«ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ НА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ Учебно-методическое пособие для студентов специальностей 1-46 01 01 Лесоинженерное дело, 1-36 05 01 Машины и оборудование лесного комплекса ...»

Г. И. Завойских, П. А. Протас, В. Н. Лой

ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ

НА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ

ПРЕДПРИЯТИЯХ

Учебно-методическое пособие

для студентов специальностей

1-46 01 01 «Лесоинженерное дело»,

1-36 05 01 «Машины и оборудование

лесного комплекса»

Минск БГТУ 2010 Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Г. И. Завойских, П. А. Протас, В. Н. Лой

ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА

ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ

НА ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ

ПРЕДПРИЯТИЯХ

Рекомендовано учебно-методическим объединением высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области природопользования и лесного хозяйства в качестве учебно-методического пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 1-46 01 01 «Лесоинженерное дело», 1-36 05 01 «Машины и оборудование лесного комплекса»

Минск УДК 630*848(075.8) ББК 43.90я З- Рецензенты:

кафедра «Новые материалы и технологии»

Института повышения квалификации и переподготовки кадров по новым направлениям развития техники, технологии и экономики БНТУ (кандидат технических наук, доцент кафедры Д. В. Макарчук);

кандидат сельскохозяйственных наук, генеральный директор РУП «Белгослес» А. П. Кулагин Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или ее части не может быть осуществлено без разрешения учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет».

Завойских, Г. И.

З-13 Первичная переработка древесного сырья на лесозаготовительных предприятиях : учеб.-метод. пособие для студентов специальностей 1-46 01 01 «Лесоинженерное дело», 1-36 «Машины и оборудование лесного комплекса» / Г. И. Завойских, П. А. Протас, В. Н. Лой. – Минск : БГТУ, 2010. – 133 с.

ISBN 978-985-434-935-0.

В пособии рассмотрены конструкции, принцип работы и технические характеристики оборудования, широко используемого на лесных складах лесозаготовительных предприятий для первичной переработки древесного сырья.

Приведены методики определения основных технико-эксплуатационных показателей данного оборудования, а также освещены вопросы, касающиеся техники безопасности при его эксплуатации.

Предназначено для студентов специальностей «Лесоинженерное дело», «Машины и оборудование лесного комплекса».

УДК 630*848(075.8) ББК 43.90я УО «Белорусский государственный ISBN 978-985-434-935- технологический университет», Завойских Г. И., Протас П. А., Лой В. Н.,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

1. Окорка древесного сырья

1.1. Лабораторная работа № 1. Виды и способы окорки древесного сырья. Роторные окорочные станки………………………... 1.1.1. Виды и способы окорки……………………………….... 1.1.2. Роторные окорочные станки…………………………… Контрольные вопросы………………………………………… 1.2. Лабораторная работа № 2. Оборудование для ножевой и фрезерной окорки лесоматериалов. Групповая окорка…..……... 1.2.1. Ножевые окорочные станки

1.2.2. Продольные фрезерные окорочные станки..………….. 2.1.3. Техника безопасности при работе на дровокольных 3.1. Лабораторная работа № 4. Виды и способы продольной Литература

ПРЕДИСЛОВИЕ

В лесозаготовительном производстве фаза лесоскладских работ помимо основного потока по получению круглых лесоматериалов состоит из производств, осуществляющих первичную переработку древесного сырья, под которой понимается механическая переработка отдельных видов древесного сырья, включающая распиловку, раскалывание, удаление гнили и измельчение. На лесозаготовительных предприятиях такие производства являются дополнительными и имеют свою специфику, так как ориентированы в большей степени на низкокачественную и маломерную древесину и ограничены по объему (как правило, не более 50% годового грузооборота склада). Согласно программам спецкурсов «Технология и оборудование лесных складов», «Технология и машины лесосечных и лесоскладских работ», «Оборудование лесопромышленных предприятий», студенты выполняют лабораторные работы, при проведении которых должное внимание уделяется изучению технологии и механизации перерабатывающих производств.

Настоящее учебно-методическое пособие содержит сведения о станках и установках для первичной переработки древесного сырья и охватывает основные модели оборудования, применяемого на современных лесных складах лесозаготовительных предприятий.

В пособии особое внимание уделяется конструкциям механизмов, принципам их работы, правилам эксплуатации в производственных условиях. Также приведены методики расчета производительности и определения параметров основных узлов оборудования.

Кроме того, рассматривается и оборудование для окорки, широко используемое на лесных складах при первичной обработке древесного сырья, которое, однако, входит также в комплекс перерабатывающих линий.

Пособие соответствует программам курсов «Технология и оборудование лесных складов», «Технология и машины лесосечных и лесоскладских работ» специальности «Лесоинженерное дело», курса «Оборудование лесопромышленных предприятий» специальности «Машины и оборудование лесного комплекса» и является полезным источником информации для студентов других смежных специальностей и инженерно-технических работников предприятий лесного комплекса, осуществляющих первичную переработку древесного сырья.

1. ОКОРКА ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ

Цель занятия: ознакомление с видами и способами окорки; детальное изучение конструкций окорочных станков, применяемых на лесозаготовительных предприятиях, и правил их эксплуатации; приобретение навыков в расчетах окорочного оборудования.

Тема «Окорка древесного сырья» включает две лабораторные работы.

1.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ВИДЫ И СПОСОБЫ ОКОРКИ

ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ. РОТОРНЫЕ ОКОРОЧНЫЕ СТАНКИ

Структура отчета.

1. Понятие окорки, ее назначение.

2. Виды и способы окорки древесного сырья.

3. Устройство и принцип действия роторных окорочных станков, основные технические характеристики оборудования.

4. Правила эксплуатации и техника безопасности при работе на роторных окорочных станках.

5. Расчет основных параметров роторных окорочных станков.

1.1.1. Виды и способы окорки Окорка древесного сырья представляет собой процесс полного или частичного удаления коры. Окоряют как круглые (балансы, рудничную стойку, шпальные и пиловочные бревна), так и пиленые (шпалы) и колотые (технологическое сырье и балансы) лесоматериалы. Это способствует лучшей просушке лесоматериалов для их предохранения от гниения, поражения насекомыми, снижения массы, улучшению качества пропитки бревен антисептиками. Кроме того, благодаря окорке улучшается качество продукции химической переработки древесного сырья, более полно используются отходы лесопиления, улучшается раскрой бревен, увеличивается выход пиломатериалов, повышается производительность лесопильного оборудования, а также уменьшается интенсивность затупления и износа режущего инструмента.

Окорка позволяет вовлечь в сферу производства часть лесоматериалов, заготовленных в лесах, загрязненных радионуклидами, однако данное древесное сырье подвергается окорке непосредственно на лесосеках.

Различают три вида окорки лесоматериалов в зависимости от их назначения – грубую, чистую и частичную (пролыску) (рис. 1.1).

При грубой окорке снимается только кора и на поверхности окоряемых лесоматериалов полностью или частично остается луб, предохраняющий их от растрескивания. Грубой окорке подвергают рудничную стойку, если она в дальнейшем не пропитывается антисептиками, древесное сырье для получения некоторых видов технологической щепы, пиловочные бревна, фанерный и тарный кряж. Чистая окорка (полное удаление коры и луба, а при окорке экспортных лесоматериалов и камбиального слоя) необходима для балансов, используемых в целлюлозном производстве, шпал, столбов линий связи, электропередач и других лесоматериалов, обрабатываемых антисептиками. Вследствие того, что между камбием и древесиной нет ясно выраженной границы, часто под чистой окоркой понимают окорку со снятием поверхностного слоя древесины. При пролыске кора снимается не со всей поверхности, а полосами вдоль продольной оси окариваемых лесоматериалов или пятнами. Пролыска ускоряет высыхание лесоматериалов и применяется при подготовке бревен к сплаву, а также с целью предохранения лесоматериалов от повреждения грибами.

Способы и технические средства окорки. Способы окорки лесоматериалов можно разделить на механический (фрикционный, режущий – воздействием на поверхность лесоматериалов специальным окорочным инструментом или посредством взаимного трения лесоматериалов); гидравлический, пневматический (струйный – воздействие струей жидкости или газа с твердым наполнителем); физикохимический (нагревом камбиального слоя токами высокой частоты, электрогидравлическим ударом и др.).

Гидравлический, пневматический и физико-химический способы окорки не получили конкретного технологического применения.

Окорка гидравлическими струями – наиболее разработанный из нетрадиционных способов окорки, однако энергозатраты при этом способе очень велики (мощность установок 500–800 кВт).

Наибольшее распространение получил механический способ окорки строганием, фрезерованием, скоблением, трением. Строгание, фрезерование и скобление обеспечивают чистую окорку лесоматериалов. При окорке посредством трения (грубая окорка) кора снимается цепями или тупыми рабочими инструментами за счет трения их о поверхность окоряемых лесоматериалов или взаимного трения кряжей.

Окорочные установки делят на установки поштучной (каждый кряж окоряется отдельно) и групповой (окорке подвергаются одновременно несколько десятков или сотен бревен или поленьев) обработки.

По кинематике окорки (относительному перемещению лесоматериала и окорочного инструмента) станки разделяют на продольные;

поперечные и винтовые; роторные (рис. 1.2).

В продольных станках окорочный инструмент расположен равномерно по периметру поперечного сечения окоряемой поверхности, бревно же получает поступательное движение вдоль своей оси навстречу инструменту (либо инструмент перемещается вдоль лесоматериала). Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде продольной ленты.

В винтовых станках бревно совершает сложное движение: вращение вокруг собственной оси с одновременным перемещением вдоль нее. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по винтовой линии.

В поперечных станках бревно вращается и перемещается в направлении, перпендикулярном его оси, при этом происходит окорка лесоматериала на всю его длину. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по окружности.

Рис. 1.2. Классификация окорочных станков по способу окорки, кинематике В роторных станках окорочный инструмент расположен на вращающемся полом роторе, внутри которого и соосно с ним поступательно движется окоряемое бревно. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по винтовой линии.

Наиболее распространенными и отработанными являются способы окорки путем воздействия на поверхность лесоматериалов специальным окорочным инструментом. В качестве окорочного инструмента можно использовать скребки, ножи, ножевые фрезы.

Скребковый инструмент состоит из резца со специально затупленной режущей кромкой или из резца с острой режущей кромкой и углом резания больше 90°. Скребок удаляет кору по камбиальному слою, если прочность последнего значительно ниже прочности поверхностного слоя древесины. При этом затупление рабочей кромки или тупой угол резания препятствуют внедрению скребка в древесину. Если прочность камбиального слоя соизмерима с прочностью древесины, то происходит послойное удаление коры, причем возможно и удаление поверхностного слоя древесины. Для нормальной окорки к скребку необходимо приложить значительную прижимающую силу, которая должна обеспечить продавливание коры рабочей кромкой.

Достоинством скребкового инструмента является возможность грубой окорки при минимальных потерях древесины и высоком качестве окоренной поверхности. Однако эти достоинства реализуются только при окорке свежесрубленной и сплавной древесины при положительных температурах. При окорке подсушенной и мерзлой древесины резко снижаются производительность и качество окорки (под качеством окорки понимают отношение площади окоренных участков к площади коры до окорки), увеличиваются отходы древесины, ухудшается товарный вид.

Ножевой инструмент производит срезание слоя коры заданной толщины острым резцом с углом резания меньше 90°. Основным достоинством ножевой окорки является возможность получения высокого качества окорки без снижения производительности при окорке бревен, обработка которых скребковым инструментом затруднена. К ним относят подсушенные и мерзлые бревна, а также лесоматериалы с прочной и толстой корой. Ножами можно производить грубую и чистую окорку с хорошим качеством поверхности и зачисткой сучковых остатков одновременно с окоркой. Недостатком данного способа являются неизбежные потери древесины, которые возрастают с повышением качества окорки.

Ножевые фрезы представляют собой вращающиеся головки с закрепленными на них ножами. Фрезы обладают теми же достоинствами и недостатками, что и ножевой инструмент. Фрезы во всех случаях сложнее ножей, однако они работают, как правило, с большими скоростями и малыми усилиями резания, что обеспечивает высокое качество окоренной поверхности.

Значительное влияние на процесс окорки оказывает толщина коры и ее сцепление с древесиной. Средние значения толщины коры зависят от породы и диаметра кряжа. Сцепление коры с древесиной резко снижается при увеличении влажности и возрастает с понижением температуры окружающего воздуха, кроме того, оно зависит от времени заготовки древесного сырья – в вегетационный период кора легко отделяется от древесины по камбиальному слою. Все эти факторы необходимо учитывать при выборе способов окорки.

1.1.2. Роторные окорочные станки На лесозаготовительных предприятиях наибольшее распространение получили роторные окорочные станки для поштучной окорки круглых лесоматериалов. Установка ротора на специальном подшипнике допускает высокие скорости вращения, что вместе с возможностью расположения на роторе нескольких окорочных устройств обеспечивает сравнительно высокую производительность станков этого типа. В роторных станках может применяться любой из перечисленных типов окорочных инструментов: скребки, ножи, ножевые фрезы.

Станки выпускают с одним и двумя роторами (окорочными головками). Однороторные станки с короснимателями предназначены для грубой окорки свежесрубленных, преимущественно хвойных пород, двухроторные – для окорки лесоматериалов хвойных и лиственных пород в течение всего года, в том числе и экспортных лесоматериалов.

Однороторный окорочный станок (рис. 1.3) включает: станину, окорочную головку, механизм подачи, привод ротора, привод механизма подачи, подающий конвейер, приемное транспортное устройство, механизм смазки подшипника ротора, электрооборудование и пульт управления.

Двухроторные окорочные станки более сложные по конструкции, так как дополнительно имеют вторую окорочную головку и промежуточную секцию механизма подачи. Наличие второй окорочной головки позволяет увеличить производительность станка и улучшить качество окорки.

Подающая, приемная, промежуточная секции механизма подачи, окорочные головки представляют собой самостоятельные узлы, установленные на общей станине. Подающий конвейер и приемное устройство выполняются в виде отдельных блоков.

Рис. 1.3. Общий вид роторного окорочного станка: 1, 6 – вальцы приемной и подающей секций механизма подачи; 2 – станина; 3, 4 – привод приемной и подающей секций механизма подачи; 5 – привод ротора; 7 – козырек;

8 – подающий конвейер; 9 – окорочная головка; 10 – коросниматель; 11 – ротор Станина окорочных станков представляет собой жесткую сборную конструкцию, состоящую из сварных элементов. На станине монтируются все узлы станка, кроме подающего конвейера, приемного устройства, электрошкафа и пульта. В основании станины имеются отверстия для фундаментных болтов.

Окорочная головка (короснимающий механизм) является основным технологическим узлом станка и состоит из статора, ротора, механизма окорки и ограждений. Статор представляет собой кольцевой корпус со специальными местами для крепления к станине. В статоре на двух подшипниках вращается ротор – массивное полое кольцо, на которое шарнирно крепятся рабочие органы (коросниматели, ножи).

Для привода к ротору крепится шкив, внутри которого размещен механизм прижима короснимателей, обеспечивающий необходимое усилие прижима рабочих органов к поверхности бревна.

Ротор имеет угловую скорость = 10–52 рад/с (100–500 об/мин) и несет на себе несколько окорочных инструментов (короснимателей), вращающихся вокруг бревна. Коросниматели 1 (рис. 1.4) сидят на осях 2, закрепленных на роторе 3. Окариваемый кряж 4, не вращаясь, проходит сквозь ротор. Коросниматели прижимаются к поверхности кряжа при помощи резиновых колец 5 или стальных пружин. В этом случае усилие прижима возрастает с увеличением диаметра окариваемого кряжа. Прижим короснимателей может также осуществляться при помощи гидро- или пневмоцилиндров. В некоторых типах роторных станков коросниматели прижимаются под действием центробежных сил, возникающих в противовесах, закрепленных на осях 2.

Рис. 1.4. Короснимающий механизм роторных окорочных станков: а, б – схемы короснимающего механизма с прижимом короснимателей резиновыми кольцами;

в – схема взаимодействия короснимателя с кряжем при разводе Разведение короснимателей и выход их на поверхность очередного кряжа происходит автоматически, причем каждый коросниматель разводится индивидуально независимо от остальных.

Для этой цели служит специальный элемент короснимателя – разводная кромка 6. Она может иметь различную конфигурацию, но наиболее надежное разведение обеспечивается, если в процессе выхода на поверхность кряжа коросниматель взаимодействует с кромкой торца бревна. Для этого необходимо, чтобы разводная кромка на всем ее протяжении была наклонена от плоскости вращения ротора в направлении подачи бревна на некоторый угол р, равный 5–15° (рис.

1.4, в). В исходном положении (рис. 1.4, а) коросниматели сомкнуты и вращаются вместе с ротором. При нажатии торцом кряжа на коросниматель их разводные кромки врезаются в кромку торца и притормаживаются, вследствие этого коросниматели, поворачиваясь вокруг осей 2, разводятся и выходят на поверхность кряжа.

В некоторых конструкциях роторных окорочных станков для разведения короснимателей используют кромки, отогнутые навстречу движению кряжа. В процессе разведения они взаимодействуют с плоскостью торца кряжа. В этом случае разведение сопровождается значительными деформациями системы коросниматель – кряж, что является причиной частых поломок короснимателей.

В большинстве конструкций короснимающих механизмов сила прижима короснимателей к поверхности окариваемого кряжа может регулироваться только при неподвижном роторе, т. е. при наладке станка. Это вызывает ряд эксплуатационных трудностей при окорке нерассортированных по диаметрам лесоматериалов разных пород с корой, имеющей различные толщину и влажность. Изменять силу прижима короснимателей, не останавливая ротор, можно, если для прижима используются пневмо- или гидроцилиндры. Сжатый воздух или рабочая жидкость поступает в цилиндры от насосной станции через регулирующую аппаратуру, расположенную около станка и дающую возможность оператору во время вращения ротора изменять давление в цилиндрах. Управляемый механизм прижима значительно расширяет возможности роторного станка, но требует установки сложного и дорогостоящего оборудования для подачи воздуха или рабочей жидкости в цилиндры, расположенные на вращающемся роторе.

Привод ротора состоит из электродвигателя и клиноременной передачи. Для изменения частоты вращения ротора используются многоскоростные электродвигатели или сменные шкивы. Электродвигатель привода ротора монтируется обычно на станине над окорочной головкой.

Скребковый окорочный инструмент отделяет кору по камбиальному или лубяному слою путем ее скалывания и отрыва.

Характер отделения коры зависит от соотношения пределов прочности на скалывание коры по слою камбия (или луба) и смятие по линии давления передней грани скребка. При непрочном лубе кора отрывается в виде непрерывной ленты, оставляя гладкую чистую поверхность древесины. При прочном сцеплении кора под действием скребка разрушается, впереди него образуется уплотненный гребень, мешающий углублению скребка до древесины; коросниматель выходит на поверхность коры, оставляя значительную часть ее нетронутой.

Основным признаком, характеризующим сцепление коры с древесиной, является влажность коры. С уменьшением влажности сцепление увеличивается, и качество окорки резко ухудшается. Лесоматериалы хорошо окариваются при влажности коры не менее 50–55%, при влажности ниже 40–45% окорку проводить затруднительно. Большое влияние на условия окорки оказывает также температура коры и наружных слоев древесины. При низкой температуре влага, находящаяся в коре и заболони, переходит в лед, в результате прочность коры оказывается равной прочности древесины, а сила сцепления возрастает в несколько раз. Поэтому мерзлая древесина очень трудно поддается окорке. Для облегчения окорки на станках с тупыми короснимателями мерзлую древесину нужно предварительно оттаять, а сухую – увлажнить.

Для получения требуемого качества окорки скребкам необходимо придать соответствующую форму, установить достаточную силу прижима к поверхности кряжа и обеспечить их воздействие на всю поверхность.

Рабочая часть скребка (рис. 1.5, а, б) обычно имеет форму клина с затупленной режущей кромкой. Угол заострения кулачка = 30–50°, радиус закругления режущей кромки = 1–3 мм, длина контактной площадки (ширина скребка) b = 25–60 мм.

Рис. 1.5. Окорочный инструмент роторных окорочных станков:

а, б – скребковый окорочный инструмент; в – ножевой окорочный инструмент; г – схема взаимодействия короснимателя с остатками сучьев; д – схема установки конических фрез на роторе станка Радиус закругления оказывает существенное влияние на качество окорки. С уменьшением улучшается окоряющая способность кулачка, но повышается опасность повреждения древесины. При окорке сплавной и свежесрубленной древесины принимают большие значения, а при окорке сухой и мерзлой древесины – меньшие. При окорке древесины с температурой ниже –10°С величину снижают до 0,1–0,3 мм, при этом процесс снятия коры по камбиальному слою переходит в резание и часть древесины превращается в отходы (стружку).

Сила прижима скребка к поверхности кряжа должна составлять от 15 до 25 кН на 1 м ширины скребка. Для окорки мерзлой древесины без оттаивания эта сила должна возрасти до 30 кН/м. При увеличении давления до 35–40 кН/м начинается разрушение древесины.

Для высокого качества окорки и снятия коры со всей поверхности окариваемого кряжа необходимо, чтобы траектории, описываемые каждым скребком на поверхности кряжа, перекрывали друг друга.

Скорость подачи кряжа (м/с) определяется по формуле где – угловая скорость ротора, рад/с; b – ширина скребка, м; z к – число одноименных короснимателей на роторе; – коэффициент перекрытия (для нормальных условий = 2, при окорке мерзлой древесины = 3–5).

Мощность (Вт), необходимая для приведения в действие ротора, определяется по формуле где Pр – сила сопротивления окорке на одном короснимателе, Н; v – скорость резания короснимателем, м/с; G р – вес ротора, Н; п – коэффициент трения в подшипнике ротора; v п – окружная скорость подшипника ротора, м/с; р – КПД передачи от двигателя к ротору.

Скорость резания короснимателем определяется из выражения где v 1 – окружная скорость короснимателя.

В связи с тем, что величина v 1 во много раз превышает u, практически можно считать, что v = v 1, следовательно, где d к – диаметр окариваемого кряжа, м.

Окружная скорость подшипника ротора равна v п = 0,5 D п ·, где D п – диаметр подшипника ротора, м.

Сила сопротивления окорке на одном короснимателе состоит из усилия, затрачиваемого на отделение коры и силы трения:

где k 0 – линейное сопротивление окорке на 1 м ширины снимаемой полосы коры, Н/м (для свежесрубленной сосны k 0 = 3–4 кН/м); b 0 – ширина полосы коры, снимаемой одним короснимателем, м; F п – усилие прижима короснимателя к поверхности кряжа, Н; к – коэффициент трения короснимателя о древесину, к = 0,18–0,2.

Таким образом, мощность для привода ротора равна Установленную мощность двигателя привода ротора выбирают по мощности, требуемой для окорки наиболее толстых кряжей с максимальной скоростью подачи.

Ножевой окорочный инструмент представляет собой коросниматель, на конце которого установлены один или несколько острых резцов. Конструкции ножевого инструмента различают по числу режущих кромок, их очертаниям, взаимному положению и расположению относительно обрабатываемого кряжа.

Ножевой коросниматель (рис. 1.5, в) состоит из державки 1, разводной кромки 4, копира-ограничителя 3 и ножа 2. Нож имеет две основные и одну вспомогательную режущие кромки. Основные режущие кромки, непараллельные оси ротора, расположены в плоскости, параллельной копирующей поверхности. Угол между основными режущими кромками составляет = 140–160°. Вспомогательная режущая кромка служит для перерезания волокон коры и древесины. Толщину срезаемого слоя коры и древесины, называемую глубиной окорки Н 0, регулируют выпуском ножа h н относительно копираограничителя.

Отличительной особенностью рассматриваемого ножевого инструмента является его способность производить резание вдоль волокон при движении ножа в направлении поперек волокон. Тем самым обеспечивается получение гладкой окоренной поверхности, соответствующей требованиям к окорке экспортных балансов и других лесоматериалов, для которых регламентируется товарный вид продукции.

Ножевой инструмент можно использовать как для одностадийной, так и для двухстадийной окорки. Одностадийную окорку целесообразно применять для обработки подсушенных и мерзлых бревен, а также лесоматериалов с прочной и толстой корой. Двухстадийную окорку – для экспортных балансов, пропсов, столбов, шпального кряжа и др. В этих случаях на первом этапе производится удаление коры по камбиальному слою скребковым инструментом, а на втором этапе ножевым инструментом производится удаление остатков коры, сучьев и камбиального слоя. Ножевой инструмент на роторных станках можно использовать для зачистки сучковых остатков без окорки. Для этих целей целесообразно применять ножи, лезвие которых параллельно оси ротора.

Применение ножевого инструмента значительно расширяет возможности роторных окорочных станков, поэтому конструкция роторного станка должна предусматривать возможность замены скребкового инструмента на ножевой без существенной переналадки самого станка. Роторные станки для чистой окорки целесообразно делать двухроторными с установкой на первом скребкового, а на втором ножевого инструмента.

С учетом затрат энергии на трение копира о поверхность бревна и трения в подшипнике ротора мощность привода ротора при ножевой окорке на роторных станках определяется по формуле где k – удельная работа резания, Дж/м3 (при срезании коры и частично древесины k = 5–7 МДж/м3, при срезании поверхностного слоя древесины k = 10–12 МДж/м3); H 0 – глубина окорки (толщина срезаемого слоя), м; к – коэффициент трения скольжения копира о древесину.

Сила резания определяется по формуле Роторные фрезерные станки можно оснащать цилиндрическими или коническими фрезами. Чаще всего на роторных станках фрезы имеют вид плоско-конических дисков (рис. 1.5, д), несущих на себе ножи с прямолинейной режущей кромкой. Ножи выступают над поверхностью диска, который является копиром-ограничителем. При вращении фрезы каждый нож срезает стружку переменного сечения.

Максимальная толщина стружки соответствует выпуску ножей над поверхностью диска. Глубина окорки превышает толщину стружки.

Плоскоконические фрезы производят резание коры и древесины вдоль волокон при высоких скоростях резания, поэтому обеспечивается гладкая окоренная поверхность и хороший товарный вид. Это обстоятельство определило область применения роторных фрезерных станков для чистой окорки балансов, столбов и шпальных кряжей.

Недостатком роторных фрезерных станков является обратно пропорциональная зависимость глубины окорки от диаметра окариваемого кряжа. При окорке бревен различных диаметров выпуск ножей должен быть таким, при котором глубина окорки равна толщине коры на бревнах максимального диаметра. При окорке бревен меньших диаметров глубина окорки увеличивается, что вместе с уменьшением толщины коры (ее можно считать прямо пропорциональной диаметру кряжа) приводит к значительным потерям древесины при окорке.

Кроме того, фрезерный окорочный инструмент во всех случаях значительно сложнее ножевого, поэтому применение роторных фрезерных станков оправдано лишь тогда, когда по каким-либо причинам не могут быть применены ножевые станки.

Подающие механизмы на роторных окорочных станках должны выполнять следующие функции: осуществлять продольную подачу кряжа, центрировать кряж относительно оси ротора, не допускать проворачивания кряжа под действием усилия окорки. В роторных окорочных станках наиболее распространены вальцовые подающие механизмы. Они бывают трех- и четырехвальцовые.

В трехвальцовом механизме (рис. 1.6, а) оси поворота рычагов вальцов перпендикулярны плоскости вращения ротора и расположены в вершинах равностороннего треугольника. Вальцы 2 прижимаются к поверхности окариваемого кряжа при помощи пружины 1. Между собой вальцы связаны тягами 3, благодаря чему они разводятся на строго одинаковую величину и окариваемые кряжи любых диаметров оказываются сцентрированными относительно оси ротора. Четырехвальцовый механизм (рис. 1.6, б) состоит из пары вертикальных 5 и пары горизонтальных вальцов 2, прижимаемых к поверхности окариваемого кряжа 1 при помощи пружины 7. Зубчатые секторы 4, связанные с рычагами 3, обеспечивают расхождение вальцов на одинаковую величину от оси ротора 6.

Рис. 1.6. Подающие механизмы роторных окорочных станков:

а – трехвальцовый; б – четырехвальцовый; в – центрирующий транспортер В механизмах подачи с четырьмя и более вальцами седлообразной формы (рис. 1.3) вальцы располагаются только горизонтально и прижимаются к поверхности бревна пружинами. Рычаги вальцов снабжены устройствами, обеспечивающими разведение вальцов на одинаковую величину от оси ротора. Центрирование в горизонтальной плоскости осуществляется за счет седлообразной формы вальцов.

В качестве подающего механизма также может применяться подпружиненный транспортер 1 (рис. 1.6, в), работающий совместно с вальцом 3. Тяга 2, соединяющая рычаг вальца с рамой транспортера, обеспечивает центрирование кряжа.

Подача на роторных окорочных станках может также производиться гусеничным подающим механизмом. Он состоит из двух гусениц, сблокированных между собой зубчатыми секторами.

Для надежного захватывания подаваемого кряжа вальцами и саморазведения вальцов диаметр последних d в должен удовлетворять следующему неравенству: d в > d max – а, где d max – наибольший диаметр окариваемых кряжей; а – расстояние между образующими сведенных вальцов (всегда меньше наименьшего диаметра окариваемого кряжа).

Вальцы на станке расположены до ротора (подающий механизм) и за ним (извлекающий механизм). От расстояния между подающими и извлекающими вальцами зависит минимальная длина кряжей, которые могут быть пропущены через окорочный станок. Подающие и извлекающие вальцы должны зажимать окариваемый кряж с такой силой, чтобы не допустить его вращение под действием усилий окорки.

Это условие обеспечивается при соблюдении неравенства где m в – минимальное число вальцов, удерживающих наиболее короткий кряж; Q в – сила прижима вальца к окариваемому кряжу; в – коэффициент сцепления вальца с кряжем; z к – число короснимателей, взаимодействующих с кряжем; P р – сопротивление окорке на одном короснимателе.

Кроме силы сопротивления окорке на коросниматель действует перпендикулярная ей сила сопротивления подачи где – угол подъема винтовой линии следа короснимателя на поверхности бревна.

Привод механизма подачи окорочных станков состоит из электродвигателя, редуктора, зубчатых, цепных, ременных передач, включающих в себя муфты, коробки передач, сменные шкивы.

Мощность привода подачи определяется по формуле где u – КПД передачи от двигателя к вальцам.

Мощность привода подачи должна быть достаточной (с учетом перегрузочной способности двигателя) для разведения короснимателей и выхода их на поверхность бревна где P р1 – усилие подачи, необходимое для разведения одного короснимателя; k пер – коэффициент перегрузочной способности двигателя, k пер = 1,8–2.

Механизм смазки подшипника ротора предназначен для подачи масла в главный подшипник ротора. Он включает в себя гидробак, гидронасос, фильтры, дроссель, клапаны и трубопроводы. Количество масла, поступающего в подшипник ротора, регулируется дозирующим устройством, установленным в напорной магистрали на статоре окорочной головки. Некоторые станки не имеют механизма для принудительной подачи масла, и оно поступает в подшипники ротора самотеком.

Подающий конвейер цепной или роликовый. Он предназначен для подачи бревна в станок и его предварительного центрирования по оси станка. Весь конвейер или его отдельные ролики имеют пружинную подвеску и опускаются под действием массы бревна, которая зависит от его диаметра. Таким образом, осуществляется предварительное центрирование бревна по оси станка.

В некоторых моделях станков на лотке конвейера сверху установлен козырек, который шарнирно связан с лотком. Поступающее на конвейер бревно зажимается между цепью конвейера и козырьком, центрируется и подается в вальцы механизма подачи. Подающий конвейер, как правило, приводится от привода механизма подачи станка через цепную передачу.

Приемное транспортное устройство представляет собой подпружиненный ролик, лоток, лоток с роликом, цепной или роликовый конвейер. Устройство предназначено для удержания окариваемого бревна по оси станка и транспортировки его после обработки к следующему механизму. Приемное устройство приводится от привода механизма подачи станка через цепную передачу или выполняется неприводным.

Электрооборудование и аппаратура управления станка включает электродвигатели, электрошкаф, электроблокировки и пульт управления. На пульте управления расположены кнопки и переключатели для управления окорочным станком и связанными с ним механизмами.

Производительность роторного окорочного станка определяется состоянием окариваемых лесоматериалов (сухие, мерзлые, сплавные, свежесрубленные) и их средним диаметром. Предельные значения производительности станка одной и той же марки могут отличаться в несколько раз, поэтому в каждом отдельном случае производительность следует рассчитывать исходя из конкретных условий работы.

Производительность можно определить по формуле где 1 – коэффициент использования рабочего времени; 2 – коэффициент загрузки станка; u – скорость подачи кряжа, м/с; V кр – средний объем кряжей, м3; l кр – средняя длина обрабатываемых кряжей, м.

Конструкции роторных окорочных станков.

Окорочный станок ОК-35М предназначен для окорки рудничной стойки и балансов длиной 1,5–6,5 м и диаметром от 7 до 30 см. Угловая скорость ротора 45 рад/с, диаметр просвета ротора 0,35 м. Скорость продольной подачи кряжа 0,4–0,6 м/с, мощность привода станка 21 кВт.

Производительность станка составляет 8–13 м3/ч, масса – 3325 кг.

Станок ОК-35М (рис. 1.7) с кольцевой (роторной) головкой имеет станину, статор и ротор. Станина станка несет на себе статор с ротором и привод. На роторе шарнирно укреплены пять короснимателей, конструкция которых показана на рис. 1.5, а. Для продольного перемещения кряжа применяются два трехвальцовых механизма (рис. 1.6, а), которые располагаются на статоре по обе его стороны. Вальцы крепятся к статору шарнирно, каждый из них приводится в движение парой конических зубчатых колес и общей цепной передачей. Вальцы соединены между собой тягами, под действием которых они поворачиваются все одновременно на одинаковый угол в зависимости от диаметра окоряемого кряжа, обеспечивая его центрирование. Прижим вальцов к поверхности кряжа осуществляется резиновыми кольцами с масляным демпфером, смягчающим удар при сходе вальцов с кряжа.

Рис. 1.7. Роторный окорочный станок ОК-35М: а – общий вид;

б – кинематическая схема привода; 1 – станина; 2 – статор;

3 – ротор; 4 – прижим вальцов; 5 – питающие вальцы;

6 – клиноременная передача; 7 – цепная передача;

8 – коническая зубчатая передача; 9 – ведущий вал На рис. 1.8 приведена кинематическая схема привода ножевого ротора и механизма подачи. Ножевой ротор 1 приводится во вращение от электродвигателя 13 через клиноременный шкив 12, установленный на валу двигателя. С этого шкива вращение через клиноременную передачу передается на шкив ротора.

Рис. 1.8. Кинематическая схема окорочного станка ОК-35М: а – механизм Привод механизма подачи осуществляется от двухскоростного электродвигателя. Через клиноременные шкивы 11 и 7 движение передается на приводную звездочку 9, а от нее бесконечной цепью 3 – трем приводным звездочкам 10.

От этих звездочек через конические шестерни 14 и 5 приводятся во вращение ролики (рябухи) 8. Для нормальной работы цепи предусмотрены две поддерживающие звездочки 2 и одна натяжная 4. Вальцы установлены на коленообразных рычагах 6.

Разновидностью станка ОК-35М является станок ОК-35К, предназначенный для окорки короткомерных сортиментов длиной от 0, до 6 м. Механизм продольного перемещения кряжей в этом станке имеет по два ряда вальцов с каждой стороны, угловая скорость вращения ротора 21 рад/с, скорость перемещения кряжей 0,13–0,70 м/с.

Производительность станка составляет 7–12 м3/ч. Остальные параметры аналогичны станку ОК-35М.

Станок ОК-36 также предназначен для окорки тонкомерных сортиментов. На его роторе имеются четыре короснимателя и четыре ножа для зачистки сучьев. Коросниматели и ножи прижимаются к поверхности окоряемых бревен с помощью специальных гидроцилиндров, вмонтированных вместе с гидроприводом во вращающийся ротор. Механизм продольного перемещения лесоматериалов – гусеничный. Угловая скорость вращения ротора 37 рад/с, скорость продольной подачи кряжей 0,15–0,40 м/с. Мощность привода станка 28 кВт.

Роторный окорочный станок ОК-66М имеет такое же устройство, как и станок ОК-35М. Он применяется для окорки бревен длиной от до 7,5 м и диаметром 10–58 см. Угловая скорость ротора 20 рад/с, диаметр просвета ротора 0,66 м. Скорость продольной подачи бревен от 0,1 до 0,7 м/с, мощность привода 38 кВт. Производительность станка составляет 15–25 м3/ч, масса – 8070 кг.

Станок ОК-40М, в отличие от станка ОК-66М, имеет две окорочные головки, одна из них с пятью короснимателями предназначена для снятия коры, а другая с четырьмя зачистными ножами – для зачистки сучьев. Вместо зачистных ножей можно также устанавливать коросниматели, в этом случае окоренная поверхность получается более чистой. Роторы станка вращаются в противоположных направлениях. На станке можно окорять балансы и рудничную стойку длиной 1,5–7,5 м, диаметром от 6 до 35 см. Частота вращения роторов 5,8 с–1, скорость продольной подачи лесоматериалов 0,2–1,2 м/с. Общая мощность приводов 29,7 кВт.

Станки ОК40-1, ОК63-1, ОК80-1 (рис. 1.9) выполнены по одной схеме на основе конструктивного их подобия по общей компоновке и унификации основных узлов. Они имеют: роторную окорочную головку с короснимателями; подающий и приемный двухцепные транспортеры с подпружиненными роликами на концах; механизм продольного перемещения окоряемых лесоматериалов, представляющий собой попарно расположенные впереди и сзади головки питающие вальцы с прижимно-центрирующим устройством, обеспечивающим совпадение продольной оси лесоматериала с осью вращения окорочной головки. В зависимости от требований, предъявляемых к чистоте поверхности окоренных лесоматериалов, эти станки могут иметь одну или две роторные головки, первая головка предназначается для грубой окорки, вторая – для зачистки остатков сучьев и чистой окорки лесоматериалов. Поверхность питающих вальцов имеет шевроны, обеспечивающие надежное сцепление с поверхностью окоряемых материалов и надрезание коры.

Окорочная головка у этих станков выполнена в виде отдельного механизма с индивидуальным приводом. В отличие от станков ОК-35М и ОК-66М прижим короснимателей осуществляется металлическими пружинами.

Рис. 1.9. Схема роторных окорочных станков ОК40-1, ОК63-1 и ОК80-1:

1 – подающий двухцепной транспортер; 2 – трехскоростные электродвигатели;

3 – вальцовый механизм продольного перемещения лесоматериалов; 4 – окорочная роторная головка; 5 – двухскоростной электродвигатель; 6 – насосная станция;

7 – приемный двухцепной транспортер; 8 – подпружиненный ролик;

Окорочные станки унифицированной гаммы ОК40-1, ОК63-1, ОК80-1 не имеют принципиальных конструктивных отличий, но каждый из них предназначен для окорки бревен определенных диаметров.

Станок ОК40-1 применяют для окорки балансов и рудничной стойки диаметром от 6 до 35 см и длиной 1,5–6,5 м. Диаметр просвета ротора 0,4 м, частота вращения ротора 4–6 с–1. Станок имеет 8 короснимателей и 2 надрезающих ножа. Скорость продольной подачи кряжа 0,2–1,2 м/с, мощность привода станка 37,1 кВт. Производительность станка составляет 10–15 м3/ч, масса – 10500 кг. В станке ОК40- могут быть установлены три ряда рабочих органов: ножи для надрезания коры, скребковый инструмент, ножевой окорочный инструмент.

Станок ОК63-1 применяют для окорки круглых лесоматериалов диаметром от 10 до 55 см и длиной 2,7–7,5 м. Диаметр просвета ротора 0,63 м, частота вращения ротора 2,5–3,6 с–1. Станок имеет 5 короснимателей и 2 надрезающих ножа. Скорость продольной подачи кряжа 0,2–1,0 м/с, мощность привода станка 37,1 кВт. Производительность станка составляет 25–30 м3/ч, масса – 14 100 кг.

Станок ОК80-1 применяют для окорки круглых лесоматериалов диаметром от 14 до 70 см и длиной 2,7–7,5 м. Диаметр просвета ротора 0,8 м, частота вращения ротора 2,5–3,4 с–1. Станок имеет 6 короснимателей и 6 надрезающих ножей. Скорость продольной подачи кряжа 0,2–1,0 м/с, мощность привода станка 71,1 кВт. Производительность станка составляет 25–35 м3/ч, масса – 20 670 кг.

Окорочный станок ОК100-1 предназначен для окорки крупномерных сортиментов длиной от 2,7 м и диаметром от 20 до 90 см и существенно отличается от остальных станков. Главной его особенностью является автоматическая установка окорочной головки по оси окариваемого бревна. В станке применена автоматическая система управления механизмом центрирования окорочной головки относительно оси окоряемого лесоматериала, а также прижимными вальцами, расположенными наклонно с двух сторон бревна. Частота вращения ротора 2,5 с–1, скорость продольной подачи ступенчатая 0,10–0,75 м/с.

Станок имеет 6 короснимателей и 2 надрезающих ножа. Мощность электродвигателей – 90,3 кВт.

В настоящее время в Российской Федерации выпускают станки новой унифицированной гаммы: однороторные ОК40-2, ОК63-2, ОК80-2, ОК100-2 и двухроторные 2ОК40-1, 2ОК63-1, 2ОК80-1.

Технические характеристики однороторных окорочных станков приведены в таблице.

Технические характеристики однороторных окорочных станков Длина лесоматериалов, м 1,5–6,5 2,7–7,5 2,7–7,5 2,7–20, Частота вращения ротора, мин–1 200; 270; 150; 200; 150; 200 110; Окорочный станок 2ОК40-1, в отличие от станка ОК40-2, имеет две окорочные головки и применяется для окорки круглых лесоматериалов длиной 2,5–6,5 м. Дополнительно станок имеет три зачистных ножа. На станке установлены четыре электродвигателя общей мощностью 56 кВт. Производительность станка составляет 21 м3/ч, масса – 9600 кг.

Окорочный станок 2ОК63-1, в отличие от станка ОК63-2, также имеет две окорочные головки и дополнительно три зачистных ножа. На станке установлены пять электродвигателей общей мощностью 75 кВт.

Производительность станка составляет 42 м3/ч, масса – 13 000 кг.

Двухроторный окорочный станок 2ОК80-1, в отличие от станка ОК80-2, имеет пять электродвигателей общей мощностью 137 кВт.

Производительность станка составляет 71 м3/ч, масса – 23 000 кг.

На лесозаготовительных предприятиях находят применение финские окорочные станки, выпускаемые АО «Валлон Коне»: VK 26MX для окорки бревен; VK 26SMX, VK 32SX, VK 450 и другие для окорки бревен и хлыстов, а также шведские станки типа «Камбио».

Станок VK 450 выполнен по схеме, приведенной на рис. 1.3, имеет ротор с 6 ножами, которые прижимаются гидравлически с помощью быстродействующих предварительно растянутых резиновых пружин. Шарикоподшипник ротора смазывается автоматически. Подающий транспортер при помощи гидросистемы центрирует бревно по его диаметру. Механизм подачи состоит из взаимно синхронизированных верхних и нижних пар подающих вальцов, продолжающих центрирование бревна после подающего транспортера. Рабочее давление каждой пары подающих вальцов регулируется бесступенчато.

Открытие верхних и нижних вальцов синхронизировано промежуточными штангами. Специальные, сконструированные при помощи ЭВМ коросниматели со сменными твердосплавными режущими пластинками легкодоступны при обслуживании.

Станок обрабатывает бревна хвойных и лиственных пород диаметром от 8 до 47 см и длиной от 2 м. Скорость подачи 0,58–1,33 м/с.

Потребляемая мощность около 78,2 кВт, в том числе: привод ротора – 45 кВт, привод механизма подачи – 2 электродвигателя по 11 кВт, подающий транспортер – 11 кВт, насос смазки ротора – 0,18 кВт. Масса станка с подающим транспортером составляет 10 080 кг.

Станок VK 26MX работает в полностью автоматическом режиме, применять его рекомендуется на предприятиях с годовым объемом переработки до 100 тыс. м3. Подпружиненные коросниматели имеют гидравлически регулируемую силу прижима. Станок обрабатывает бревна диаметром от 8 до 62 см и длиной от 1,8 м. Скорость подачи до 0,83 м/с. Потребляемая мощность около 52,5 кВт, в том числе: привод ротора – 45 кВт, привод механизма подачи – 7,5 кВт. Масса станка с подающим транспортером составляет 8600 кг.

Станки типа «Камбио» существенно различаются по конструкции от станков фирмы АО «Валлон Коне» и выполнены аналогично станкам ОК-66М и ОК-35М.

Станок Камбио 70-35АА предназначен для окорки лесоматериалов длиной от 2 м и диаметром от 5 до 35 см. Частота вращения ротора 7,3 с–1, скорость продольной подачи кряжа 0,5–0,8 м/с, мощность привода станка 19 кВт, масса 1300 кг.

Станок Камбио 85-66А предназначен для окорки лесоматериалов длиной от 3 м и диаметром от 10 до 65 см. Частота вращения ротора 3,7 с–1, скорость продольной подачи кряжа 0,60–1,05 м/с, мощность привода станка 55,3 кВт, масса 5500 кг.

Станок Камбио 70-86АА предназначен для окорки лесоматериалов длиной от 3,5 м и диаметром от 12 до 86 см. Частота вращения ротора 2,5 с–1, скорость продольной подачи кряжа 0,2–0,4 м/с, мощность привода станка 60 кВт, масса 12 800 кг.

1. Понятие и назначение окорки лесоматериалов.

2. Виды, способы и технические средства окорки.

3. Охарактеризуйте окорочный инструмент.

4. Какие основные узлы включает роторный окорочный станок?

5. Принцип работы роторного окорочного станка.

6. Как найти мощность, необходимую для привода ротора?

7. Типы и принцип работы подающих механизмов.

8. Как найти мощность привода подачи?

9. Запишите формулу расчета производительности роторных окорочных станков.

10. Принцип работы, применение и особенности конструкции одно- и двухроторных окорочных станков.

11. Марки роторных окорочных станков.

12. Какие станки входят в унифицированную гамму, в чем их отличия?

13. Приведите основные технические характеристики роторных окорочных станков.

14. Назовите конструктивные отличия станков VK и «Камбио».

1.2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ОБОРУДОВАНИЕ

ДЛЯ НОЖЕВОЙ И ФРЕЗЕРНОЙ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

ГРУППОВАЯ ОКОРКА

Структура отчета.

1. Виды окорочного оборудования для ножевой и фрезерной окорки лесоматериалов, его назначение.

2. Устройство и принцип действия ножевых и фрезерных окорочных станков, основные технические характеристики оборудования.

3. Достоинства и недостатки различных типов станков.

4. Правила эксплуатации и техника безопасности при работе на окорочных станках.

5. Расчет основных параметров ножевых и фрезерных окорочных станков.

1.2.1. Ножевые окорочные станки Продольные ножевые окорочные станки предназначены для грубой окорки рудничной стойки и бревен свежесрубленной, мерзлой и сухой древесины с одновременной зачисткой сучьев высотой до 3 см и диаметром до 5 см. Режущий механизм этих станков состоит из нескольких ножей 2 (рис. 1.10, а), объединенных в ножевую головку и прижимаемых пружинами 1 к поверхности окариваемого кряжа 3.

Толщина срезаемой стружки ограничивается копирами 5. Четырехзвенный механизм 4 обеспечивает постоянную глубину окорки при изменении диаметра кряжа. Разводятся ножи торцом движущегося кряжа при помощи рычагов копиров 5, образующих воронку. Число ножей зависит от назначения станка: для снятия коры со всей поверхности кряжа применяют две последовательно установленные ножевые головки, каждая из которых имеет по нескольку ножей. Вторая головка повернута относительно первой на 45° (при четырех ножах), что обеспечивает полное перекрытие ножами всей поверхности окариваемого кряжа. Для пролыски достаточно одной ножевой головки, несущей три – четыре ножа.

Копир обычно устанавливают так, чтобы резание происходило по камбиальному слою; при увеличении толщины стружки начинает срезаться также и слой древесины. Одновременно с окоркой ножи зачищают сучья.

Для грубой окорки на станках строгающего типа можно применять также ножи 1 звездчатой формы (рис. 1.10, б), свободно сидящие на концах подпружиненных рычагов 2. При встрече с сучками, наплывами или другими препятствиями ножи поворачиваются вокруг своих осей, «перешагивая» это препятствие.

Подачу (проталкивание) кряжа сквозь режущий механизм 2 могут производить упоры 1 (рис. 1.10, в), закрепленные на непрерывно движущейся цепи подающего транспортера 3. Окоренный кряж из режущего механизма в этом случае выталкивается передним торцом следующего кряжа.

Другим типом подающего механизма (рис. 1.10, г) является толкатель 1, получающий через шатун 6 возвратно-поступательное движение от непрерывно движущейся цепи 4. Кряж, упираясь в головку толкателя 1, центрируется за счет ее скосов и надвигается в режущий механизм 2 до тех пор, пока упор зубчатой рейки 5 не упрется в амортизатор ограничителя 3. Окоренный кряж из режущего механизма 2 в этом случае выталкивается штангой 8, выдвигаемой (при помощи шестерни 7) из толкателя 1 при упоре зубчатой рейки 5 в ограничитель 3, при этом скорость движения штанги 8 оказывается в 2 раза большей, чем скорость толкателя 1.

Рис. 1.10. Продольные ножевые окорочные станки: а – режущий механизм с плоскими ножами; б – режущий механизм со звездчатыми ножами;

в – подающий механизм с упором; г – подающий механизм с толкателем После остановки толкатель 1 возвращается в исходное положение, противоположным концом штанги 8 упирается в ограничитель и через шестерню 7 возвращает зубчатую рейку 5 в исходное положение.

Мощность и сила резания в продольных ножевых окорочных станках определяются по формулам:

где z к – число ножей; k – удельная работа резания, Дж/м3; b – ширина стружки, снимаемой одним ножом, м; H 0 – толщина срезаемого слоя коры и древесины, м; P т – сила трения в подающем механизме, Н; v – скорость резания (скорость проталкивания кряжа через режущий инструмент), м/с; р – КПД передачи от двигателя к толкателю.

Величина удельной работы резания k при срезании коры и частично древесины составляет 6,8–11,8 МДж/м3, при отделении коры по камбиальному слою 1,5–2,5 МДж/м3. Большие значения действительны при срезании тонкой стружки (H 0 = 1–2 мм), а меньшие – толстой стружки (H 0 = 6–7 мм).

При окорке всей поверхности кряжа (т. е. при расположении ножей в несколько рядов и z к b > d, где d – диаметр окариваемого кряжа, м) мощность определяется Часовая производительность продольных ножевых окорочных станков с подачей толкателем составляет где 1 – коэффициент использования рабочего времени; 2 – коэффициент загрузки станка; 3 – коэффициент, учитывающий время на выдвижение штанги толкателя ( 3 = 0,90–0,95); v – скорость движения толкателя, м/с; V кр – средний объем кряжей, м3; l – ход толкателя, м.

На производстве применяют продольные ножевые или окорочнозачистные станки ЛО-23 и ЛО-24. Режущий механизм выполнен по схеме, приведенной на рис. 1.10, а, и состоит из двух последовательно расположенных ножевых головок, в каждой головке – по четыре ножа.

Подающий механизм – толкатель, совершающий поступательновозвратное движение (рис. 1.10, г). Станок ЛО-23 окаривает кряжи длиной 1,5–3 м и диаметром от 8 до 28 см. Скорость движения толкателя 1,5 м/с, мощность двигателя 28 кВт. Подлежащие окорке кряжи подаются в станок автоматическим питателем. Станки ЛО-24 отличаются только тем, что могут окаривать бревна длиной 1,5–6,5 м.

Дисковый станок ОД-1 (рис. 1.11) применяют для чистой окорки лесоматериалов, особенно экспортных балансов.

Рис. 1.11. Дисковый окорочный станок ОД-1: а – схема общего вида;

б – кинематическая схема; 1 – конический ножевой диск; 2 – вал диска;

3 – приводной шкив; 4 – ножи; 5 – педаль; 6 – направляющая рамка;

7 – рычаг; 8 – направляющий ролик; 9 – питающий валец; 10 – качающаяся рамка; 11 – цепная передача; 12 – коническая зубчатая передача;

13 – ролик приемного транспортера; 14 – подающий транспортер Конический ножевой диск вращается в горизонтальной плоскости на вертикальном валу, приводимом в движение посредством полуперекрестной ременной передачи. Диаметр диска 1000 мм, угловая скорость 47 рад/с. На конической поверхности диска радиально укреплены 12 плоских ножей. Выпуск ножей для грубой окорки 0,15–0,20 мм, для чистой 0,5–0,6 мм. При окорке кряж опирается на коническую поверхность диска и предохраняется от скатывания с нее горизонтальным направляющим роликом. Поступательно-вращательное движение кряжу придается питающим вальцом, состоящим из трех рифленых роликов, помещенных на качающейся рамке. Рамка свободно вращается вокруг вертикальной и горизонтальной осей и для пропуска кряжа поднимается вверх педалью, а опускается на кряж под действием собственного веса и пружины. Положение рамки определяет величину угла между осями кряжа и питающего вальца и вместе с тем скорость продольного перемещения и вращения кряжа. Чем больше диаметр кряжа, тем меньше его продольное движение и больше вращательное, и наоборот. Питающий валец приводится в движение от вала диска через зубчатые и цепную передачи. На станке можно окорять кряжи длиной до 3,5 м и диаметром от 10 до 27 см. Мощность привода станка 15 кВт.

Производительность дисковых ножевых станков определяется так же, как и для роторных окорочных станков.

1.2.2. Продольные фрезерные окорочные станки Продольные фрезерные станки применяют на лесных складах для окорки (оправки) шпал (рис. 1.12, а, б), пролыски тонкомерных сортиментов (рис. 1.12, в) и окорки колотых балансов (рис. 1.12, г). Основными узлами станков являются механизм резания и подающий механизм.

Механизм резания состоит из одной или двух ножевых фрез, вращающихся со скоростью 1500–2800 об/мин, при этом скорость резания составляет 25–40 м/с. Ножи имеют криволинейную режущую кромку, радиус кривизны которой равен наибольшему радиусу окариваемой поверхности. Угол заточки ножей принимается равным 30–40, а угол резания 50–60. В процессе окорки окариваемый материал (шпала, колотое полено), а иногда и фреза движутся в продольном направлении со скоростью u, при этом за один проход происходит полная окорка одной боковой поверхности. Для одновременной окорки обеих боковых поверхностей шпалы станки делают двухфрезерными (двухшпиндельными).

После окорки радиус боковой поверхности шпалы или полена оказывается равным радиусу кривизны лезвия ножей, поэтому при окорке лесоматериалов, полученных из тонкомерных кряжей, вместе с корой срезается довольно значительный слой древесины.

Рис. 1.12. Продольные фрезерные окорочные станки: а – одношпиндельный с перемещением фрезы; б – двухшпиндельный с вальцовой подачей; в – с тремя дисковыми фрезами; г – одношпиндельный с цепной подачей; д – продольный профиль окоренной поверхности; е – график основных значений удельной работы резания k о при продольном фрезеровании древесины (сплошные линии) и коры (пунктирные линии) воздушно-сухой сосны острыми ножами Для уменьшения потерь древесины желательно, чтобы радиус кривизны режущих кромок менялся при изменении кривизны окариваемой поверхности. Достигнуть этого можно, изменяя угол (рис. 1.12, б) между осью ножевого барабана и осью окариваемого лесоматериала.

Поверхность, окоренная ножевыми фрезами, имеет волнообразный профиль (рис. 1.12, д). Гладкость этой поверхности характеризуется длиной волны (равной подаче на один нож u z ) и ее глубиной c.

Подача на один нож определяется по формуле u z = t · u / v, где t – шаг ножей, м; u – скорость подачи, м/с; v – скорость резания, м/с.

где D – диаметр окружности вращения ножей, м; z – число ножей на барабане; – угловая скорость фрезы, рад/с.

Для обеспечения необходимого качества окоренной поверхности должно быть соблюдено условие где u z доп – допускаемая длина волны, м (для шпал u z доп = 3 мм).

Глубина волны определяется из выражения Для получения окоренной поверхности без следов коры также толщина срезаемого слоя H 0 должна удовлетворять соотношению где h к – толщина коры.

Мощность привода (Вт) фрез и сила резания (Н) при окорке на продольных фрезерных станках определяются по формулам:

где z – количество фрез; k – удельная работа резания, Дж/м3; b – ширина окариваемой поверхности (толщина шпалы), м; р – КПД передачи от двигателя к фрезам.

При окорке срезаются кора и древесина, поэтому при определении величины удельной работы резания следует учитывать удельную работу резания при резании коры k к и древесины k д :

где k од и k ок – основные значения удельной работы резания, Дж/м3; а п – поправочный коэффициент на породу (для осины а п = 0,8, ели – 0,9– 1,0, сосны – 1,0, лиственницы – 1,1, березы – 1,2–1,3, дуба – 1,5–1,6);

а w – поправочный коэффициент на влажность (для воздушно-сухой древесины а w = 1, для свежесрубленной а w = 0,85–0,9); а – поправочный коэффициент на затупление ножей (а – от 1 при острых ножах в начале работы, до 1,8 после 5–6 ч работы); а т – поправочный коэффициент на температуру (при положительной температуре а т 1, при температуре от минус 10С а т = 1,3–1,5); а с – поправочный коэффициент на наличие сучьев (а с = 1–1,1, для сучковатой древесины а с достигает 1,5); а пк – поправочный коэффициент на породу для коры (для осины а пк = 1,15; ели и сосны – 1,0; березы – 1,05).

Основные значения удельной работы резания k од и k ок при продольном фрезеровании воздушно-сухой сосны острыми ножами в зависимости от подачи на нож u z приведены на графике (рис. 1.12, е).

Среднее значение k может быть определено по формуле Подающий механизм в зависимости от конструкции станка может быть в виде каретки (тележки), совершающей поступательновозвратное движение, или же в виде вращающихся вальцов.

В одношпиндельных шпалооправочных станках подающий механизм представляет собой каретку с установленной на ней фрезой, которая совершает поступательно-возвратное движение относительно неподвижной шпалы, закрепленной с торцов. Такой станок является станком периодического действия и усилие подачи в этом случае равно где P р – сила резания; Pо – сила отжима, P о = (0,2–0,6) Pр ; Q т – вес фрезы и каретки; 0 – коэффициент тяги каретки по направляющим;

– кинематический угол встречи.

В связи с тем, что толщина срезаемого слоя H 0 во много раз меньше диаметра фрезы D, величина кинематического угла встречи оказывается близкой нулю, поэтому для практических расчетов можно принять P u = P р + 0 (Q т – P о ).

В двухшпиндельных шпалооправочных станках применяют вальцовый подающий механизм, обеспечивающий непрерывную подачу окариваемых шпал. Усилие подачи в этом случае составляет где Q – вес шпалы; m в – число прижимных вальцов; Q в – сила прижима одного вальца; 1 – коэффициент сопротивления движению шпалы по вальцам.

При вальцовой подаче во избежание пробуксовки необходимо, чтобы сила сцепления подающих вальцов с поверхностью шпалы превышала усилие подачи.

В станках для окорки колотых балансов подающий механизм представляет собой движущуюся цепь с упорами (рис. 1.12, г), баланс которой надвигается на вращающуюся фрезу. Усилие подачи в этом случае составляет где 2 – коэффициент трения цепи по направляющим; Q – вес полена;

Q п – усилие прижима полена к фрезе; L – длина подающего транспортера; q – вес 1 погонного метра цепи.

Мощность привода (Вт) механизма подачи продольных фрезерных станков где u – КПД передачи от двигателя к исполнительному элементу механизма подачи.

Производительность шпалооправочных станков измеряется в штуках шпал и определяется по следующим формулам:

– для одношпиндельного станка где 1 – коэффициент использования рабочего времени; T – время, затрачиваемое на окорку шпалы, с; L – ход тележки (фрезы), м; u р – скорость подачи (рабочего хода тележки или фрезы), м/с; u х – скорость обратного хода тележки или фрезы, м/с; t в – время на вспомогательные работы при окорке одной шпалы (подача и зажим шпалы, ее поворот, снятие шпалы), с;

– для двухшпиндельного станка где 2 – коэффициент загрузки станка; u – скорость подачи, м/с; l ш – длина шпалы, м.

Конструкции продольных фрезерных станков. На лесных складах для окорки шпал применяют станки ЛО-44, ЛО-44Б и ЛО-48, а для окорки колотых балансов станки Н-10, которые одновременно выкалывают гниль.

Одношпиндельный шпалооправочный станок ЛО-44 (рис. 1.13) относится к окорочным станкам с периодической подачей и предназначен для окорки боковых и обзольных поверхностей шпал. Каретка станка имеет барабанную ножевую головку с приводом и перемещается по направляющим с помощью канатно-блочной системы. Скорость каретки – переменная, регулируется гидравлическим универсальным регулятором, обеспечивающим также ее реверсивное движение. Для закрепления шпалы с торцов и поворота ее используются специальные зажимной и поворотный механизмы с гидроприводом.

После окорки шпала поступает на приводной роликовый лесотранспортер, расположенный ниже направляющих каретки.

Рис. 1.13. Схема шпалооправочного станка ЛО-44Б: 1 – каретка;

2, 3 – направляющие и привод каретки; 4 – барабанная ножевая головка;

Принципиальная схема работы шпалооправочного станка ЛО- показана на рис. 1.12, а. Шпала 1 зажимается торцовыми зажимами 7, расположенными на поворотном суппорте 3, снимается с двухцепного питателя 2 и подается к фрезе 6. Фреза располагается на каретке 5, которая может передвигаться по неподвижной раме 4. Для регулирования толщины срезаемого слоя и копирования окариваемой поверхности фреза имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении. Во время окорки шпала неподвижна, а фреза перемещается вдоль нее, производя резание. После прохода каретки с фрезой от одного конца рамы до другого и окончания окорки одной стороны шпала поворачивается, и фреза начинает двигаться в обратную сторону, окаривая шпалу с другой стороны. В случае неполного удаления коры с окоряемой поверхности шпалы ее можно, поворачивая, установить так, чтобы при повторном перемещении барабанной головки оставшаяся кора была удалена. После полной обработки шпала приводным роликовым лесотранспортером подается на сортировочное устройство. Ход каретки равен 3,5 м, скорость ее перемещения плавно регулируется в пределах от 0 до 1 м/с. Фреза имеет четыре ножа и вращается с частотой 2900 об/мин (420 рад/с).

Перемещение каретки, суппорта, зажимного и поворотного устройств осуществляется при помощи гидропривода. Суммарная мощность двигателей, установленных на станке, – 16 кВт. Часовая производительность станка составляет около 70 шпал.

У станка ЛО-44Б, в отличие от ЛО-44, каретка перемещается со скоростью до 1,6 м/с и производительность составляет около 140 шпал в час.

Двухшпиндельный шпалооправочный станок ЛО-48 (рис. 1.14) относится к станкам непрерывного действия.

Рис. 1.14. Схема шпалооправочного станка ЛО-48: 1 – барабанная ножевая головка; 2 – приводные вальцы; 3 – привод вальцов; 4 – прижимные вальцы;

В отличие от станка ЛО-44 этот станок имеет две шести- или восьминожевые барабанные головки, которые охватывают шпалу с боков, прижимаясь к окоряемым поверхностям. В зависимости от поперечного сечения шпал и формы окоряемой поверхности барабанные головки могут отклоняться и поворачиваться в плоскости, перпендикулярной оси шпалы. Каждая барабанная головка приводится во вращение электродвигателем мощностью 7 кВт через ременную передачу, угловая скорость головки 103 рад/с. Механизм продольного перемещения шпалы имеет шесть приводных вальцов (четыре из них с ребристой поверхностью) и три верхних прижимных вальца. Скорость подачи 0,3 м/с, мощность двигателя механизма подачи 4,5 кВт. Поступающие по роликовому транспортеру шпалы подаются вальцами к барабанным головкам, которые подводятся к окоряемой поверхности оператором станка. Шпала окаривается за один проход. Часовая производительность станка составляет около 180 шпал.

Станки для пролыски мелкотоварника (рис. 1.12, в) имеют три дисковые фрезы 1, приводящиеся во вращение от одного общего электродвигателя мощностью около 5 кВт. Станки эти устанавливают непосредственно на продольном сортировочном лесотранспортере, цепь 2 которого и осуществляет подачу. Производительность станка равна производительности транспортера.

1.2.3. Винтовые окорочные станