении, поэтому они могут
эксплуатироваться только при использовании антисептиков, не содержащих
хлорфенольных компонентов. Установка подобного типа эксплуатируется в
Австрии в г. Ибе фирмой «Schweighoffer», где используют поставляемый
немецкой фирмой Bayer антисептик Preventol-VP-О-3041.
При антисептировании пиломатериалов в ванне накапливаются
древесные отходы – опилки, мелкие щепки и т.п. Так, в ванне объемом 20 м³
при обработке 7…10 тыс. м³ пиломатериалов накапливается в среднем 1–1,5 м³
древесных отходов. Донный осадок затрудняет погружение обрабатываемых
пиломатериалов в емкость с раствором. Поэтому в течение сезона
антисептирования емкости ежемесячно очищают от донного осадка.
Собранный осадок отвозят на сжигание или на захоронение, предварительно
экстрагировав из него антисептик путем промывки водой.
Контрольные вопросы
1. С какой целью производится сортировка сырых пиломатериалов? По
каким признакам она производится?
2. Каким данными надо располагать, чтобы определить количество
сортировочных групп досок?
243
3. Какие
устройства
применяются
для
сортировки
сырых
пиломатериалов? Их сравнительный анализ.
4. Что представляют собой штабеле- и пакетоформирующие машины, как
на них производится формирование штабелей и пакетов для сушки?
5. Какие виды транспорта используются для перевозки штабелей и
пакетов пиломатериалов?
6. Как
определяется
производительность
сортировочных
и
пакетоформирующих машин?
7. Какие антисептики и когда применяются для защиты пиломатериалов
от грибного поражения?
8. Какие способы нанесения антисептиков на пиломатериалы используются
на лесопильных предприятиях? Дайте их сравнительный анализ.
Глава 10
ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СУХИХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
10.1. Структура основных операций
Обработка сухих пиломатериалов после сушки (процессы атмосферной и
камерной сушки рассматриваются в курсе «Гидротермическая обработка
древесины») включает следующие операции (рис. 10.1):
Операция окончательного формирования длины пиломатериалов, их
сортировка по качеству и длине, маркировка продукции, формирование
транспортных пакетов, а также их упаковывание осуществляется на
специализированном оборудовании.
244
Формирование длин
пиломатериалов
Сортировка пиломатериалов по
качеству и длине
Маркировка
продукции
Формирование
транспортных
пакетов
пиломатериалов
Упаковывание
пиломатериалов
Хранение готовой
продукции
Отправка продукции
потребителям
Рис. 10.1. Структурная схема технологического процесса обработки пиломатериалов
после сушки
10.2. Оборудование для сортировки, торцовки
и пакетирования сухих пиломатериалов
К оборудованию для окончательной обработки сухих обрезных
пиломатериалов относят торцовочно-маркировочные установки (ТМУ),
сортировочно-пакетирующие установки (СПУ) и сортировочно-пакетирующие
линии (СПЛ). В этих установках можно выделить три различающихся по
назначению участка: приемный, торцовочный и сортировочный. Приемный
участок обеспечивает приемку сушильных пакетов пиломатериалов, их
разборку и поштучную выдачу досок на последующую обработку. Для
выполнения указанных работ в механизированных устройствах используются в
основном поперечные конвейеры и наклонные подъемники. Торцовочный
участок, представляющий собой систему поперечных торцеравнительных
роликовых конвейеров и слешерных дисковых пил, предназначен для контроля
245
качества и придания доскам спецификационной длины. На этом участке
осуществляется и маркировка досок (нанесение на торцы доски марки с
указанием сорта). Сортировочный участок, конструктивное решение которого
зависит от принятого уровня автоматизации работ, определяет в основном
различие типов рассматриваемых установок. Данный участок предназначен для
распределения досок по накопителям в соответствии с их качеством и длиной.
На СПУ и СПЛ производится дополнительно формирование и обвязка
транспортных пакетов. На лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях
работает оборудование отечественного производства (линии торцовки и
сортировки сухих пиломатериалов ОТС-16 и ОТС-25, сортировочнопакетирующие линии модели БСП-М и УСД-18) и импортные (ТМУ «Рауте» и
Сатеко», СПУ «Сатеко», СПЛ «План-Селл»). Остановимся здесь на
отечественных линиях.
Основу торцовочно-сортировочной линии ОТС-16 (рис. 10.2)
составляет торцовочная установка ЛТ-1М, которая дополнительно
укомплектована конвейером для штабеля 1, лифтом 2, конвейером для досок 3,
роликовым 4 и сортировочным 6 конвейерами, скиповым погрузчиком 7,
ленточными конвейерами 8-11 для удаления отрезков и реек.
Рис. 10.2. Торцовочно-сортировочная линия ОТС-16: 1 - конвейер загрузочный; 2 лифт; 3 - конвейер промежуточный; 4 - роликовый винтовой конвейер; 5 - модуль ЛТ-1М; 6 сортировочный конвейер; 7 - скиповый погрузчик; 8 -11 - ленточные конвейеры
246
Линия работает следующим образом. Штабель сухих пиломатериалов
высотой не более 1,5 м подается автопогрузчиком на загрузочный конвейер 1, с
помощью которого они по одному передаются на вилы лифта 2.Последний
постепенно поднимает штабель. При этом пиломатеиалы послойно
скатываются на цепи конвейера 3, а рейки падают в бункер и выносятся
ленточнм конвейером 11 за пределы линии. Роликовый конвейер 4 выравнивает
доски по торцу, затем они устройством поштучной выдачи загружаются на
упоры главного конвейера 5. Два оператора последовательно вручную
переворачивают доски для осмотра и выдвигают их для торцовки со стороны
комлевых и вершинных концов. После торцовки доски поступают на
сортировочный конвейер 6 и вручную раскладываются на 23 места в
зависимости от сорта и длины. Готовые транспортные пакеты отставляются с
участка пакетирования кран-балкой. Короткие отрезки ленточными
конвейерами 8 и 9 передаются в скиповый погрузчик 7.
Мощность линии составляет примерно 45 тыс. м3 пиломатериалов в год
при двухсменной работе.
На линии ОТС-25 производится оценка качества пиломатериалов,
торцовка досок на стандартные размеры по длине, маркировка и сортировка по
качеству. Линия (рис. 10.3) включает: конвейер загрузочный 1,
предназначенный для приема сушильных штабелей (пакетов) и подачи их к
наклонному подъемнику, подъемник наклонный 2, обеспечивающий разборку
сушильных штабелей (пакетов) и порядовую выдачу досок; конвейер приемный
3, перемещающий поступающий ряд досок с одновременным отделением
прокладок; конвейер роликовый торцеравнительный 4, выравнивающий торцы
досок на одну сторону; механизм поштучной загрузки 5, загружающий доски
по одной из однослойного ряда, расположенного на роликовых шинах, на
упоры главного торцовочного конвейера; конвейер главный торцовочный 6,
обеспечивающий транспортировку досок к последующим технологическим
участкам; роликовый конвейер 7 для дополнительного выравнивания торцев
досок; механизмы кантования досок 8, производящие переворот досок перед
комлевым и вершинным операторами; кабины операторов 9, в первой
размещается комлевой оператор - торцовщик, во второй - вершинный операторторцовщик; механизм базирования комля 10, предназначенный для базирования
с помощью роликового конвейера комлевого торца доски по поднятому упору в
247
соответствии с командой оператора; торцовочные пилы 11 для торцовки
комлевого
и
вершинного
концов
досок;
конвейер
роликовый
торцеравнительный 12, перегоняющий доски на левую сторону линии и
выравнивающий вершинные торцы; механизм базирования вершины доски 13;
участок маркировки 14, на котором производится нанесение марки доски
вначале с вершинного конца, а затем с комлевого конца; участок сортировки
15, обеспечивающий распределение досок в зависимости от сорта (команда
задается операторами) на четыре сортировочных места 16.
Рис. 10.3. Линия торцовки и сортировки сухих пиломатериалов ОТС-25:
1-загрузочный конвейер; 2- наклонный подъемник; 3- приемный конвейер; 4- роликовый
торцеравнительный конвейер; 5- механизм поштучной загрузки; 6- главный торцовочный
конвейер; 7- роликовый конвейер; 8- механизм кантования досок; 9- кабины операторов, 10механизм базирования комля доски; 11- торцовочные пилы12- роликовый
торцеравнительный конвейер; 13- механизм базирования вершины доски; 14- участок
маркировки; 15- участок сортировки; 16- сортировочные места
Работа линии происходит следующим образом. Сушильные штабеля
устанавливаются автопогрузчиком или краном на загрузочный конвейер 1 и
подаются на наклонный подъемник 2. При подъеме доски рядами скатываются
на приемный конвейер 3, при этом рейки отделяются и поступают на
ленточный конвейер. Все доски роликовым конвейером 4 выравниваются на
одну сторону и затем механизмом загрузки 5 поштучно загружаются на каждый
ряд упоров главного торцовочного конвейера 6. Торцы досок дополнительно
248
выравниваются роликовым конвейером 7. Комлевой оператор-торцовщик,
находящийся в первой кабине, осматривает проходящие доски, которые
механизмом кантования 8 перед ним переворачиваются, оценивает их качество,
определяет место торцовки на комлевом конце доски и выдает команду на
торцовку в систему управления. Кроме того, он выдает предварительную
команду сорта доски. По команде системы управления механизм базирования
10 выдвигает доску на определенную величину и базирует по поднятому
мерному упору, после чего доска торцуется пилой 11, затем роликовым
конвейером 12 перегоняется на левую сторону линии. За этим конвейером
установлены подвесные мерные упоры, расположенные с шагом 300 или 250
мм. Посредством роликового конвейера, расположенного под этими упорами,
доска комлевым концом базируется по ближайшему подвесному упору и
торцуется с вершинной части. После чего она имеет стандартный размер по
длине. Вершинный оператор-торцовщик оценивает качество доски, определяет
и задает при необходимости в систему управления место дополнительной
торцовки с вершинной части, определяет окончательно ее сорт, сверяет его с
сортом, ранее заданным комлевым оператором, и выдает окончательную
команду сорта. После торцовки доски проходят маркировку обоих торцев на
участке маркировки 14. На участке сортировки 15 с помощью подъемных
шиберов, работающих по командам системы управления и ленточных
конвейеров, пиломатериалы распределяются по сортам на четыре
сортировочных места.
Линия БСП-М (рис. 10.4) является торцовочно-сортировочной
пакетирующей. Работает она следующим образом. Сушильные пакеты
автопогрузчиком устанавливают на загрузочный конвейер 2 и подают к
наклонному лифту 3. С него доски рядами поступают на разборочный конвейер
5. При этом межрядовые прокладки ленточным конвейером 4, расположенным
под разборочным, транспортируются к месту складирования. С разборочного
конвейера доски поступают к торцеравнителю 6, от него - на наклонный
конвейер 8 и перекладчиком 9 поштучно передаются на упоры сортировочного
конвейера 10. На нем доски сначала перемещаются к участку обработки
нижнего торца, а затем верхнего. На этих участках браковщики-торцовщики
оценивают качество доски, определяет место реза, и выдают команду
специальному механизму на выдвижение доски. Доски осматривают на рычагах
249
браковочных перекладчиков 20,29. На участке обработки нижнего торца два
человека осматривают доски через одну, а верхнего – три человека
осматривают каждую третью доску. Перед пилой для торцовки верхнего торца
доски имеются мерные упоры 24. Торцованные и маркированные доски
поступают на базирующий участок, где в зависимости от сорта их
устанавливают в определенное положение относительно базовой линии. С
верхней ветви сортировочного конвейера доски перекладчиком 13 передаются
на упоры нижней ветви и транспортируются к месту назначения. Шиберы
нужного кармана открываются автоматически. После накопления в кармане
количества досок, необходимого для формирования пакета, срабатывает
сигнализация, и рабочий, обслуживающий карманы 12, открывает запорное
устройство подвесок. Доски выносным конвейером 18 транспортируются к
пакетоукладчику 16, на котором формируется транспортный пакет. В составе
линии два пакетоукладчика и два выносных конвейера.
Рис. 10.4. Схема торцовочно-сортировочной пакетирующей линии БСП-М:
1 - металлоконструкция; 2- загрузочный конвейер; 3- лифт; 4- конвейер для удаления
прокладок; 5- разборочный конвейер; 6, 22 и 26: -торцеравнители; 7- накопительный
конвейер; 8 - наклонные роликовые шины; 9 и 13- перекладчики; 10- сортировочный
конвейер; 11- торцовочный станок; 12- накопители; 14 и 17- промежуточные конвейеры; 15наклонный конвейер; 16- пакетоукладчик; 18- выносной конвейер; 19- конвейер для
удаления пакета; 20 и 29- браковочные перекладчики; 21- механизм выдвижения досок; 23роликовый конвейер; 24- медные упоры; 25- маркировщик; 27- базовые упоры; 28сортировочный командоаппарат; 30- командоаппарат; 31- рабочие, обслуживающие
карманы-накопители и пакетоукладчики; 32- рабочие, обслуживающие участки загрузки,
браковки, торцовки и сортировки
250
Линии ОТС-25, БСП-М, «План-Селл», «Сатеко» обеспечиваются
системой учета пиломатериалов, входящей в систему управления, и выдающей
следующую информацию в распечатанном виде в конце смены или по запросу:
общий объем пиломатериалов, полученных после обработки; объем
пиломатериалов по каждому сорту; количество пропущенных пиломатериалов
– всего и по каждому сорту; количество и объем пакетов и др.
Техническая характеристика применяемых в промышленности торцовосортировочных и сортировочно-пакетирующих линий приведена в табл. 10.1.
Таблица 10.1
Техническая характеристика торцовочно-сортировочных и сортировочнопакетирующих линий
Марка линии
Параметры
ОТС-16
ОТС-25
БСП-М
«План-Селл»
Размеры обрабатываемых
пиломатериалов:
длина, м
2…7
2…6,6
3…7
2…6,8
толщина, мм
19…75
16…80
19…75
75…100
ширина, мм
75…275
75…300
75…260
75…300
Размеры загружаемых пакетов, м:
длина × ширина× высота
6,8×1,8×1,0
7×1,8×1,5
6,8× 2,05× 5,0
Размеры транспортных пакетов,
м:
длина
2,7…6,3
1,5…6,6
ширина
<1,25
0,5; 1,2; 1,3
высота
<1,25
0,5; 1,2; 1,3
Число накопителей, шт.
23
4
45
36
Пропускная способность,
18…25
10…40
32; 48; 63
30; 90
шт/мин
Численность обслуживающего
персонала, чел
9
10
Установленная мощность, кВТ
180
480
Габаритные размеры, м:
45× 10×
45,3×26,3×7, 64,5×2,0×8, 106,0×11,0×9,
длина × ширина× высота
2,8
1
0
0
Производительность
ТСЛ,
СПЛ
рассчитывают
по
методу
последовательного наращивания факторов [5]:
А с.п.л.= f( Sg, Vп , Ws),
(10.1)
где Sg–площадь поперечного сечения доски, м²; Vп - средний объем
формируемого пакета, м³;
Ws - объем партии запуска Sg- го сечения, м³.
251
10.3. Устройства для автоматической оценки
качества пиломатериалов по жесткости
В рассмотренных сортировочных устройствах качество пиломатериалов
оценивается трудоемким визуальным способом, при котором погрешность
оценки приводит к значительным потерям древесины при раскрое.
В России и за рубежом применяются автоматизированные методы оценки
качества пиломатериалов.
Наиболее
широко
используется
оценка
конструкционных пиломатериалов механическим методом, который основан на
взаимосвязи между пределом прочности и методом упругости пиломатериала
при изгибе в диапазоне упругих деформаций. Модуль упругости по длине
доски Е, кг/м2, оценивают по прогибу при постоянной нагрузке на заданном
пролете, либо по реакции доски на изгиб при постоянном прогибе:
Рl п3
9Рl п4
Е
,
4вh 3 у 16 3l 2а вh 3 у
(10.2)
п
где Р – сила реакции доски на изгиб, кг; lп – длина нагружаемого пролета, м;
вh – ширина и толщина пиломатериалов, м; у – прогиб, м; а - расстояние между
крайними опорными вальцами, м.
Реализация механического метода осуществляется на машинах, для
автоматической сортировки пиломатериалов по жесткости, которые начали
внедряться с 1963г в США, с 1968г в Великобритании, а позднее в Германии,
Финляндии, Швеции и других странах. Сортировка пиломатериалов по их
жесткости осуществляется на ряде лесоэкспортных предприятий России на
линиях зарубежного производства [6]. Так, на Цикломенском ЛДК установлена
английская сортировочная линия, которая включают машину Computermatic
фирмы Pbssey (Австрия). Машина регистрирует естественный прогиб доски по
пласти и прогиб под нагрузкой (до 22250 Н) при расстоянии между опорами
914,6 мм и вычисляет значения последнего через 152 мм длины доски.
Полученные данные сравниваются со стандартной величиной прогиба. По
результатам сравнения назначается сорт, маркируется каждый участок доски
длиной 152 мм и затем вся доска. Сорт доски определяется по самому слабому
участку. На машине можно сортировать строганые, нестроганые и клееные
пиломатериалы шириной 50,8…304,8 мм, толщиной 25,4…76,2 мм,
минимальной длиной 2000мм при скорости подачи 0,4…2,5 м/с.
252
10.4. Требования к формированию
транспортных пакетов
Транспортный пакет, согласно ГОСТ 21391-84, – это укрупненная
грузовая единица, сформированная из штучных грузов с применением
различных способов и средств пакетирования, сохраняющая форму в процессе
обращения и обеспечивающая возможность комплексной механизации
погрузочно-разгрузочных
операций.
Требования
к
пакетированию
пиломатериалов устанавливает ГОСТ 19041-85Е «Транспортные пакеты и
блок-пакеты пилопродукции. Пакетирование, маркировка, транспортирование
и хранение». Обапол для крепления горных выработок изготовляется и
пакетируется по ГОСТ 5780-77 «Лесоматериалы, размеры транспортных
пакетов».
Максимальные
размеры
поперечного
сечения
пакетов
пиломатериалов, поставляемых на экспорт: ширина 1100 мм, высота 1100 мм.
Для перевозок внутри страны применяют пакеты шириной 1250 мм и высотой
1200 мм.
Транспортные пакеты должны иметь прямоугольное сечение, один или
два выровненных торца (рис. 10.5).
Рис. 10.5. Типы транспортных пакетов:
а, б, д - с двумя или одним выравненными торцами; в, г- с уступчатым торцом; 1- ряд; 2стопа; 3- прокладки; 4- обвязки; 5- ярлык; 6- обертка; 7- марка
253
В транспортные пакеты укладывают пиломатериалы и заготовки одной или
нескольких ширин, одной или нескольких пород в соответствии с
требованиями инструкций по эксплуатации сортировочно-пакетирующих
линий, стандартов и договоров, согласно которым выпускается и отгружается
данная продукция. В пакет укладывают пиломатериалы и заготовки не более
четырех смежных длин. Допускается укладывать пилопродукцию всех и
разных длин при стыковании досок или заготовок по длине пакета. При этом в
крайние стопы и два-три верхних и нижних ряда этой продукции укладывают
пиломатериалы и заготовки максимальной длины, равной длине пакета.
10.5. Упаковывание пиломатериалов
10.5.1. Обвязочные средства
На качество пиломатериалов при хранении и транспортировании
отрицательное воздействие оказывают климатические условия и механические
нагрузки. Относительная влажность свыше 75 %, температура 20…30 0С и
органическая пыль способствуют развитию на пиломатериалах плесневых и
деревоокрашивающих грибов. Солнечные лучи изменяют окраску
пиломатериалов, вызывают потемнение или обесцвечивание в зависимости от
породы. Значительно портит внешний вид и понижает качество
пиломатериалов загрязнение воздуха продуктами органического и
неорганического происхождения в виде пыли, тумана, газообразных веществ.
Так, в Скандинавских странах по причинам обесцвечивания, загрязнения и
увлажнения досок за время между их производством и потреблением снижается
сортность около 5 % всех вырабатываемых пиломатериалов. Механические
повреждения пиломатериалов (смятие кромок и др.) возникают вследствие
колебания грузов в транспортных средствах, небрежного его закрепления,
сдвигов во время транспортирования и т.п.
Средством защиты пиломатериалов от вышеназванных факторов является
упаковка транспортных пакетов.
Упаковыванием называется процесс подготовки продукции к
транспортированию, хранению, реализации и потреблению с применением
упаковки.
254
Упаковка – это комплекс средств, обеспечивающих защиту продукции от
повреждений и потерь. К этому комплексу относятся обвязки (скрепляющие
средства пакетирования полужесткой или гибкой конструкции) и обертки –
упаковочные элементы, обеспечивающие защиту пиломатериалов в пакете от
вредного атмосферного воздействия и загрязнения.
Для формирования транспортных пакетов пиломатериалов применяются
многооборотные и одноразовые средства пакетирования. К многооборотным
средствам относятся пакетирующие стропы ПС-01 и ПС-02 для
пиломатериалов и ПС-04 для обапола (ГОСТ 14110-80). К одноразовым
скрепляющим обвязкам пакетов относятся стальная лента и проволока. Лента,
как обвязочный материал, имеет значительные преимущества: она меньше
повреждает пиломатериалы на ребрах пакета и более пригодна для
механизации процесса обвязывания. Обвязка пакетов стальной лентой широко
применяется в международной торговле.
Упаковочная лента в нашей стране производится согласно ГОСТ 3560-73
«Лента
стальная
упаковочная».
Выпускается
холоднокатанная
низкоуглеродистая лента шириной 20 мм и толщиной 0,5 и 0,7 мм с временным
сопротивлением разрыву не менее 600 Н/мм2 и относительным удлинением
7 %.
В качестве обвязки для пакетированных грузов применяют также
неметаллическую упаковочную ленту из полипропилена, полиэстера, вискозы и
других синтетических материалов с временным сопротивлением разрыву
280…420 Н/мм² и относительным удлинением 12…24 %.
Технологический процесс упаковывания обвязками одноразового
использования состоит из обводки ленты или проволоки вокруг пакета по
периметру его поперечного сечения, натяжения, скрепления концов обвязки,
обрезки ленты (проволоки) и установки пакета или обвязочного механизма в
исходное для выполнения следующей обвязки положения.
Если в производственном процессе лесопильного предприятия укладка
пиломатериалов в транспортные пакеты производится централизованно на
пакетоформирующих машинах, то и обвязывание пакетов осуществляется, как
правило, также централизованно на стационарной упаковочной установке, к
которой пакеты подают конвейером.
255
При обвязывании пакетов пиломатериалов стальной термически
необработанной проволокой диаметром 4 мм скрепление концов обвязки, как
правило, осуществляется пятивитковой скруткой длиной 150 мм.
Обвязки из стальной ленты замыкаются или при помощи пломбы, или
непосредственно соединением сложенных внахлест концов ленты точечной
электросваркой или фигурными вырезами.
10.5.2. Уплотнение пакетов
Перед обвязкой пакеты уплотняют. Предварительное вертикальное и
боковое сжатие повышает продольную и поперечную жесткость пакета и
гарантирует устойчивость его воздействию внешних нагрузок.
Усилие вертикального уплотнения транспортного пакета, направленное
на ликвидацию продольной покоробленности досок, определяется по формуле
Qв = q Sп ,
(10.3)
где Qв - усилие вертикального уплотнения, Н; Sп - площадь поверхности пакета,
см2 ; q - равномернораспределенное по поверхности доски усилие уплотнения,
МПа, вычисляемое по зависимости
q = 17,7 105 Wмах h 3 / ℓд4 ,
(10.4)
где Wмах - максимальный прогиб доски в центре, см ; h - толщина доски, см
; ℓд - длина доски, см.
По исследованиям ЦНИИМОДа для ликвидации продольной
покоробленности досок в транспортном пакете шириной 1,35 м необходимо
уплотнение его в вертикальном направлении усилием 110 кН. При ширине
пакета 1 м это усилие может быть уменьшено до 80 кН.
Усилие бокового уплотнения пакета, направленное на ликвидацию
зазоров между досками, определяется по формуле
Q Б = ( G + 2kу Qв ) f,
(10.5)
где QБ - усилие бокового уплотнения, Н ; G - масса пакета, кг; f- коэффициент
трения при перемещении пиломатериалов; kу - коэффициент, учитывающий
влияние вертикального уплотнения на боковое.
Масса пакета равна
G = l д Bп Hп ,
(10.6)
256
где Bп и Hп - размеры поперечного сечения пакета, см; - плотность древесины,
кг / см3.
10.5.3. Оберточные материалы
В практике для упаковывания пиломатериалов предпочтительно
применяют оберточный материал на бумажной основе, состоящий из двух
слоев небеленой крафт-бумаги на битумном связующем с арматурой из
синтетической сетки или нитей, иногда покрытый полиэтиленовым ламинатом.
Барьерные свойства битума определяют способность упаковочного материала
препятствовать пропусканию водяных паров. Обычно гарантируется
паропроводность 1…5 г/м2 за 24 ч. Внешний слой упаковочной бумаги с целью
большего противостояния осадочной влаге покрывают тонким слоем
полиэтилена. Внутренний слой бумаги не пропитывают, чтобы он мог
впитывать конденсирующуюся на внутренней поверхности обертки влагу.
Такая водонепроницаемая бумага выпускается в Финляндии под маркой
«Тимврап» и «Висаврап - Т», в Швеции под маркой «Тетнет», в США под
маркой «Форест-Врап» и «Ламбер-Гард».
Вид упаковывания и тип обертки пакетов определяется стоимостью,
степенью обработки и качеством пилопродукции, а также условиями хранения
и транспортировки до конечного грузополучателя. В практике применяются
одно-, трех- и пятисторонние обертки и множество конструктивных типов и
вариантов их исполнения. Пятисторонняя обертка оставляет непокрытой лишь
нижнюю поверхность пакета, трехсторонняя – закрывает верхнюю и торцовые
поверхности, односторонняя обертка является как бы крышей пакета.
Пятисторонняя обертка представляет собой чехол заводского
изготовления. Чехлы применяют главным образом для упаковки деревянных
заготовок, то есть высушенных, строганых пиломатериалов определенной
длины относительной влажностью 12…16 %.
В Финляндии чехлами защищают около 15 % всей товарной
пилопродукции, отгружаемой в упакованном виде. В нашей стране основным
видом упаковки пиломатериалов являются обертки из рулонных материалов на
бумажной основе, которые формируются непосредственно на пакетах.
257
Средний расход оберточного материала на упаковку 1 м3 пиломатериалов
составляет при пятисторонней обертке 4,4; трехсторонней - 2,2; односторонней
- 1,6 м2.
В настоящее время при отгрузке пиломатериалов морским транспортом
применяется односторонний тип обертки с прокладкой водонепроницаемой
бумаги под верхний ряд досок в пакете. Ежегодно в такой упаковке
отгружается 4…5 млн м3 экспортных пиломатериалов.
При поставке сухих пиломатериалов по железной дороге в
Новороссийский и Санкт-Петербургский лесные порты практикуется
пятистороннее обертывание пакетов водонепроницаемой бумагой.
Пиломатериалы в обернутых пакетах могут храниться на открытых
складах в штабелях в течение 8…12 месяцев.
10.5.4. Оборудование для упаковывания
пиломатериалов
Упаковывание пакетов пиломатериалов на отечественных лесопильнодеревообрабатывающих предприятиях осуществляется линии ЛУ-740. Она
состоит из пресса для уплотнения пакетов перед обвязкой, подавателя ленты,
размотчика водонепроницаемой бумаги и роликовых конвейеров (рис. 10.6).
Линия размещается за сортировочно-пакетирующей машиной или на участке
ручного
формирования
транспортных
пакетов
пиломатериалов
и
обслуживается двумя рабочими. Процесс упаковывания осуществляется
следующим образом. Роликовый конвейер, управляемый с пульта линии,
подает пакет пиломатериалов в зону выполнения упаковки. Когда пакет
проходит сквозь П-образную раму размотчика бумаги, включается привод
размотчика и водонепроницаемая бумага с рулона, расположенного над
пакетом, ложится на пакет. Отрезка полотнища бумаги необходимой длины для
обертывания пакета производится вручную или механически. Обертывание
пакета водонепроницаемой бумагой выполняется вручную двумя рабочимиупаковщиками. Далее пакет подается роликовым конвейером в пресс для
уплотнения перед обвязкой. Сначала пакет сжимается в вертикальном
направлении усилием до 10 кН, затем в горизонтальном направлении усилием
до 100 кН, после чего осуществляется вторая ступень вертикального сжатия
258
пакета на полную величину уплотняющего усилия. Весь процесс уплотнения
пакета выполняется автоматически. Стальная упаковочная лента из рулона,
находящегося в кассете, обводится вокруг пакета с помощью подавателя У-216,
закрепленного на станине пресса. Обвязка пакета производится оператором
линии с помощью ручной упаковочной машины любого типа, когда пакет
находится в прессе. После выполнения операции обвязки, сжимающие пакет
балки пресса, отходят в исходное положение, а пакет устанавливается
конвейером в позицию для производства следующей обвязки.
Рис. 10.6. Линия упаковывания пакетов пиломатериалов ЛУ-740:1,4- роликовые
конвейеры; 2- подаватель ленты; 3- пресс для уплотнения пакетов; 5- размотчик рулона
бумаги
На линии ЛУ-740 можно в час упаковать до 12 пакетов шириной 1200 мм,
высотой 1200 мм и длиной 1800…6600 мм.
За рубежом (США, Швеция и др.) разработаны автоматические линии
упаковывания пакетов пиломатериалов пятисторонней оберткой водонепроницаемой пленкой [6].
10.5.5. Маркировка упакованной пилопродукции
Упакованные пакеты, подготовленные к отгрузке, маркируются в
соответствии с ГОСТ 19041-85Е. На большинстве отечественных предприятий
маркирование пакетов экспортных пиломатериалов осуществляется краской с
помощью резиновых штемпелей или специальных шаблонов, состоящих из
кассеты и сменных трафаретов.
В Финляндии на упаковочных линиях для маркировки пакета
пиломатериалов используется автоматическая установка фирмы «Rauma-
259
Repola». Маркировка наносится красной на две боковые поверхности пакета с
помощью двух малярных роботов-распылителей, управляемых ЭВМ.
Длительность цикла маркирования 50 с.
Маркировка включает марку-символ поставщика продукции, породу
древесины, количество пиломатериалов, их размеры, номер пакета и его массу.
10.6. Хранение пакетированных пиломатериалов
Хранение товарной пилопродукции производится в закрытых
механизированных складах. Наибольшее распространение получили склады с
железобетонным каркасом с кровлей и стенами из асбоцементных плит. Такие
склады большой вместимости построены на многих отечественных
лесопильных предприятиях и оснащены двумя мостовыми кранами. Размещать
пиломатериалы в закрытом складе следует так, чтобы в него вмещалось
наибольшее количество пиломатериалов при условии сохранения их качества.
Исследованиями ЦНИИМОДа показано, что наиболее рационально
хранить пакетированные пиломатериалы, сгруппированные по сорторазмерным
группам без подразделения по длине пакетов. Штабеля на складе разделяют на
ячейки, каждую из которых заполняют пакетами пиломатериалов одного
сорторазмера на полную высоту независимо от других ячеек. Объем
пиломатериалов
в
одной
ячейке
в
соответствии
со
сменной
производительностью или более современного сортировочно-пакетирующего
оборудования может быть принят равным 200…250 м3/смену, или 50…60
пакетам.
Вариант рациональной планировки пакетных штабелей пиломатериалов
на складе приведены на рис. 10.7. Коэффициент заполнения пиломатериалами
объема складирования равняется 0,40…0,41 при максимальной вместимости
склада 23 тыс.м3 пакетированных пиломатериалов.
Эффективен также способ, при котором в закрытых складах пакеты в
штабель укладываются крестообразно. Краской на полу наносится план
размещения штабелей. Длина штабеля равна ширине склада, а ширина максимальной длине пакетов пиломатериалов. Первый слой пакетов
формируется по всей длине штабеля вразбежку, причем короткие пакеты
стыкуются. Затем укладываются прокладки и формируется следующий слой
260
штабеля поперек первого слоя. Пакеты по длине штабеля стыкуются. Высота
складирования – 8 ярусов. Вместимость склада по сравнению с обычным
способом складирования увеличивается на 20 %.
Рис. 10.7. Размещение штабелей пиломатериалов в закрытом складе
Наряду с закрытыми складами используют навесы, состоящие из
двухскатной крыши, опирающейся на несколько рядов деревянных, кирпичных,
бетонных или металлических столбов. Материал кровли – доски,
гофрированное железо, асбоцементные плиты и др. Наиболее экономичными
являются навесы железобетонной конструкции с покрытием из асбоцементных
листов. Ширина их обычно не менее 10 м. Площадь, занимаемая навесами по
соображениям пожарной безопасности не превышает 1200 м2 при постройке
навесов из сгораемых материалов и 2000 м2 при постройке из полусгораемых и
несгораемых материалов.
Навесы применяют при объемах хранения пиломатериалов 3…5 тыс.м3.
Во избежание увлажнения пиломатериалов под навесом торцовые поверхности
навесов имеют шиферные стены, а боковые – закрываются брезентовыми
покрывалами, которые устанавливают и снимают автопогрузчиками.
Пиломатериалы в пакетах, оснащенных водонепроницаемой оберткой
хранят на открытых складах в штабелях. В штабель укладывают пакеты,
сформированные из пиломатериалов одного сорта, сечения и породы
древесины.
Если для конкретного предприятия известен график отгрузки
пиломатериалов со склада и график поступления сухих пакетированных
пиломатериалов на склад, объемы хранения на любой период времени Qxp( )
можно рассчитать по формуле
Qxp(τ)=Qп(τ)-Qсб(τ)+V,
(10.7)
где Qп(τ) и Qсб(τ) объемы поступления и отгрузки пиломатериалов со склада за
время t; V – запас пиломатериалов на начало отсчета (τ=0).
261
Контрольные вопросы
1. Назовите операции обработки сухих пиломатериалов и их необходимость
перед отправкой продукции потребителю.
2. Расскажите о технологической структуре ТМУ, СПУ, СПЛ. Приведите
принципиальные схемы их устройства.
3. В чем заключаются преимущества сортировки пиломатериалов по жесткости
по сравнению с другими способами сортировки? Приведите пример
принципиального устройства оборудования для проведения этой операции.
4. Что представляет собой транспортный пакет товарных пиломатериалов?
Какие предъявляются к нему требования?
5. Приведите последовательность технологических операций и их назначение
при упаковке транспортных пакетов. Применяемое здесь оборудования.
6. В чем заключаются условия хранения транспортных пакетов?
Глава 11
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАСКРОЯ
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА ЗАГОТОВКИ
11.1. Классификация процессов раскроя
пиломатериалов на заготовки
Состав и структура технологического процесса раскроя пиломатериалов
определяются соотношением размеров и качества распиливаемых
лесоматериалов и планируемых к выпиловке заготовок. Возможны следующие
варианты:
1. Сформированное при раскрое бревен поперечное сечение и качество
пиломатериалов соответствует сечению и качеству заготовок. В этом случае
для получения заготовок достаточно предусмотреть лишь деление
пиломатериалов по длине. При качественном несоответствии потребуется
дополнительные торцовые резы для вырезки пороков и дефектов.
2. Поперечное сечение пиломатериалов кратно сечению заготовок. В этом
случае, кроме торцовки необходим продольный раскрой пиломатериалов по
ширине, а возможно, и по толщине.
262
3. Поперечное сечение пиломатериалов не совпадает и не кратно сечению
заготовок. Как и во втором случае, здесь требуется поперечный и продольный
раскрой. При этом образуются некоторые остатки по ширине и толщине. После
дополнительного раскроя их следует использовать на заготовки меньшего
сечения или склеивать.
Первый и второй случаи возможны при раскрое обрезных
пиломатериалов, а третий — при раскрое как обрезных, так и необрезных.
Некратные отрезки по длине образуются во всех трех случаях. Их
используют для склеивания, что повышает выход заготовок. Чем ниже качество
рассматриваемых пиломатериалов, тем выше удельный вес коротких заготовок.
Эффективна выпиловка из одной доски заготовок разных размеров.
Продольный раскрой кратных по сечению пиломатериалов может
выполняться за один или несколько проходов на одном станке либо
последовательно на разных станках. Также организуют и торцовку. Место
вырезки пороков определяется их рассредоточением по пласти доски.
Удаляются пороки при торцовке досок и отрезков и при продольном раскрое
отрезков.
Чтобы лучше выявить пороки, перед раскроем пиломатериалы фрезеруют
по пласти или калибруют. С этой же целью применяют разметку, которая
особенно эффективна при раскрое низкосортных пиломатериалов. В
обобщенной структуре операций раскроя пиломатериалов представлено шесть
основных вариантов, реализуемых на лесопильных, предприятиях (рис.11.1).
При
сравнительно
больших
объемах
производства
раскрой
пиломатериалов осуществляют в лесопильном цехе, что особенно эффективно
при формировании сечений заготовок на бревнопильных станках. Вместе с тем
такая организация процесса предусматривает раскрой сырых пиломатериалов и
сушку заготовок, что может снизить их качество. В специализированных цехах
раскраивают сухие пиломатериалы. Это обеспечивает лучшее качество
заготовок.
263
Раскрой
пиломатериалов
Разметка
Продольнопоперечный
Продольно–
поперечно–
продольный
Разметка
Поперечнопродольный
Поперечно–
продольно–
поперечный
Продольнопоперечный
Продольнопоперечный
Поперечно продольный
Предварительное
строгание, калибрование
Поперечный
Поперечнопродольный
Поперечный
Рис. 11.1. Варианты раскроя пиломатериалов на заготовки
Раскрой пиломатериалов непосредственно на лесопильных предприятиях
способствует улучшению использования древесины, концентрации отходов с
последующим их применением в качестве вторичного сырья, сокращению
объема заготовок пиловочного сырья.
11.2. Структура потоков раскроя
пиломатериалов на заготовки
На рис. 11.2 представлена структурная схема поперечно-продольного
раскроя пиломатериалов на заготовки. Роликовым конвейером доски передают
на подъемник 1, который, кроме подъема, выполняет функции накопления.
Цепным конвейером 2 доски поступают на роликовые столы торцовочного
станка 3, где их торцуют на длину заготовок. На прирезном станке 4 отрезки
досок распиливают вдоль. Вырезка пороков осуществляется на торцовочном и
однопильном прирезном станках. На конвейере 6 проводят сортировку
заготовок. Схема допускает продольно-поперечно-продольный раскрой по
толщине заготовок с использованием ребрового станка 5.
264
Рис. 11.2. Структурная схема поперечно-продольного раскроя пиломатериалов на
заготовки: 1, 1` – подъемник с пакетом досок; 2 – подающие устройства; 3 – станок для
торцевания; 4 – прирезной многопильный станок; 5 – ребровый делительный станок; 6 –
сортировочный конвейер
На рис. 11.3 представлена схема продольно-поперечного раскроя
пиломатериалов, допускающая последовательный продольный раскрой по
толщине на ребровом станке 4 и по ширине на прирезном станке 5.
Обязательной операцией перед раскроем является калибрование досок.
Рис. 11.3. Структурная схема продольно- поперечного раскроя пиломатериалов на
заготовки: 1 – подъемник с пакетом досок; 2 – подающие устройства; 3 – станок для
калибрования; 4 – ребровый делительный станок; 5 – прирезной многопильный станок; 6 –
торцовочные станки; 7 – сортировочный конвейер
Поперечно-продольно-поперечный раскрой пиломатериалов представлен
на рис. 11.4. На станке 4 доски торцуют на кратные по длине заготовок отрезки.
Окончательную торцовку выполняют на торцовочных станках 7.
Выбор схемы раскроя пиломатериалов предопределяется видом и
размерами раскраиваемых досок. Так, необрезанные доски раскраивают по
продольно-поперечной схеме. На первой операции получают кратные по длине
265
и ширине отрезки. Сформированные кромки служат необходимой
технологической базой при торцовке. Вырезку пороков также осуществляют на
торцовочных станках. Длина реза при торцовке в этом случае значительно
меньше ширины доски, в связи с чем уменьшается размер вырезок с пороками и
выход заготовок возрастает. По этой причине раскрой обрезных, особенно
низкокачественных, досок по продольно-поперечной схеме также более
эффективен.
Рис. 11.4. Структурная схема поперечно- продольно-поперечного раскроя
пиломатериалов на заготовки: 1 – подающий роликовый конвейер; 2 – подъемник; 3 –
подающее устройств; 4, 7 – торцовочные станки; 5 – прирезной станок; 6 – поперечный
цепной конвейер; 8 – конвейер для заготовок; 9 – сортировочный стол
Принимая выход заготовок по поперечно-продольной схеме за 100 %,
другие схемы раскроя дают следующие результаты: продольно-поперечный
раскрой – 103 %, продольно-поперечный раскрой с разметкой – 109 %, раскрой
с предварительным фрезерованием и разметкой – 113 %. Применение
фрезерования и разметки досок повышает стоимость раскроя. Однако
дополнительные затраты, особенно при раскрое твердых лиственных пород
перекрываются экономией древесины и повышением качества заготовок.
Ребровая распиловка сухих досок уменьшает отходы древесины в опилки,
облегчает поставы при распиловке бревен. Это достигается вследствие более
узкого пропила (1,5…2,6 мм), осуществляемого круглыми коническими и
ленточными пилами. Уменьшаются и припуски на усушку. Для тонких
пиломатериалов они относительно больше, чем для толстых.
Поперечно-продольный раскрой досок требует меньших расстояний
между станками, сокращает транспортные операции и общую площадь цеха. По
этой схеме раскраивают обрезные, кратные заготовкам по ширине,
пиломатериалы.
266
При выборе схемы раскроя пиломатериалов необходимо одновременно
планировать использование немерных отрезков, объем которых находится в
непосредственной связи с качеством пиломатериалов, размерами заготовок.
Если размеры заготовок значительны, а качество пиломатериалов низкое, то
эффективным окажется склеивание всех полученных при раскрое отрезков.
В производстве пиленых заготовок применяют станки для
предварительного фрезерования, поперечной и продольной распиловки.
Предварительное фрезерование выполняют на рейсмусных станках СР6-3, СР67, СР-8, С2Р8-2. Для калибрования используют рейсмусные и
четырехсторонние продольно-фрезерные станки Поперечный раскрой
пиломатериалов осуществляют на станках ЦПА-40, ЦМЭ-3К, ЦТМ-20, ТСП2М и др. Для продольного раскроя пиломатериалов по ширине применяют
станки ЦА2А-1, Ц8-Д80М, Ц5-Д8, ЦДК-5-4, ЦМР-4М и др. Ребровую
распиловку выполняют на круглопильных станках ЦД-150М, ЦР - 300,
ленточнопильных станках ЛД-125 и др. Заделка сучков производится на
сучкозаделочных станках модели СвА и др.
Станки объединяют в поточные линии, в которых может быть
осуществлена гибкая и жесткая связь. В современных раскройнозаготовительных цехах внедряются роботизированные потоки с лазерной
резкой сухих пиломатериалов (рис. 11.5). Здесь системы технологического
зрения 2, 4, 14, сканируя движущийся пиломатериал, получают информацию о
его форме и состоянии. Подвижная система 13 обрабатывает изображение
образцов текстуры доски. Данные, получаемые от всех видеосистем, хранятся и
обрабатываются ЭВМ. Затем каждая доска поступает в механизм лазерной
резки 12. Лазер перемещается вдоль и поперек доски и фиксируется с помощью
робототехнической системы. На основе обработки данных, описывающих
пороки, ЭВМ, управляющая процессом обработки, предлагает оптимальную
схему резки, которая и выполняется лазером. Заготовки, прошедшие обрезку,
перемещаются к роботу, который, используя данные, полученные на
предыдущем этапе, перегружает заготовки в контейнеры или на конвейеры.
Заготовки сортируются по размерам и качественным параметрам. Рабочая зона
сортировочного робота составляет 4…5 м.
267
Рис. 11.5. Схема роботизированной системы раскроя пиломатериалов с
использованием лазера: 1 – место загрузки пиломатериала; 2, 4, 13 – анализирующие
системы; 3 – микроЭВМ; 5 – конвейер; 6 – место выгрузки заготовок; 7 – механизм
стопорения; 8 – работ; 9 – контейнеры для заготовок; 10 – ЭВМ, управляющая процессом
обработки; 11 – регулируемый упор; 12 – система лазерной резки
11.3. Технологические процессы производства
клееных заготовок
Брусковые и щитовые клееные заготовки получили широкое
распространение в производстве мебели, столярно-строительных изделий, в
вагоно-, авто-, сельхозмашиностроении и других отраслях промышленности.
Это объясняется их высокой прочностью и формоустойчивостью,
возможностью
механизации
процессов
производства,
применения
синтетических клеев и специального оборудования. Для их выработки
используют короткомерные обрезные и необрезные пиломатериалы. Используя
тонкие и узкие пиломатериалы путем склеивания по длине, ширине и толщине,
получают широкие и толстые заготовки более высокого качества. Применение
клееных заготовок позволяет сохранить расход высокосортных пиломатериалов
в ряде материалоемких изделий.
Наиболее широко распространено склеивание кусковых отрезков
пиломатериалов по длине. Для их соединения применяют зубчатое клеевое
соединение (рис. 11.6). Оно получается прочным за счет большой поверхности
склеивания, а также плотным вследствии клиновой формы шипов.
268
а)
б)
в)
Рис. 11.6. Горизонтальное (а,б) и вертикальное (в) зубчатое клеевое соединение:
l- длина шипа; t - шаг соединения; b - затупление шипа; S – зазор в стыке
Размеры зубчатых соединений регламентированы
90.Основные параметры этих соединений приведены ниже:
Параметры
Длина шипа L, мм
Шаг шипа t, мм
Затупление шипа b, мм
Зазор в стыке S, мм
Максимальное торцовое давление, МПа
Относительная прочность при изгибе, %
Уклон шипа i
Угол скоса α, град
ГОСТ
19414-
Значение параметров
10
5
3,8
1,6
0,5
0,2
Не более 5 % длины шипа
12
13
65
65
Шипы формируют, как правило, фрезерованием. Шероховатость
поверхности шипов должна соответствовать R m max 60…200 мкм, точность –
12…14 квалитету.
Прочность зубчатого клеевого соединения зависит от степени затупления
шипов, их длины и давления, используемого при склеивании. Увеличение
длины шипов облегчает сборку соединения и при небольшом усилии
прессования дает высокую прочность, однако приводит к увеличению потерь
древесины. Наиболее часто применяют мини-шипы (5…10 мм). Прочность
соединения при этом уменьшается незначительно.
Размеры клееных заготовок определяют с учетом формы и размеров
деталей в изделиях, технологии их обработки и требований к шероховатости
поверхности. Учитывая возможные сдвиги слоев при склеивании заготовок,
припуски на последующую обработку принимают по верхним пределам. Так
как при склеивании практически могут быть получены заготовки любых
размеров, их нужно изготовлять кратными по длине, что сократит расход
древесины при торцовке и последующей обработке.
269
Технология производства клееных заготовок из необрезных и обрезных
пиломатериалов 3-го и 4-го сортов предусматривает их раскрой по длине и
ширине с вырезкой дефектов, сушку, торцовку, сортировку по размерам и
склеивание. При необходимости вводится операция калибрования.
Переработка этих пиломатериалов на клееные заготовки рациональна,
если длины участков доски без существенных пороков ℓ будут больше или
равны участкам с пороками, требующими их удаления, ℓд. Выражение ℓ
L—
ℓд, где L — длина всей доски, должно обеспечивать благоприятные условия
для превращения низкосортных пиломатериалов в клееные заготовки.
Применение клееных заготовок позволяет сократить расход высокосортных
пиломатериалов в ряде материалоемких изделий.
В производстве клееных заготовок применяют станки для поперечного и
продольного раскроя, фрезерования, склеивания, а также транспортное
оборудование.
Для склеивания древесины используются карбамидоформальдегидные,
поливинилацетатные,
фенольные
и
резорциновые
клеи.
Карбамидоформальдегидные, поливинилацетатные клеи применяют для
склеивания заготовок, идущих для изготовления изделий, эксплуатируемых в
отапливаемых помещениях. Заготовки, предназначенные служить в любых
температурно-влажностных
условиях,
склеивают
фенольными
и
резорциновыми клеями. Клеевые соединения должны иметь прочность,
близкую к прочности склеиваемых пиломатериалов.
Из кусковых отходов вырабатывают также щиты путем их склеивания по
длине на зубчатый шип, а по ширине на кромку. Для этого применяют ваймы
или установки со сквозным продольным или поперечным проходом материала
[8].
Кусковые отходы можно склеивать и по толщине (на пласть) в брусковые
заготовки с одновременной стыковкой отрезков по длине. Такое склеивание
выполняют в ваймах и на гусеничных прессах непрерывного действия [8].
Пример потока по раскрою пиломатериалов на заготовки деревянных
домов с участками склеивания отрезков по длине и ширине приведен на рис.
11.7.
270
Рис. 11.7. Структурная схема участка раскроя со склеиванием по длине и ширине:
1 - лифт-подъемник; 2-светотеневой аппарат; 3-мини - ЭВМ; 4 - торцовочный станок;
5-сучкозаделочный автомат; 6-линия сращивания по длине; 7-прирезной станок; 8-линия
сращивания по ширине; 9 —пакетоукладчик УП —1
Пакет высушенных до влажности 15 % пиломатериалов поступает на
лифт-подъемник и далее поштучно на светотеневой аппарат 2, который
определяет размерно-качественную характеристику раскраиваемого сырья и
передает информацию в ЭВМ (3). Последняя определяет схему раскроя,
согласно которой происходит деление пиломатериалов на заготовки
оптимальных длин. Соответствующие спецификации заготовки поступают на
пакетоукладчик 9. Маломерные отрезки с дефектами отправляют на
сучкозаделочный автомат 5 и далее на линию сращивания 6 по длине.
Полученные длинномерные пиломатериалы торцуют на кондиционные
заготовки. В техническом потоке предусмотрено также сращивание
пиломатериалов по ширине (поз. 8).
На рис. 8.11 показан технологический процесс формирования секторных
панелей. Высушенные до влажности 8…12 % сектора, поступающие на
рельсовой этажерке 1, укладываются рабочими кромкой на поперечный
пластинчатый конвейер 2. Затем загрузочным конвейером 3 они подаются в
калибровочный станок 4, в котором плоскости секторов строгают (шлифуют)
для достижения шероховатости по показателю Rm max не более 300 мкм. Далее
сектора подаются в клеенаносящий станок. Здесь на пласти секторов наносится
клей, например, ―Клейберит 314.1‖ в количестве 100 г. на 1 м 2 . Сектора с
нанесенным клеем проходят открытую выдержку на конвейере 7 в течение
2…3 минут, затем их снимают вручную и укладывают в вайму 8, таким
образом, чтобы сердцевинная часть одного сектора совпала с периферийной
частью другого. Формируется клееный пакет требуемых размеров. Создается
давление в вайме. Время выдержки под давлением 1 МПа не менее 20 минут.
271
После этого давление сбрасывается. Клееный блок освобождается и с помощью
транспортной тележки 10 и тельфера 9 размещается в подстопных местах 11
для окончательного завершения процесса склеивания. Время технологической
выдержки составляет не менее 24 часов. Готовые клееные панели могут быть
подвергнуты распиловке на брусья, щиты, заготовки.
Рис. 11.8. Структурно-технологическая схема участка изготовления клееных
панелей:
1 – этажерка; 2 – поперечный конвейер; 3 – загрузочный конвейер; 4 – калибровочный
станок; 5 – клеенаносящие станки; 6 – разворотное устройство; 7 – ленточный конвейер; 8
– гидравлическая вайма; 9 – подвесной кран; 10 – траверсная тележка; 11 – место
технологической выдержки
Контрольные вопросы
1. Какие способы раскроя пиломатериалов на заготовки могут быть
реализованы в промышленности?
2. Приведите структурно-технологические схемы раскроя пиломатериалов на
заготовки известными способами.
3. Какими факторами определяется выбор той или иной схемы раскроя досок?
4. Какие станки и линии применяются при выработке заготовок из сырых и
сухих пиломатериалов?
5. Каким образом можно использовать немерные обрезки досок после их
раскроя на заготовки требуемой размерно–качественной характеристики?
6. Почему при продольном сращивании некондиционных обрезков
пиломатериалов наибольше распространение получили зубчатые шипы?
7. Каким образом формируются клееные щиты, брусья из некондиционных
обрезков, образующихся при раскрое досок на заготовки?
272
Глава 12
ПРОИЗВОДСТВО СТРОГАНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
12.1. Понятие строганных пиломатериалов
Строганые пиломатериалы представляют собой погонажные изделия,
сечение которых после продольного фрезерования хотя бы одной пласти
прямоугольное или фигурное (рис. 12.1).
Они находят широкое применение в строительстве,
вагоно-,
авто-,
сельхозмашиностроении.
Эта
продукция может быть как цельной, так и клееной по
длине,
что
позволяет
наилучшим
образом
использовать короткомерные и низкосортные
пиломатериалы.
Строганые
пиломатериалы
учитывают по размерам, которые они имели до
фрезерования.
Разница между номинальными и фактическими
размерами строганых пиломатериалов зависит от
толщины снимаемого слоя при фрезеровании,
Рис. 12.1. Основные профили которую называют припуском на механическую
строганных пиломатериалов:
обработку. Величина припусков (ГОСТ 7307-75)
а – плоский; б, в, г, д –
изменяется и зависит от породы, размеров
фигурный
сортиментов, требуемого качества фрезерования.
Производство
строганых
пиломатериалов
на
лесопильнодеревообрабатывающих предприятиях снижает трудозатраты и себестоимость
строганой продукции, концентрирует отходы.
12.2. Схемы процессов получения
строганых пиломатериалов
При обработке поставки сухих пиломатериалов высокого качества и
отсутствуют участки вырезки дефектных мест и сращивания схема
производства погонажных изделий выглядит сравнительно просто [11]:
273
В этой схеме для раскроя досок по толщине используют
ленточнопильные станки, дающие пропил не более 1,5 мм.
При поступлении короткомерных пиломатериалов (например, отказ от
экспорта), имеющих транспортную влажность (18…22 %) и досок низших
сортов. Схема производства погонажной продукции может быть представлена
следующим образом [11]:
Для вскрытия дефектов большой эффект дает предварительная строгание
одной или двух пластей досок, которая одновременно позволяет калибровать
материал по толщине и улучшает условия работы последующего оборудования.
Недопустимые дефекты выркзаются на торцовочных станках и автоматических
линиях торцовки. После этого заготовки случайной длины сращиваются в
непрерывную ленту, которая прирезается на нужные длины. Поскольку
склеивать приходиться древесину повышенной влажности, то особенное
внимание уделяют выбору подходящего клея (резорциновый или
модифицированный ПВА). Срощенные заготовки большой длины затем
укладываются в сушильный штабель и направляются в сушильную камеру, где
производится досушка до эксплуатационной влажности и полное отверждение
клея. Затем при необходимости выполняется продольный раскрой по толщине
на делительном ленточнопильном станке и профильное строгание на 4стороннем строгальном станке. В производстве клееных досок, например, для
274
пола используются пиломатериалы толщиной 44…50 мм и раскрой по толщине
не требуется. На заключительной стадии требуется оценка качества продукции
по внешнему виду, разделение ее по сортам и удаление брака. Здесь может
быть установлен торцовочный станок для вырезки дефектных мест и получения
продукции меньших длин.
12.3. Оборудование для продольного
строгания пиломатериалов
Строгание пиломатериалов выполняют на четырехсторонних продольнофрезерных станках. С16-42, С 25-6А и др. Сменная производительность станков
,ми , :
(12.1)
(12.2)
где
u – скорость подачи продольно-фрезерного станка, м/мин; Т –
продолжительность смены, мин; q – объем одного метра доски до
фрезерования,
;
- коэффициент использования рабочего времени;
коэффициент использования машинного времени.
Требуемая в зависимости от необходимой шероховатости фрезерованной
поверхности скорость подачи продольно-фрезерного станка u, м/мин,
определяется по формуле
,
(12.3)
где l – длина волны, 3…10 мм в зависимости от требуемой шероховатости;
частота вращения ножевого вала,
; z – число работающих ножей.
n–
Современные строгальные станоки имеют: частоту вращения шпинделей
- 6000…12000 оборотов в мин; быстрое и точное закрепление продольных
ножей в ножевой головке и надежное крепление самой головки на валу
шпинделя; увеличение числа шпинделей в станке до 6…10; цифровую
индексация всех установочных размеров; быструю переналадку станка на
новую продукцию, в том числе с использованием встроенной компьютерной
системы управления сервоприводом настройки режущего инструмента;
повышение качества обработки поверхности древесины до уровня
шлифованной поверхности; увеличение скорости подачи материала до 300
м/мин.
275
12.4. Качество строганой поверхности
При обработке вращающимся инструментом на поверхности древесины
неизбежно появляется волна, шаг которой
зависит от скорости подачи V,
числа оборотов шпинделя n и числа ножей в ножевой головке z:
SZ
V 1000
nz
(12.4)
Глубина волны строгания t зависит от диаметра окружности резания D:
t
S Z2
4D
(12.5)
В табл. 12.1 даны значения шага волны строгания и шероховатости
поверхности, рассчитанные по этим формулам.
Таблица 12.1
Параметры качества поверхности при числе оборотов шпинделей 6000 в мин.
и диаметре резания 125 мм.
Шероховатость, мкм, при числе
Скорость Шаг волны строгания, мм, при числе
ножей, шт.
ножей, шт.
подачи,
м/мин
1
2
4
6
1
2
4
6
12
2,00
1,00
0,50
0,33
8,00
2,00
0,50
0,22
20
3,33
1,67
0,83
0,56
22,22
5,56
1,39
0,62
30
5,00
2,50
1,25
0,83
50,00
12,50
3,13
1,39
40
6,67
3,33
1,67
1,11
88,89
22,22
5,56
2,47
60
10,00
5,00
2,50
1,67
200,00
50,00
12,50
5,56
80
13,33
6,67
3,33
2,22
355,56
88,89
22,22
9,88
100
16,67
8,33
4,17
2,78
555,56
138,89
34,74
15,43
120
20,00
10,00
5,00
3,33
800,00
200,00
50,00
22,22
Данные табл. 12.2 показывают, что при работе 4-мя ножами даже при
скорости подачи в 40 м/мин можно получить шероховатость не выше 0,005 мм.
Однако фактически в ножевой головке обычной конструкции нельзя добиться
абсолютно точного попадания всех режущих кромок на одну окружность и
потому волна формируется только одним ножом, который имеет наибольший
радиус резания. Поэтому для получения того же результата приходиться
снижать скорость подачи в 4 раза. Проблема решается с внедрением
гидрозажима ножевых головок и системы подзаточки ножей [11].
276
12.5. Дефекты обработки при фрезеровании
К ним относятся, прежде всего, низкое качество фрезерованной
поверхности. Непрофрезерование отдельных участков по длине и ширине
пиломатериала
вызывается
непрямолинейной
установкой
режущего
инструмента, неравномерным прижатием материала подающими вальцами и
прижимными роликами, отклонениями исходного сырья от правильной формы
и от номинальных размеров в меньшую сторону и глубокими рисками на
пиленой поверхности исходного материала.
Волнистость
вызывается неправильной
установкой
режущего
инструмента, износом подшипников ножевого вала, недостаточным
креплением суппортов ножевых головок. Мшистость, ворсистость, вырывы
волокон, сколы возникают при фрезеровании сырого материала и затуплении
режущего инструмента. Вырывы, выхваты, гребешки на фрезерованной
поверхности возникают из-за зазубрин на лезвиях ножей и затупленности
отдельных участков лезвий, загрязненностью столов, прижимных роликов или
вальцов смолой и стружкой. Ожоги поверхности или потемнение появляются
при остановке доски в станке и работающих ножах из-за буксования
подающего механизма и межторцовых разрывов при подаче материала.
Трещины в пиломатериалах возникают при неравномерном или
чрезмерном нажиме подающих вальцов и прижимных роликов на
обрабатываемый материал, а также при нарушениях режима сушки.
Отклонения пиломатериалов от установленных размеров и заданного профиля
возникают из-за неправильной установки режущего инструмента,
неправильного профиля ножей или фрез, неперпендикулярности осей
вертикальных валов к рабочей поверхности стола, непараллельности осей
горизонтальных валов заднему столу станка, при недостаточном прижиме
пиломатериалов к направляющей линейке.
Контрольные вопросы
1. Что представляют собой строганые пиломатериалы, где они применяются?
2. Какие операции выполняют в процессе подготовки пиломатериалов к
фрезерованию?
277
3. Какова должна быть влажность предназначенных для фрезерования
пиломатериалов?
4. На каком оборудовании производят фрезерование пиломатериалов?
5. Как определяют скорость подачи, требуемую в зависимости от
необходимой шероховатости фрезерованной поверхности?
6. Какие дефекты возникают при фрезеровании пиломатериалов, какими
причинами они вызываются?
Глава 13
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ЗАГОТОВОК
13.1. Контролируемые параметры
Производство пиломатериалов и заготовок сопровождается контролем
параметров технологического процесса, сырья и готовой продукции.
Контролируемыми технологическими параметрами являются: влажность
круглых лесоматериалов, температура воды в отепленном бассейне, время
оттаивания бревен, скорость подачи предметов труда в процессе их обработки,
угловые параметры режущих инструментов (резцов, пил, фрез, ножей), угол
наклона и натяжения рамных и ленточных пил, частота вращения ротора
окорочного станка, круглых пил и т. п., при камерной сушке пилопродукции
температура и влажность агента сушки, температура и концентрация растворов
антисептиков и др.
Контролируемыми параметрами хлыстов и бревен являются размеры
(диаметр и длина), объем, пороки формы и древесины, и пиломатериалов –
размеры, шероховатость поверхности, пороки древесины и обработки, физикомеханические показатели (плотность, влажность, предел прочности при изгибе
и т.п.). В транспортных пакетах пилопродукции контролируется усилие
натяжения обвязки. Размеры хлыстов и бревен определяют в соответствии с
ГОСТ 2708-75, размеры пиломатериалов и заготовок – по ГОСТ 6564-84.
Способы измерения пороков устанавливает ГОСТ 2140-81 и нормативнотехническая документация на сырье и продукцию. Методы определения
физико-механических показателей устанавливаются несколькими стандартами.
278
13.2. Средства измерения и регистрации
Средства измерения и контроля, применяемые при производстве
пиломатериалов и заготовок, по назначению можно разделить на средства для
измерения и регистрации параметров сырья, пилопродукции, технологического
процесса, режущего инструмента и оборудования.
При инструментальном способе измерений применяются средства
измерения общего назначения и специальные. Из средств общего назначения
используются микрометры, индикаторы часового типа, штангенциркули,
измерительные линейки, метры и рулетки, уровни, термометры и другие.
Специальные средства включают калибры, индикаторные глубиномеры,
приборы для измерения шероховатости, измерители влажности и приборы для
контроля качества подготовки режущего инструмента и настройки
оборудования.
Выбор измерительных средств определяется допустимой погрешностью
измерений. При контроле линейных размеров допустимая погрешность зависит
в основном от допуска на изготовление. Так, при измерении линейных
размеров пиломатериалов и заготовок величина допустимых погрешностей
измерений для свободных размеров устанавливается 20 % от допуска на
изготовление.
В лесопильных производствах, использующих информационные
технологии, применяются автоматизированные средства измерения и
регистрации размеров и пороков лесоматериала.
13.2.1. Автоматизированные средства регистрации
размеров лесоматериалов
Для автоматической регистрации размеров хлыстов и бревен в
лесопилении применяют измерительные системы, которые обеспечивают
необходимую технологическую совместимость измерительных средств, как с
ЭВМ, так и с основными производственными процессами. Полученная в
результате обмера информация используется при последующем оптимальном
раскрое бревна.
279
На рис. 13.1 показана схема автоматизированного измерительного
комплекса, предназначенного для обмера и учета круглых лесоматериалов
диаметром 12…50 см. Он состоит из несущих конструкций 1, четырех блоков
измерителя 2, и ПЭВМ 4. Перемещает бревно (хлыст) подающий конвейер 3.
Блок измерителя (рис. 13.2) состоит из гелий-неонового лазера 1, оптических
элементов в виде двух призм 2 и светоделительного кубика 3,
многоэлементного приемника 4 с объектовом 5. Лазер ЛГН-280, являющийся
осветителем, формирует пучок лучей, который благодаря оптическим
элементам падает на бревно 6. Рассеянный от объекта свет поступает через
объектив на фотоприемник. Каждый из четырех лазеров формирует по два
луча, поэтому можно измерить восемь точек поверхности бревна с точностью 1
мм. При движении бревна по конвейеру измерение осуществляется через
равные промежутки времени по всей его длине.
Рис. 13.1. Схема автоматического
измерительного комплекса
Рис. 13.2. Схема блока измерителя
Наличие координат точек нескольких поперечных сечений бревна вдоль
его образующей является существенной информацией для построения
математической модели бревна. Наиболее удобной для данной цели дискретноточечное задание каркасных элементов поверхности – поперечного сечения и
образующей. Получив информацию от блоков фотоприемников, ПЭВМ
рассчитывает координаты точек встречи лучей осветителя с бревном. Затем с
помощью соответствующих программ моделируется поперечное сечение и
определяется объем.
Для автоматического контроля размеров пилопродукции разработаны
датчики (измерители): контактные и бесконтактные, емкостные, индуктивные,
радиационные, фотоэлектрические, акустические и СВЧ [13].
280
13.2.2. Средства автоматизированной
оценки пороков древесины
Средства автоматизированной оценки пороков древесины базируются на
акустических, люминесцентных, радиационных, оптических и радиоволновых
методах [29].
Акустический метод основан на разности скоростей прохождения
ультразвуковых колебаний через здоровые и дефектные участки древесины.
Метод чувствителен также к направлению волокон и влажности древесины.
Недостатки: необходимость плотного контакта излучающего и приемного
датчиков колебаний с исследуемым материалом, зависимости скорости и
интенсивности регистрируемых ультразвуковых колебаний от структуры
древесины, ее влажности, температуры окружающей среды и других факторов.
Люминесцентный метод основан на том, что древесина и ее элементы
(ядро, заболонь, гнили, синева и т.д.) флюоресцируют в ультрафиолетовых
лучах. На изменения цвета древесины влияют также ее температура и
влажность. Недостатком метода является необходимость полного затемнения в
месте установки аппаратуры и сравнительно трудная автоматизация.
Метод радиационного контроля основан на степени поглощения лучей
различными участками древесины. Основными переменными факторами,
влияющими на степень поглощения лучей древесиной, являются толщина
бревен и пиломатериалов, их плотность и влажность. Внутренние пороки
древесины можно рассматривать с помощью осевого томографа, сочетающего
рентгеновское приспособление, компьютер и телевизионную электроннолучевую трубку.
Средства радиационного контроля получили распространение в ФРГ,
Финляндии, США и в других странах. В США для сортировки досок и брусьев
используют -лучи. Измеряют плотность древесины и ее сучковатость.
Основным показателем для сортировок пиломатериалов является различие
плотности между сучками и бессучковой древесиной.
Получает распространение радиоволновой метод контроля в диапазоне
электромагнитного спектра сверхвысокой частоты (СВЧ) с длиной волн от 1 до
1000 мм. Например, в финской машине для сортировок пиломатериалов
Finnograder (фирма Plan–Cell) микроволны применяют для обнаружения
сучков, измерения отклонения направления волокон и влагосодержания.
281
Диэлектрическая постоянная сучков приблизительно в два раза выше, чем
окружающей древесины. Обнаруживающее устройство дает сигнал
пропорционально размеру сучка.
Реализован в промышленности способ оценки сучков в пиломатериалах
с помощью ультракоротких радиоволн сантиметрового диапазона.
Пиломатериал (рис. 13.3) непрерывно движется между антеннами 5, 6,
соединенными через удвоители сигналов 10, 11, линию задержки 8 и
регулируемое сопротивление 9. Антенна 7 связана с источником питания и
генератором 2 пилообразных импульсов, служащим для моделирования
несущей частоты. Антенна 6 связана через диод 3 со сравнивающим
устройством 4. При наличии сучка в древесине на выходе сравнивающего
устройства появляется сигнал рассогласования, который может быть
использован, например, для включения маркирующего устройства.
Рис. 13.3. Схема установки для оценки
сучков в пиломатериалах с помощью
ультракоротких радиоволн: 1 – источник
питания; 2 – генератор; 3 – диод; 4 –
сравнительное устройство; 5, 6 – антенны; 7 –
пиломатериал; 8 – линия задержки; 9 –
регулируемое сопротивление; 10, 11 –
удвоители сигналов
Физической основой оптических методов оценки качества древесины
является взаимодействие излучения с объектом контроля, связанное с
поглощением, отражением, рассеиванием, дисперсией, поляризацией излучения
и
другими
оптическими
эффектами.
Например,
фотоэлектронная
дефектоскопия древесины, основанная на том, что большинство пороков
древесины вызывает изменение ее окраски, может быть применена для
определения пороков, выходящих на поверхность.
В
последние
годы
в
промышленность
стали
внедряться
электрооптические средства контроля качества древесины на основе
источников лазерного излучения. В отличие от обычных источников света
лазерный луч имеет высокую когерентность, ионохроматичность и отличается
малой расходимостью, что позволяет эффективнее выявлять пороки древесины.
На рис. 13.4 представлена схема лазерного устройства для обнаружения
282
пороков древесины. Оно состоит из лазерного сканирующего механизма и
миникомпьютера. Сканирующий механизм представляет собой гелий-неоновую
двухстороннюю лазерную установку мощностью 3 мВт, последовательно
освещающую обе стороны доски при прохождении ее через туннель. Лазерный
луч проходит через оптическую систему и попадает на вращающуюся
зеркальную призму и ряд других зеркал. Затем он проходит через отверстие в
туннеле. Свет лазера, отраженный от древесины, обнаруживают блоки
фотоэлектронного умножителя. Получаемые сигналы подсчитывают и после
цифровой обработки передают в компьютер, который обрабатывает и
фильтрует поступающие данные, определяет размер и расположение пороков, а
также оптимальную схему распиловки. Лазерное сканирующее устройство
может обнаружить трещины, сучки различных размеров.
Рис. 13.4. Схема лазерной установки для
обнаружения пороков древесины
Считается, что микроволны
можно применять также для обнаружения трещин и измерения плотности
древесины. Методы, основанные на использовании микроволн, можно легко
автоматизировать, и они позволяют быстро проверять пиломатериалы.
Следует отметить, что ни один из перечисленных способов не выявляет
все виды пороков (табл. 13.1).
Таблица 13.1
Выявление основных пороков древесины и дефектов обработки методом
автоматизированной оценки
Пороки древесины и
Способы выявления
дефекты обработки
АкустиТелевизиФотоэлек- Радиовол- Радиационческий
онный
трический
новой
ный
Сучки
+
+
+
+
+
Гниль
+
+
+
Сердцевина
+
+
Смоляные кармашки
+
+
Червоточина
+
+
Трещина
+
+
+
+
+
Обзол
+
+
+
+
+
Для более полного учета всех пороков используется несколько способов оценки.
283
13.3. Контроль шероховатости поверхности пилопродукции
Для
периодического
контроля
шероховатости
поверхности
пиломатериалов и заготовок используют тенесветовой микроскоп ТСП-4М и
индикаторные глубиномеры [16]. Действие прибора ТСП-4М основано на
получении профиля поверхности методом теневого сечения поверхности
пучком параллельных лучей, выходящих из осветителя 2 и падающих на нож 3,
лезвие которого свободно лежит на исследуемой поверхности 4, опираясь на
наибольшую неровность. Величина профиля неровности (тень), рассматриваемого через окулярный тубус 1 прибора, измеряется с помощью винтового
микрометра. Затем вычисляется высота неровностей hнер по формуле
hнер
10 К верт Н проф ,
(13.1)
где К верт масштаб увеличения; Н проф величина изображения неровности
профиля в плоскости окуляра.
Прибор ТСП-4М позволяет регистрировать высоту неровностей ( RZm ) в
пределах 60…1600 мкм.
Индикаторные глубиномеры (НЧ-2, НЧ-5, НЧ-10) применяющиеся для
контроля дефектов обработки – глубины рисок и выщербин у пиломатериалов,
вырабатываемых на лесопильных рамах, круглопильных и ленточнопильных
станках, а также волнистости у пиломатериалов, вырабатываемых на фрезернобрусующих и фрезернопильных установках.
В автоматизированных потоках производства строганой пилопродукции
примененяют пневматические приборы, например, манометрический АКП-1 и
ротометрические НШ-Д4. Первый прибор основан на изменении перепада
давления, возникающего в специальном дроссельном устройстве; второй – на
регистрации изменения расхода воздуха в зависимости от шероховатости
поверхности. Приборы тарируются по модельным поверхностям.
Контрольные вопросы
1. Какие технологические параметры и параметры лесоматериалов в
лесопильном производстве являются контролируемыми?
2. Какие средства измерения и контроля технологического процесса
существуют в лесопилении?
3. Дайте краткую характеристику автоматизированных средств регистрации
и контроля размеров и качества лесоматериалов.
284
РАЗДЕЛ 4
ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ НА ТОВАРНУЮ
ПРОДУКЦИЮ
При
переработке
сырья
в
лесопильно-деревообрабатываюшем
производстве образуется вторичное сырье следующих видов. Кусковые
(рис.14.1): при раскрое хлыстов - тонкомерные вершинки, отрезки хлыстов; при
выработке пиломатериалов - горбыли, сбеговые или обзольные рейки,
оторцовки, отрезки досок,; при раскрое пиломатериалов на заготовки - вырезки
дефектных мест, остатки по длине и ширине, рейки. Сыпучие - на всех стадиях
раскроя хлыстов, бревен и пиломатериалов - опилки; при получении строганых
или калиброванных пиломатериалов - стружка.
1
2
3
4
5
6
Рис. 14.1. Кусковые отходы, образующие в лесопилении:
1 - вершинки; 2 - отрезки хлыстов; 3 - откомлевки; 4 - рейки; 5 - горбыли; 6 – отрезки досок
Количество отходов лесопильного цеха зависит от применяемых
поставов и способов раскроя, степени обрезки и торцовки досок, толщины
пил, применяемого основного технологического оборудования, методов
подготовки пиловочных бревен, качества древесины и т.д. [5].
На лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях кусковые отходы
перерабатываются в основном на технологическую щепу, обапол и мелкую
пилопродукцию, сыпучие – для изготовления топливных брикетов и др.
285
Глава 14
ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ
14.1. Характеристика технологической щепы
Технологическая щепа – это древесные частицы в виде косоугольного
параллелепипеда с острым углом 30…60°, образованного поверхностью реза и
направлением волокон, заданной длины и толщины, предназначенные для
производства целлюлозы, древесностружечных и древесноволокнистых плит,
продукции лесохимических и гидролизных производств.
Для целлюлозно-бумажного производства технологическую щепу
изготавливают трех марок: Ц-1 - для выработки сульфитной целлюлозы и
древесной массы; Ц-2 - для выработки сульфитной, а также сульфатной и
бисульфатной целлюлозы, а также древесной массы для бумаги и картона; Ц-3 для выработки сульфатной целлюлозы и различных видов полуцеллюлозы для
бумаги и картона. Качество этой щепы определяется породой древесины,
геометрическими размерами частиц, дефектами обработки, примесями коры,
гнили и инородных включений. Наиболее широко используется
технологическая щепа из древесины хвойных пород вследствие особого
качества получаемых волокон - химического строения (насыщенность
функционально-активными группами — гидроксильными, карбоксильными и
др.), длины (до 7…11 мм) и прочности. Поэтому древесное сырье этих пород
на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях должно быть выделено
из общего потока и переработано отдельно. Лиственные породы (осина, береза
и др.) являются менее качественным сырьем. Волокна их значительно короче
(не более 3 мм), имеют меньший диаметр и прочность.
Оптимальные размеры щепы: длина по волокну для хвойных пород –
15…20 мм, для лиственных – 10…15 мм; толщина – 3…5 мм; ширина щепы не
играет существенной роли, но устанавливается в пределах до 20 мм.
Количественное соотношение частиц определенных размеров в общей массе
технологической щепы определяет ее фракционный состав. Частицы длиной
10…30 мм образуют кондиционную фракцию. Их массовая доля должна
составлять не менее 81…86 %. Крупная фракция ограничивается содержанием
массовой доли не более 3…6 % частиц размерами более 30 мм. Мелкая фракция
щепы размерами 5…10 мм допускается в количестве не более 10 %. Частицы
размерами менее 5мм образуют отсев, и в составе технологической щепы их
286
массовая доля должна быть не более 1…3 %. Количество щепы с углом среза
менее 30° и более 60° не должно превышать 30 % объема партии.
Дефекты обработки щепы возникают в процессе измельчения сырья. В
отрегулированной дисковой рубительной машине с хорошо заточенными
ножами при оптимальной влажности древесины (45…65 %) получается щепа с
ровными чистыми срезами и равномерного фракционного состава (рис. 14.2, а).
При затуплении ножей могут быть получены частицы с рваными торцами
(рис.14.2, б) и мятой поверхностью (рис. 14.2, г). Измельчение древесины
нередко сопровождается образованием трещин в щепе (рис. 14.2, ж) и
скалыванием по годичному слою. В результате этого получаются частицы —
иглы, поперечное сечение которых не более 1…2 мм (рис. 2.1, д), и щепа с
острой кромкой (рис.14.2, з). Частицы с множеством трещин (рис. 14.2, в)
характерны для щепы, полученной на фрезерно-брусующих станках.
Содержание щепы с перечисленными видимыми дефектами не должно
превышать 30 % общего объема поставки. Наряду с визуально
обнаруживаемыми дефектами щепа имеет и вследствие деформации сжатия
внутренние скрытые разрушения волокон, которые можно обнаружить лишь
специальными методами (например, в поляризованном свете). Внутренние
повреждения снижают прочностные характеристики целлюлозы в 2 раза и
более.
Рис. 14.2 Виды частиц технологической щепы
Примеси (кора, гниль, минеральные частицы) в технологической щепе
ограничиваются следующими показателями:
Марка щепы
Ц-1
Ц-2
Ц-3
коры
1
1,5
3
Допускаемые примеси, %
гнили
минеральные
1
не допускается
3
0,3
7
0,3
287
Кора характеризуется высоким содержанием лигнина, смол, жиров и
различного рода красящих веществ. Поэтому она вносит загрязнения в
древесноволокнистую массу в виде темных пятен, которые трудно удалить и
обесцветить при отбелке целлюлозы, снижает показатели механической
прочности целлюлозы.
Технологическую щепу для производства древесностружечных плит
изготовляют марки ПС. Качество щепы определяется породой,
геометрическими размерами частиц и содержанием примесей. Угол среза
частиц и качество кромок не регламентируется. Геометрические размеры
щепы: длина щепы по волокну 10…60 мм; толщина - не более 30 мм.
Фракционный состав щепы: массовая доля крупной фракции частиц размерами
более 30 мм - не более 5 %; кондиционная фракция размером 5…30 мм - не
менее 85 %; мелкая фракция - не более 10 %.Примеси, допускаемые в
технологической щепе марки ПС: кора - 15 %, гниль - 5 %, минеральные
примеси - 1 %, не допускаются металлические включения.
Щепу для производства древесноволокнистых плит изготовляют марки
ПВ. Качество щепы определяется породой древесины, геометрическими
размерами и содержанием примесей. Щепа марки ПВ должна быть без мятых
кромок, с углом среза 30…-60°. Для производства плит мокрым способом
применяют преимущественно древесину хвойных пород, сухим способом лиственных и смешанных пород.
Щепу для гидролизного производства изготавливают трех марок: ГП-1
для выработки спирта, дрожжей, глюкозы и фурфурола; ГП-2 - для выработки
пищевого кристаллического ксилита; ГП-3 - для выработки фурфурола и
дрожжей. Качество кромок и угол среза частиц не учитывают. Породный состав
сырья при выработке щепы ГП-1 зависит от профиля гидролизного
производства и вида выпускаемой продукции. Например, для спиртового и
дрожжевого производства пригодна древесина всех хвойных и лиственных
пород, а для производства глюкозы используют сырье только хвойных пород.
Щепу марки ГП-2 вырабатывают только из древесины березы с примесью
осины не более 10 %. Щепу марки ГП-3 изготавливают из древесины березы,
бука, клена, дуба и граба с ограниченной примесью осины (не более 10 %).
Геометрические размеры частиц щепы всех видов марок для гидролизных
производств нормируют по длине волокна в пределах 5…35 мм, по толщине не
288
более 5мм. Ширина щепы не регламентируется. Примесь опилок в щепе
нежелательна, так как процесс гидролиза требует равномерного
гранулометрического состава сырья. Примесь коры в щепе ограничиваются
содержанием не более 11 % общей массы. Содержащиеся в коре зольные
вещества, вступая в реакцию с серной кислотой в гидролизаппарате,
нейтрализуют ее и снижают рабочую концентрацию. Массовая доля гнили не
должна превышать 2,5 %.
14.2. Расчет мощности производства щепы
Производственная мощность по выработке технологической щепы
зависит от объемов распиливания сырья и складывается из мощностей по
производству щепы на рубительных машинах Ар и на агрегатных, фрезернобрусующих и фрезернопильных линиях Аа. Мощность в плотных м3 определяют
по формуле
A=Ap+Aа=Q0Ki+QщKi
где
- объем кусковых отходов для производства щепы, тыс. м ;
(14.1)
— объем
несортированной щепы, вырабатываемой агрегатным способом, тыс. м3 ;
Ki - коэффициент, учитывающий норму расхода сырья на производство щепы
(0,89 - при производстве щепы для целлюлозно-бумажного производства, 0,91 при производстве щепы из окоренного сырья для древесных плит и
гидролизной промышленности, 1,06 - при производстве щепы из неокоренного
сырья для производства древесных плит).
Объем кусковых отходов для производства щепы рассчитывают по
формуле
Qк =(∑ViZki)/100-Qн+Qд+Qx+Qc ,
(14.2)
где Vi- объем сырья, перерабатываемого 1, 2,... i потоком, тыс. м3;
-объем
кусковых отходов, используемых в качестве топлива и для производства других
видов продукции, тыс. м3 ;
- объем кусковых отходов, используемых для
производства технологической щепы, тыс. м3(определяется по балансу
использования сырья);Qx — объем кусковых отходов, получаемых при
раскряжевке хлыстов и полухлыстов, тыс. м ;Qc - объем кусковых отходов,
289
получаемых от других предприятий, тыс.м ; Zki - доля кусковых отходов в
балансе распиливаемого 1, 2,... i лесопильным потоком сырья, %,
Z ki =100 –Z n-Z у -Zо -Zщ
(14.3)
где Zn - выход пиломатериалов, %; Zy - потери на усушку древесины, %; Z0 Zу
- объем опилок, %; Zщ - доля щепы, выработанной агрегатным способом, в
балансе распиливаемого сырья.
Потери на усушку пиломатериалов, выработанных на ЛАПБ, при
конечной влажности 20...22 % составляют 2,9 %, при влажности 14... 16 % - 3,5
%, пиломатериалов, выработанных на ФБС, - соответственно 2,7 и 3,3 %.
Объем опилок для потоков с ЛАПБ и ФБС принимается Zо =11,4 %. Значения
доли щепы, выработанной агрегатным способом, в балансе сырья Zщ, %, для
различных типов головного станка, приведены ниже:
лесопильная рама с раскроем на фрезерно-обрезном станке............................ 10;
фрезерно-брусующая линия с двумя ФБС......................................................... 26;
фрезерно-брусующий и многопильный станки................................................. 7,4;
ЛАПБ ................................................................................................................... 26;
фрезернопильная линия с раскроем:
на обрезном станке .................................................................................... 14,8;
на фрезерно-обрезном станке ................................................................... 26;
фрезериопильный и многопильный станки с раскроем:
на обрезном станке ..................................................................................... 7,4;
на фрезерно-обрезном станке .................................................................... 18,6.
14.3. Технологические процессы производства щепы
Структурные
схемы
технологических
процессов
производства
технологической щепы на различных участках представлены на рис. 14.3 и
14.4.
Рис. 14.3. Структурная схема процесса производства технологической щепы из
отходов лесопильного цеха:1 - сбор окоренных отходов; 2 - обнаружение и удаление
металлических включений; 3 - измельчение отходов; 4 - сортировка щепы; 5 - доизмельчение
крупной щепы; 6 – анализ качества щепы; 7 – накопление, хранение и отгрузка мелкого
отсева; 8 - накопление, хранение и отгрузка технологической щепы
290
Рис. 14.4. Структурная схема процесса производства технологической щепы из
отходов участка раскроя хлыстов, окорки и сортировки бревен:1 - сбор окоренных отходов;
2 - колка толстомерных отрезков с гнилью; 3 - обнаружение и удаление металлических
включений; 4 - измельчение отходов; 5- сортировка щепы; 6- доизмельчение крупной
шепы; 7- анализ качества щепы; 8 - накопление, хранение и отгрузка мелкого отсева; 9 накопление, хранение и отгрузка технологической шепы
При выработке щепы из кусковых отходов лесопиления применяют
следующие
технологические
схемы:
поточную,
многопоточную,
централизованную, специализированную, комбинированную многопоточную и
комбинированную централизованную (рис. 14.5).
При поточной схеме (рис. 14.5, а) рубительные машины устанавливают в
каждом лесопильном потоке. При этом горбыли, рейки, вырезки и оторцовки
древесины в рубительные машины подают одновременно. Сортировка щепы в
зависимости от производительности может быть установлена в потоке или
может применяться на несколько потоков.
Рис 14.5. Технологические схемы измельчения отходов: а) многопоточная, б)
централизованная, в) специализированная, г) комбинированная; 1 - сбор отходов; 2 - обнаружение и
удаление металлических включений; 3 - измельчение отходов
291
При централизованной переработке (рис. 14.5, б) отходы нескольких
потоков измельчают в одной рубительной машине. Рекомендуется при этом
устанавливать резервную машину и сортировку. Эту схему применяют на
крупных лесопильных предприятиях с применением высокопроизводительных
рубительных машин, позволяющих преодолеть пиковые нагрузки, связанные с
неравномерностью накопления отходов на конвейере. При такой схеме
требуются меньшие затраты на единицу продукции, однако возникают
трудности в сборе и подаче отходов разных размеров по одному загрузочному
конвейеру
Специализированная схема (рис. 14.5, в) предусматривает измельчение
отходов каждого вида (горбылей, реек, отрезков досок) в специализированных
рубительных машинах или с помощью специальных загрузочных патронов на
одной рубительной машине. Эта схема позволяет получить высокий выход
кондиционной щепы из однородных по параметрам отходов в рубительных
машинах средней производительности (20…30 м3/ч). В данной схеме
упрощается загрузка однородных отходов в машины, но усложняются
транспортные связи в цехе.
Комбинированная централизованная схема (рис. 14.5, г) сочетает
экономические преимущества централизации переработки отходов с
повышением выхода щепы. Этому способствует измельчение коротких
отрезков досок в специализированной машине и уменьшение простоев при
застревании отходов при загрузке.
14.4. Оборудование для измельчения отходов
14.4.1. Дисковые рубительные машины
Для измельчения древесных отходов в технологическую щепу
применяются дисковые и барабанные рубительные машины. Тот или иной
тип рубительных машин выбирается с учетом назначения выпускаемой щепы,
видов и объемов перерабатываемых отходов, технологии переработки,
условий привязки машины в технологическом потоке.
Наибольшее распространение получили дисковые рубительные
машины (рис. 14.6), в которых вырабатывается щепа лучшего качества.
Принцип работы таких машин заключается в том, что древесное сырье,
подвергаемое измельчению, по питающему патрону подают под
292
вращающиеся ножи диска 2. Каждый нож отрезает (отрубает) кусок
древесины толщиной, определяемой выпуском режущих ножей за плоскость
диска. Отрубленная древесина распадается на отдельные элементы (щепу),
которые сквозь подножевую щель проходят на приводную строну диска, а
затем удаляются из машины. При верхнем выбросе специальными лопатками
щепа посылается в трубопровод. При нижнем выбросе щепа через проем в
раме машины падает вниз на конвейер или в приемник пневмотранспортной
установки.
Рис. 14.6. Схема дисковой рубитслыюй машины МР2-10Н: 1 - устройство загрузочное; 2 диск ножевой; 3 - вал; 4 - станина; 5 - кожух; 6 - подшипник; 7 - устройство винтовое
регулировочное; 8 - накладка; 9 - гнездо; 10 - шпилька; 11 - контрнож; 12 - тормозное устройство;
13 - электродвигатель; 14 - рама; 15 - фундамент
Различают малоножевые (4…6 ножей) и многоножевые (10…16 ножей).
Ножи располагают по радиусу (или со смещением) вертикального или
наклонного диска. Большее число режущих ножей обеспечивает постоянный
их контакт с древесиной (рис. 14.7, б, в). Тем самым создаются благоприятные
условия резания и постоянное усилие, затягивающее древесину под нож, что
приводит к получению равномерной по размерам щепы.
Ножи в рубительных машинах с непрерывным процессом резания крепят
фаской в сторону измельченной древесины, в рубительных машинах с
прерывистым резом - фаской к диску. Рабочая поверхность межевых секторов
может быть плоской или геликоидальной (рис. 14.7, в). Последняя имеет
переменный угол к плоскости резания от центра диска к периферийной части.
293
Рис. 14.7. Схема резания древесины в дисковых рубительных машинах: а - малоножевые;
б - многоножевые с плоским диском; в - мпогоиожевые с геликоидальным диском; 1 - ножевой диск; 2 - нож;
3 - древесина; 4 - щепа
Размеры щепы, получаемой на дисковых рубительных машинах,
определяются свойствами древесины, особенностями статической и
кинематической геометрии режущего инструмента и режимов резания. Длина
щепы l щ зависит от углов наклона патрона к горизонту и к ножевому диску в
горизонтальной плоскости), а также от выпуска ножей над торцевой
поверхностью диска и определяется по формуле
lщ
h / cos
1
cos
2
.
Длина щепы в машинах с геликоидальным диском l щ определяется рядом
параметров, связанных между собой строгим соотношением
lщг
2 Ri
sin
z cos x
или l щг
где Ri
x
,
(14.4)
i
V П 2 Ri
,
V0 z
радиус резания; z число ножей;
материала);
VП
i
i
(14.5)
угол среза щепы (угол затягивания
угол наклона питающего патрона к диску машины;
скорость затягивания древесины, м/с; V0
окружная скорость резца, м/с.
В выражении (14.4) длина щепы, число ножей и угол наклона патрона –
величины постоянные, поэтому значение угла i определяется только
радиусом резания. Отсюда необходимо, чтобы значения
i
для каждой точки
на лезвии радиуса резания Rt постепенно уменьшались по длине радиально
расположенного ножа от периферии к центру диска. Это условие выполняется в
294
рубительных машинах с геликоидальным диском. Оптимальной длине щепы 25
мм на заданном радиусе резания соответствует угол 3,2°. Если этот угол
уменьшить до 1,4°, длина получаемой щепы снизится до 14 мм.
Толщина щепы плохо поддается теоретическим расчетам и колеблется в
весьма широких пределах.
Производительность дисковых рубительных машин (м3 /ч) приводится в
их технической характеристике. Для удобства привязки в технологическом
потоке дисковые рубительные машины выпускаются правого и левого
исполнения.
14.4.2. Барабанные рубительные машины
Конструкции
барабанных
рубительных
машин
разработаны
применительно к различным видам измельчаемого древесного сырья. Для
измельчения отходов раскряжевки разработана рубительная машина МРБ-04
(рис. 14.8).
Рис. 14.8. Технологическая схема
производства
щепы
из
отходов
раскряжевки: 1 - барабан; 2 - резец; 3 клиноременная передача; 4 - загрузочный
патрон; 5 - перегородка; 6,1 – ленточный
конвейер; 8 - электродвигатель
Рабочим органом рубителыюй машины является полый фрезерный
барабан 1, на поверхности которого закреплено 37 резцов 2 с полукруглым
лезвием шириной 22 мм. Толщина щепы составляет 5 мм и регулируется
выпуском ножей над поверхностью барабана диаметром 950 мм. Машина имеет
загрузочный патрон 4 шахтного типа, разделенный на камеры перегородкой 5.
В камеру I загружают откомлевки, в камеру II оторцовки. Загрузку ведут
одновременно с двух конвейеров 6 и 7, размещенных под прямым углом.
Привод барабана осуществляется электродвигателем 8 через клиноременную
передачу 3. Частота вращения барабана 370 мин . Щепа, срезаемая резцами,
295
через подножевые щели проходит внутрь барабана, далее по неподвижному
лотку она ссыпается через открытый торец барабана на приставной конвейер.
Наибольший диаметр перерабатываемых откомлевок 800 мм, длина 750 мм.
Производительность машины 15 пл. м3 /ч.
Для измельчения тонкомерной древесины (вершинок хлыстов) или
расколотых кряжей применяют также барабанные ножевые рубительные машины с принудительной горизонтальной (ДРН-1, ДУ-2А) или вертикальной
(ДРН-2) подачей сырья производительностью до 8...12 пл. м3/ч. Механизм
резания машин, в частности ДУ-2Л (рис. 14.9), состоит из полого барабана 1
диаметром 600 мм, который расположен под углом 35° к направлению подачи
древесного сырья. На обечайке барабана, имеющего привод 55 кВт, закреплены
четыре ножа с углом заточки около 32°. Горизонтальная подача сырья со
скоростью 0,8 м/с осуществляется механизмом, который состоит из системы
вертикальных и горизонтальных приводных вальцов. Два боковых 3 и три
нижних вальца 4 установлены в неподвижных опорах, верхний горизонтальный
валец может перемещаться по высоте. Сечение загрузочного патрона -300x300
мм. Получаемая щепа через подножевые щели проходит в полость барабана,
где неподвижно установлен лоток для отвода щепы. Центробежный вентилятор
5, встроенный в торец барабана, направляет щепу вверх по трубопроводу в
циклон.
Рис. 14.9. Схема барабанной
рубительной машины ДУ-2А: 1 барабан; 2 - горизонтальный вал; 3 боковой валец; 4 - нижний валец; 5 центробежный вентилятор
Щепа из барабанных машин вследствие низких (по сравнению со щепой
из дисковых машин) размерно-качественных показателей преимущественно
используется в производстве древесных плит, гидролизного производства.
296
14.5. Получение технологической щепы на
агрегатном лесопильном оборудовании
В России на агрегатном лесопильном оборудовании (фрезернобрусуюших, фрезерно-обрезных, фрезернопильных станках и линиях)
вырабатывается до 15 % всей технологической щепы для целлюлознобумажной промышленности. Здесь щепа получается путем обработки бревен,
брусьев или досок цилиндрическими или торцово-коническими фрезерами. В
линиях агрегатной переработки бревен ЛАПБ, ЛАПБ - 2 и ЛАПБ - 3
применяются однорезцовые или двухрезцовые фрезы (рис. 14.10). Фрезы
имеют диаметр 280 мм, 305 мм и 365 мм, ширину дуговых резцов – 35 мм.
Резец 1 фрезы, представляющий собой полукольцо, размещается в кольцевой
выточке корпуса 2 фрезы и крепится с помощью винта 3. Степень выдвижения
резца регулируется винтом 4.
Рис. 14.10. Цилиндрические фрезы первичного фрезерования линий афегатной
переработки бревен: а - однорезцовая фреза; б - двухрезцовая фреза; 1 - дуговой резец; 2 - корпус; 3
- крепежный винт; 4 - регулировочный винт
Во фрезерно-брусующих (ФБС-750 и др.) и фрезерно-обрезных станках
(Ц2Д-1Ф) используются малоножевые (четырехрезцовые) фрезерные головки.
Станок ФБС-750 имеет фрезерную головку (рис. 14.11), состоящую из
ступицы 1, фланца 2, четырех ножедержателей 3 обода 4 и пильного диска 7.
Ножи 5 установлены на ножедержателях с нижней стороны и крепятся к ним
прижимными планками 6 и болтами, ввертываемыми в них. Нож имеет угол
заточки 36±3°. Прорезной пильный диск 7 состоит из стальной шайбы и
пильного кольца с зубьями для продольного распиливания с ломаной задней
поверхностью.
297
Рис. 14.11. Торцово-коническая
головка фрезерно-брусующего
станка: 1 - ступица; 2 - фланец;
3 - ножедержатель: 4 - обод; 5 - нож;
6 - прижимная планка; 7 - прорезной
пильный диск
Торцово-коническая головка для фрезерно-обрезных станков (рис. 14.12)
включает фланец 4 и корпус 1, на котором закреплены ножи 2 и кольцо 6 с
пилой 3. Ножи 2 на корпусе 1 фрезы закреплены с помощью накладок 5 и
шпилек 7 с гайками 8. Корпус крепится на фланце винтами 9. Фреза имеет
левое (леворежущая) и правое (праворежущая) исполнения.
Рис. 14.12. Торцово-коническая головка
фрезерно-обрезного станка: 1 - корпус; 2 - нож;
3 - пила; 4 - фланец; 5 - накладка; 6 кольцо; 7 - шпилька; 8 - гайка; 9 - винт
регулировочный
При цилиндрическом фрезеровании угол встречи ножа с древесиной
является переменным (рис. 2.13). Лезвие ножа 1 в начале процесса внедрения в
древесину 2 перерезает ее в торцово-поперечном направлении. Далее торцовое
резание переходит в торцово-продольное. Передняя грань ножа скалывает
298
частицы, отделяемые вдоль волокон. В зоне выхода ножа наблюдается смятие
волокон, отщепы и вырывы древесины. Толщина получаемой щепы
непостоянна и зависит от физико-механических свойств древесины. Длина lщ,
определяемая величиной подачи, постоянна.
При торцово-коническом фрезеровании сбеговая зона бревна или
необрезных досок (рис. 14.14) измельчается в щепу ножами, расположенными
на боковой конусной поверхности фрезы. На выходе ножа из зоны резания
вследствие отсутствия у бревна (доски) жесткой опоры, происходит
отщепление и скалывание древесины по кромке (рис. 14.15). Длина щепы
определяется величиной подачи. Толщина щепы непостоянная и зависит от
состояния сырья, физико-механических свойств древесины. Поверхность бруса
или доски формируется скалыванием частиц, что создает на их поверхности
характерные неровности. Поэтому в малоножевых торцово-конических фрезах
для улучшения поверхности бруса дополнительно устанавливают зачистной
пильный диск, который засоряет щепу опилками.
Рис.14.13. Схема образования элементов щепы
при цилиндрическом фрезеровании:
1 – нож; 2 - бревно
Рис. 14.14. Схема фрезерования торцово-коническими
фрезами: 1 - бревно или необрезная доска; 2- торцово-коническая
фреза
Рис. 14.15. Схема образования элементов щепы
малоножевыми фрезами
На практике получают распространение многорезцовые торцовоконические фрезы, которые позволяют вырабатывать щепу с заданной длиной и
толщиной. Такие фрезы имеют Г-образные ножи. Образование элементов щепы
299
здесь происходит следующим образом. Ножи, расположенные с превышением
на толщину щепы, последовательно входят в древесину один за другим.
Длинное лезвие движется параллельно пласти бруса и отрезает тонкий слой
древесины, равный заданной толщине щепы (рис. 14.16, а). Короткое лезвие
перерезает древесину поперек волокна и скалывает частицы заданной длины.
Процесс измельчения древесины в щепу таким резцом представляет собой
комбинацию лущения и торцово-поперечного резания. Высокая скорость
фрезерования в сочетании с малой толщиной срезаемого слоя древесины
улучшает чистоту обработки поверхности бруса. Однако качество щепы,
которую называют параллельной, снижается. Условия резания благоприятны
для получения трещиноватых частиц, а подрезающее лезвие скалывает тонкие
игольчатые частицы - спички. Длинная кромка резца может перерезать волокна
не точно по оси ствола, а поперек под некоторым углом к оси. Это не только
укорачивает волокна, но и способствует легкому разрушению параллельной
щепы.
Рис. 14.16. Схема образования элементов
щепы (а) многорезцовой фрезой (б)
а
б
Разработано много конструкций многорезцовых торцово-конических
фрез, но все они имеют один общий принцип размещения резцов на
поверхности фрезы - по восходящей спирали. Корпус одной из таких фрез (рис.
14.16, б) выполнен в форме ступенчатого усеченного конуса. На каждой
ступени закрепляется один нож, перед которым имеется подножевая щель для
прохода щепы на тыльную сторону фрезы. Высота ступеней равна заданной
толщине щепы. Соседние ножи смещены по радиусу и в плоскости вращения
расположены с постоянным угловым шагом. Установленные таким образом
ножи образуют на поверхности фрезы ножевую спираль. За один оборот фреза
срезает слой древесины толщиной, равной высоте подъема спирали по оси
фрезы. Ножи могут располагаться по одной или двум спиралям.
300
Выход технологической щепы кондиционной фракции на агрегатном
оборудовании на 30 % выше, чем при переработке горбылей и реек в
рубительных машинах. Однако по качеству такая щепа несколько уступает
качеству щепы от рубительных машин. Срезы частиц, сделанные при
цилиндрическом фрезеровании под разными углами, часто имеют смятые и
рваные торцы. Применение цилиндрических фрез большого диаметра,
снижение скорости резания до 25 м/с и подача сырья со скоростью, синхронной
скорости резания, позволяет улучшить качество щепы. К недостаткам щепы,
получаемой от малоножевых торцово-конических фрез, следует отнести
переменный угол среза и неоднородность частиц по толщине, так как каждой
точке на лезвии ножа конической фрезы соответствует своя скорость.
Наилучшие условия формирования элементов щепы можно получить на
торцово-цилиндрических фрезах с Г-образным ножом. Многорезцовые
торцово-конические фрезы образуют наиболее однородную по длине и толщине
параллельную щепу. Толщина такой щепы, которая имеет серповидную форму,
изменяется от 2,2 до 3,9 мм.
14.6. Сортировка щепы
В промышленности применяют сортировки щепы СЩ–140 и СЩ–200.
Первую - с рубительной машиной МРЗ-40Н (МРЗ-40ГБ), вторую - с машиной
МРЗ-50Н (МРЗ-50ГБ).
Производительность сортировок и эффективность сортирования щепы в
значительной степени зависят от соблюдения требований к установке
сортировок в технологическом потоке (рис. 14.17). Щепу необходимо подавать
равномерно в загрузочный лоток по всей его ширине. Лоток не имеет
перфорации (отверстий), поэтому до минимума снижается попадание щепок
торцами на расположенное ниже сито. Простейшее устройсгво для
равномерной загрузки сортировок по всей ширине лотка – это щелевой дозатор
с регулируемой заслонкой и побудительным механизмом в виде
электровибратора. Щепа на сортировку может подаваться ленточными или
скребковыми конвейерами, свободной отсыпкой из циклонов.
301
Рис. 14.17 Схема установки сортировки в технологическом потоке производства
щепы:1 - ленточный конвейер; 2 - металлоискатель; 3 - рубительная машина; 4 - транспортное средство:
5 - дозатор; 6 - сортировка щепы
Технологическая щепа и отсев отбираются от сортировок механическими
конвейерами или пневмотранспортными установками. Во втором случае щепа
поступает в питатель и по трубопроводам направляется в циклон,
расположенный над бункерной галереей или на складе.
14.7 Измельчение крупной фракции щепы
При рубке древесины в зависимости от вида отходов, конструкции и
технического состояния рубительной машины образуется от 3 до 20 % крупной
щепы. Для измельчения крупного отсева щепы используются дезинтеграторы,
например ДЗН-03. Он состоит из ротора барабанного типа, станины с
откидным кожухом, загрузочного лотка с контрножом, двух регулируемых
ситовых вкладышей с контрножами, клиноременного привода с тормозным
устройством и ограждениями.
Вариант
установки
дезинтегратора
в
потоке
производства
технологической щепы на лесопильном предприятии показан на рис. 14.18.
Рис. 14.18. Технологическая схема доизмельчения крупного отсева и
короткомерных кусковых отходов:1 - скребковый конвейер; 2 - металлоуловитель; 3 загрузочный ленточный конвейер для крупного отсева щепы; 4 -дезинтегратор ДЗИ - 03; 5 -сортировка
щепы
302
Вырабатываемая дезинтегратором щепа может подаваться на
сортирование или непосредственно на участок хранения и отгрузки (в
зависимости от ее назначения и дальнейшего использования).
14.8. Размещение оборудования для производства щепы
Варианты размещения оборудования для производства щепы зависят от
принятой технологической схемы измельчения отходов, расстановки
бревнопильного оборудования в лесопильном цехе, расположении цеха на
промышленной площадке. В цехах на базе двухэтажных лесопильных рам
технологическое оборудование для производства щепы, как правило,
размещается на первом этаже лесопильного цеха. В одноэтажных цехах
возможное компоновочное решение по переработке кусковых отходов в
технологическую щепу представлено на рис. 14.19.
Рис. 14.19. Технологическая схема переработки в щепу отходов лесопиления:1 сборный конвейер; 2 - загрузочный конвейер; 3 - металлоискатель; 4 - рубительная машина; 5, 6, 8 ленточный конвейер; 7 - щепосортировочиая установка
В соответствии с представленной на рис. 14.19 централизованной схемой
кусковые отходы (горбыли, рейки и оторцовки) поступают на сборочный
конвейер 1. Далее загрузочным конвейером 2, привод которого сблокирован с
металлоискателем 3, отходы направляются в рубительную машину 4, которая
имеет два загрузочных патрона: наклонный - для приема коротких отходов и
крупной фракции щепы от сортировочной установки и горизонтальный - для
подачи длинных горбылей и реек. Раздельное измельчение коротких и длинных
отходов позволяет более эффективно использовать рубительную машину.
После измельчения отходов щепа поступает на сортировку в установку 7. Для
предотвращения попадания в рубительные машины металлических включений
на
загрузочных
конвейерах
устанавливают
металлоискатели
и
металлоулавливатели.
Наиболее
широко
применяют
электронные
303
металлоискатели ЭМИ-64П. При обнаружении металла в древесине он подает
звуковой или световой сигнал и одновременно отключает конвейер подачи
древесины. Металлоулавливатели устанавливают на загрузочных конвейерах,
подающих в рубительные машину, крупную щепу.
14.9. Хранение и погрузка щепы на подвижной состав
Технология и организация работ при хранении и погрузке щепы на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях зависит от объема отгрузки и
средств транспортирования. При автомобильном и железнодорожном
транспорте для хранения щепы преимущественно используют бункерные
галереи и контейнеры (закрытые склады). Открытые склады в виде куч
применяют на предприятиях, где для отгрузки щепы потребителю используется
водный транспорт (суда, баржи). Однако кучевое хранение в последнее время
часто встречается и на предприятиях, где щепа отгружается автомобильным и
железнодорожным транспортом, так как позволяет создать значительные
объемы технологической щепы, что важно в условиях неритмичной подачи
транспортных средств под загрузку.
Большинство бункерных галерей построены по индивидуальным
проектам, поэтому они значительно различаются по вместимости (46...900 м );
размерам, разгрузочным средствам. На лесопильно-деревообрабатывающих
предприятиях эксплуатируются бункерные галереи из железобетона и дерева с
односторонней боковой, двусторонней и центральной разгрузкой, а также с
разгрузкой одним или двумя конвейерами (рис.14.20).
Рис. 14.20. Бункерные галереи для щепы: а - с односторонней боковой разгрузкой; б- с
двусторонней боковой разгрузкой; в – с центральной разгрузкой; г - с одним выносным конвейером: д – с двумя
выносными конвейерами; 1 - зафузочный (распределительный) конвейер; 2 – бункер; 3 – затвор; 4 электровибратор; 5 - выносной конвейер
304
Глава 15
ПРОИЗВОДСТВО МЕЛКОЙ ПИЛОПРОДУКЦИИ
И ТОПЛИВНЫХ БРИКЕТОВ
15.1. Переработка горбылей на пилопродукцию
Наиболее проста переработка горбылей на обапол. Для повышения
эффективности производства его рассортировывают на горбыльный и
досчатый. Технология выработки обапола включает только одну
технологическую операцию – формирования заданной длины, которую
выполняют на торцовочных станках, вперемешку с досками. Возможна
организация и специализированного участка.
Более сложна переработка горбылей на мелкую пилопродукцию –
дощечек ящичной тары, для сельского хозяйства, изготовления мебели,
клееных полостей и др. На рис. 15.1 приведена схема участка переработки на
доски горбылей на фрезерно–горбыльном станке УФГ [9].
Рис. 15.1. Схема участка обработки горбыля: 1 – подающий конвейер; 2 –
торцовочный станок позиционного типа; 3 – сортировочные карманы; 4 – подающий
конвейер; 5 – фрезерно-горбыльный станок УФГ; 6 – сбрасыватель; 7 – торцовочное
устройство проходного типа; 8 – сортировочный конвейер; 9 – пакеты пиломатериалов
Как видно из приведенной схемы горбыли предварительно прирезаются
по длине на торцовочном станке 2 и распределяются по карманам –
накопителям 3, из которых они подаются на фрезено – горбыльный станок 5.
Здесь горбыли фрезеруются на обрезные пиломатериалы с одновременным
получением технологической щепы, а затем подаются для окончательного
формирования на торцовочную установку 7. Готовые пиломатериалы
расделяются на сортировочном конвейере 8 по размерам и качеству.
305
15.2. Производство топливных гранул
Топливные гранулы (пеллеты) – это цилиндрическое прессованное
изделие из высушенной натуральной древесины. Сырьѐм для их изготовления
являются - опилки, стружка, мелкие кусковые отходы. В состав пеллет могут
входить измельчѐнная кора.
Технологический процесс производства топливных гранул включает
следующие стадии: подготовка и измельчение сырья; его сушка; гранулирование,
охлаждение и просеивание готового продукта [12].
Принципиальная
технологическая
схема
производства
пеллет
представлена на рис. 15.2.
Рис.15.2. Принципиальная схема технологической линии по производству пеллет:
1-теплогенератор; 2-материалопровод; 3-барабанная сушилка; 4-циклон; 5-вентилятор; 6пресс-гранулятор; 7-охладитель-просеиватель гранул; 8-дробилка молотковая с загрузочным
устройством
На стадии подготовки сырья щепа, опилки, кора, стружка подаются а
молотковую дробилку 8, установленную над загрузочным устройством
материалопровода 2. Подаваемое в дробилку сырьѐ должно иметь влажность не
более 60 % и содержать не более 1,5 % посторонних включений; порода
древесины значения не имеет. Измельченное сырье (размеры частиц не более 1
мм) по материалопроводу попадает в камеру сушильного агрегата 3. Отбор
излишней влаги осуществляется воздухом, выработанным теплогенератором 1.
Температура воздуха на входе в сушилку 250…280 0С, на выходе из сушилки
продукт имеет температуру 75…100 0С. Сырье высушивается до влажности
6…12 %.Далее измельчѐнный и высушенный продукт по пневмотранспорту
поступает в батарейный циклон 4, где происходит разделение высушенного
материала и теплоносителя. Высушенный материал подается на питающее
306
устройство пресса-гранулятора 6 непрерывного действия. Питающее
устройство пресса-гранулятора направляет измельчѐнные древесные отходы во
внутреннюю полость вращающейся матрицы, имеющей отверстия диаметром 7
мм, в которых при температуре 80…120 0С происходит формирование гранул
давлением, созданным при прохождении сырья между матрицей и
вращающимися на эксцентриковых осях роликами. Через выходное отверстие
пресса-гранулятора готовые гранулы (плотностью около 1000 кг/м3) попадают
на транспортер-просеиватель 7, где происходит охлаждение и очистка гранул
от мелкой фракции.
Мелкая фракция, собранная пылеулавливающей установкой подается
обратно в бункер над прессом-гранулятором, делая процесс непрерывным и
безотходным. Очищенные и остывшие гранулы попадают в тару для упаковки и
транспортировки к месту хранения.
Контрольные вопросы
1. Дайте характеристику вторичного сырья (отходов), возникающих на
различных
стадиях
технологического
процесса
производства
пиломатериалов и заготовок.
2. Какую продукцию можно получить на лесопильно-деревообрабатывающем
предприятии из кусковых и сыпучих отходов?
3. Дайте краткую характеристику технологической щепы для целлюлознобумажного, гидролизного и плитного производства.
4. Приведите возможные структурно-технологические схемы производства
технологической
щепы
на
лесопильных
предприятиях
разной
производственной мощности.
5. Какое оборудование применяется для получения технологической щепы на
лесопильном предприятии? Каковы его конструктивные характеристики?
6. В чем заключается особенности производства изготовления щепы на
фрезерно-брусующем и фрезернопильном оборудовании?
7. Какие технологические и транспортные операции проходит технологическая
щепа после ее изготовления на соответствующем оборудовании?
8. Какие способы используются для выработки из горбыля той или иной
пилопродукции?
9. Что такое пеллеты? Каков технологический процесс их изготовления?
307
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключительной части пособия следует отметить, что, несмотря на
достаточно мощную теоретическую базу отечественное лесопиление,
вследствие определенных условий технико-экономических, политеческих и др.
значительно отстает от передовых стран Запада и Америки. Об этом
свидетельствует, например, то, что один шведский лесопильщик вырабатывает
в год 1780 м3 пиломатериалов, а архангельский – в 29 раз меньше [20].
Улучшения положения лесопильной отрасли промышленности представляется
в сочетании инновационного предпренимательства с новым качеством частного
капитала при активной поддержке государства. Это предполагает
реконструкцию и строительство лесопильных заводов на информационных
технологиях. Основа модернизации – гибкие автоматизированные линии на
базе фрезернопильных модулей, также высококвалифицированные рабочие,
инженеры и управленцы в области динамики и структуры современного
производства [14]. Это позволит резко увеличить производительность и
качество
труда,
объемный
и
качественный
выход
продукции
(конструкцмонных, строганных клееных пиломатериалов и заготовок,
технологической щепы и др.) при снижении численности рабочих и
инвестиций.
308
Библиографический список
1. Аксенов, П. П. Технология пиломатериалов [Текст] : учебник /
П. П. Аксенов, Н. С. Макарова, И. К. Прохоров, Ю. П. Тюкина. – М. :
Лесн. пром-сть, 1976. – 480 с.
2. Анучин, Н. П. Лесная таксация [Текст] : учебник / Н. П. Анучин. – М. :
Изд-во ВНИИЛМ, 2004. – 552 с.
3. Амалицкий, В. В. Оборудование отрасли [Текст] : учебник /
В. В. Амалицкий, В. В. Амалицкий. – М. : МГУЛ, 2006. – 584 с.
4. Алексеева, Л. В. Технологии продольного раскроя бревен на
однопильных горизонтальных ленточсных станках [Текст] : учебное
пособие / Л. В. Алексеева [и др.]. – Архангельск : АГТУ, 2010. – 162 с.
5. Алексеева, Л. В. Основы комплексноцй безопасности производства
пиломатериалов [Текст] : монография / Л. В. Алексеева. – Архангельск :
АГТУ, 2009. – 636 с.
6. Болдырев, В. С. Технологические основы раскроя сырья и
пиломатериалов [Текст] : учебное пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж :
ВГЛТА, 2002. – 336 с.
7. Болдырев, В. С. Технологическое проектирование лесопильных цехов
[Текст] : учебное пособие / В. С. Болдырев. – Воронеж : ВГЛТА, 2005. –
252 с.
8. Болдырев, В. С. Переработка вторичного сырья на лесопильнынодеревообрабатывающих предприятиях [Текст] : учебное пособие /
В. С. Болдырев. – Воронеж : ВГЛТА, 2003. – 80 с.
9. Болдырев, В. С. Проектирование предприятий [Текст] : учебное пособие /
В. С. Болдырев. – Воронеж : ВГЛТА, 2003. – 250 с.
10. Виллистон, Э. Производство пиломатериалов [Текст] / Э. Виллистон. –
М. : Лесн. пром-сть, 1999. – 382 с.
11. Волынский, В. Н. Первичная обработка пиломатериалов на лесопильных
предприятиях [Текст] / В. Н. Волынский, С. Н. Пластинин. – М. : Риэлпресс, 2005. – 256 с.
12. Гомонай, М. В. Производство топливных брикетов. Древесное сырье,
оборудование, технология, режимы работы [Текст] : монография /
М. В. Гомонай. – М. : МГУЛ, 2006. – 68 с.
309
13. Елсаков, С. Г. Математическое моделирование раскроя пиловочного
сырья неправильной формы с использованием силайн-функции [Текст] /
С. Г. Елсаков // Лесной журнал. – 1990. – № 3. – С. 70-73.
14. Иванов, Д. В. Интенсификация, формирования поперечного сечения
пиломатериалов [Текст] / Д. В. Иванов // Вестник МГУЛ. – 2005. –№ 6. –
С. 47-53.
15. Калитиевский, Р. Е. Лесопиление в 21 веке. Технология, оборудование,
менеджмент [Текст] / Р. Е. Калитиевский. – СПб. : Профи-информ, 2005.
– 480 с.
16. Копейкин, А. М. Справочник по лесопилению [Текст] / А. М. Копейкин
[и др.]. – М. : Экология, 1991. – 496 с.
17. Пижурин, А. А. Исследования процессов деревообработки [Текст] :
учебник / А. А. Пижурин, А. А. Пижурин. – М. : МГУЛ, 2005. – 305 с.
18. Рыкунин, С. Н. Технология лесопильно-деревообрабатывающих
производств [Текст] : учебное пособие / С. Н. Рыкунин, П. Тюкина, В. С.
Шалаев. – М. : МГУЛ, 2003. – 225 с.
19. Сборники «Пиломатериалы, заготовки, деревянные детали» [Текст]. – М.
: Издательство стандартов, 1991. – 464 с.
20. Сметанин, А. В. Архангельское лесопиление: между прошлым и
будущим [Текст] / А. В.Сметанин, В. И. Веселков. – М. : ООО «До
Мира», 2005. – 544 с.
21.Селиванов, Н. Ф. Станки и оборудование потоков шпалопиления. Т. 1
[Текст] : справочник / Н. Ф. Селиванов [и др.]. – М. : МГУЛ, 2001. –
516 с.
22. Селиванов, Н. Ф. Станки и оборудование потоков шпалопиления. Т. 2
[Текст] : справочник / Н. Ф. Селиванов [и др.]. – М. : МГУЛ, 2001. –
313 с.
23. Шишкевич, Ю. Б. Справочник по лесопилению [Текст] /
Ю. Б. Шишкевич. – СПб. : Профикс, 2003. – 195 с.
24. Уласовец, В. Г. Теоретическое обоснование раскроя боковой зоны
пиловочника на пиломатериалы [Текст] : автореферат дисс. … д-ра техн.
наук / В. Г. Уласовец. – Екатеринбург : УГЛТУ, 2006. – 37 с.
310
25. Фергин, В. Р. Теория ирасчет совмещенных поставов [Текст] /
В. Р. Фергин // Деревообрабатывающая промышленность, 2006. – № 4. –
С. 4-6.
26. Червинский, В. А. Программа для расчета на ЭВМ поставов при раскрое
сырья на заготовки [Текст] : методические указания для студентов
специальности 260200 / В. А. Червинский, О. К. Бордакова. – Воронеж,
1990. – 33 с.
27. Черных, П. Г. Основые положения раскроя бревен на радиальные
пиломатериалы с использованием оборудования фирмы «KARA» [Текст]
/ П. Г. Черных, П. П. Черных, Л. В. Ильюшенков //
Деревообрабатывающая промышленность. – 2009. – № 4. – С. 22-24.
28. Янушевич, А. А. Сплайны в моделировании раскроя круглых
лесоматериалов [Текст] / А. А. Янушкевич, М. И. Кулак, М. К. Яковлев //
Лесной журнал. – 1999. – № 2. – С. 68-72.
311
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
3
РАЗДЕЛ 1 РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СЫРЬЯ, ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ЗАГОТОВОК
1. РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ
Глава
1.1. Форма хлыстов и бревен
1.2. Определение объемов хлыстов и бревен
1.3. Основные пороки сырья и их математическое моделирование
1.4. Стандартизация пиловочного сырья
Глава 2. РАЗМЕРНО-КАЧЕСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И
4
4
11
16
23
25
ЗАГОТОВОК
2.1. Пиломатериалы
2.2. Заготовки
2.3. Качество пиломатериалов и заготовок
2.4. Определение объема пиломатериалов и заготовок
25
29
30
34
РАЗДЕЛ 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКРОЯ СЫРЬЯ
Глава 3. РАСКРЯЖЁВКА ХЛЫСТОВ
3.1. Предмет теории раскряжевки хлыстов
3.2. Критерии оптимальности раскряжевки
3.3. Максимизация выхода цилиндрического объѐма брѐвен без учѐта качественных
зон хлыстов
3.4. Алгоритм максимизации выхода цилиндрического объѐма брѐвен
3.5. Максимизациия цилиндрического объема брѐвен при наличии центральной гнили
3.6. Оптимизация раскроя хлыстов на ЭВМ по критерию максимального выхода
пиломатериалов
Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКРОЯ ПИЛОВОЧНЫХ БРЕВЕН
4.1. Способы раскроя бревен
4.2. Критерии эффективности раскроя бревен на пилопродукцию
4.3. Понятие о поставах
4.4. Предмет теории раскроя и этапы ее развития
4.5. Основные положения теории максимальных и оптимальных поставов
4.6. Проектирование поставов на раскрой бревен развальным и брусовым способами
4.7. Исследования последних двух десятилетий
4.8. Раскрой сырья с учетом качественных зон
4.9. Базирование бревен
4.10. Моделирование и оптимизация раскроя бревен на ЭВМ
4.11. План раскроя сырья
4.12. Баланс древесины
Глава 5. НЕКОТОРЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ РАСКРОЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА
35
35
35
36
38
40
43
45
45
51
53
54
56
70
76
91
95
97
106
107
109
ЗАГОТОВКИ
5.1. Методы и способы раскроя
5.2. Распределение сучков на пластях досок хвойных пород
5.3. Теоретические положения раскроя досок на заготовки (по В.С. Ясинскому)
5.4. Моделирование и оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки
109
115
116
120
312
РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
Глава 6. ПОДГОТОВКА СЫРЬЯ К РАСПИЛИВАНИЮ
6.1. Структура технологических операций
6.2. Поставка и приемка лесоматериалов
6.3. Хранение пиловочного сырья
6.4. Раскряжевка хлыстов
6.5. Сортировка и формирование оперативного запаса пиловочных бревен
6.6. Тепловая обработка мерзлой древесины
6.7. Окорка пиловочного сырья
6.8. Нормализация пиловочных бревен
Глава 7. ФОРМИРОВАНИЕ СЕЧЕНИЯ И ДЛИНЫ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
7.1. Структура технологического процесса
7.2. Продольный раскрой бревен
7.3. Обрезка, торцовка и ребровая распиловка пиломатериалов
Глава 8. ЛЕСОПИЛЬНЫЕ ПОТОКИ РАСКРОЯ БРЕВЕН НА ПИЛОМАТЕРИАЛЫ
8.1. Основные понятия
8.2. Потоки на базе лесопильных рам
8.3. Потоки на базе вертикальных ленточнопильных станков
8.4. Потоки на базе горизонтальных ленточнопильных станков
8.5. Потоки на базе круглопильных станков
8.6. Потоки на базе фрезерно-брусующих и фрезернопильных станков
8.7. Гибкие автоматизированные линии
Глава 9. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СЫРЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
9.1. Структура технологического процесса
9.2. Понятие сортировки пиломатериалов и ее стадийность
9.3. Оборудование для сортировки сырых пиломатериалов
9.4. Пакетирование сырых пиломатериалов
9.5. Антисептирование пиломатериалов
Глава 10. ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СУХИХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
10.1. Структура основных операций
10.2. Оборудование для сортировки, торцовки и пакетирования
сухих пиломатериалов
10.3. Устройства для автоматической оценки качества пиломатериалов по жесткости
10.4. Требования к формированию транспортных пакетов
10.5. Упаковывание пиломатериалов
10.6. Хранение пакетированных пиломатериалов
Глава 11. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАСКРОЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ НА
122
122
122
125
127
134
140
142
146
151
151
152
188
199
199
200
205
209
213
220
222
225
225
225
228
232
236
243
243
244
251
252
253
259
261
ЗАГОТОВКИ
11.1. Классификация процессов раскроя пиломатериалов на заготовки
11.2. Структура потоков раскроя пиломатериалов на заготовки
11.3. Технологические процессы производства клееных заготовок
Глава 12. ПРОИЗВОДСТВО СТРОГАНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
12.1. Понятие строганных пиломатериалов
12.2. Схемы процессов получения строганых пиломатериалов
12.3. Оборудование для продольного строгания пиломатериалов
12.4. Качество строганой поверхности
12.5. Дефекты обработки при фрезеровании
261
263
267
272
272
272
274
275
276
313
Глава
13.
МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 277
ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И ЗАГОТОВОК
13.1. Контролируемые параметры
13.2. Средства измерения и регистрации
13.3. Контроль шероховатости поверхности пилопродукции
277
278
283
РАЗДЕЛ 4. ПЕРЕРАБОТКА ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ НА ТОВАРНУЮ ПРОДУКЦИЮ
Глава 14. ПРОИЗВОДСТВО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ
14.1. Характеристика технологической щепы
14.2. Расчет мощности производства щепы
14.3. Технологические процессы производства щепы
14.4. Оборудование для измельчения отходов
14.5. Получение технологической щепы на агрегатном лесопильном оборудовании
14.6. Сортировка щепы
14.7. Измельчение крупной фракции щепы
14.8. Размещение оборудования для производства щепы
14.9. Хранение и погрузка щепы на подвижной состав
Глава 15. ПРОИЗВОДСТВО МЕЛКОЙ ПИЛОПРОДУКЦИИ И ТОПЛИВНЫХ
285
285
288
289
291
296
300
301
302
303
304
БРИКЕТОВ
15.1. Переработка горбылей на пилопродукцию
15.2. Производство топливных гранул
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Библиографический список
304
305
307
308
314
Учебное издание
Болдырев Владимир Семенович
ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОПИЛЬНОДЕРЕВООБРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Учебное пособие
315
Редактор Е.А. Попова
Компьютерный набор и верстка автора
Подписано в печать 12.09.2011. Формат 60×90 /16. Объѐм 19,75 п. л.
Усл. печ. л. 19,75. Уч.-изд. л. 19,34. Тираж 150 экз. Заказ
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
316
Листок для заметок
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
57
Размер файла
13 654 Кб
Теги
болдырев, технология, лесопильно, деревообрабатывающей, производства
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа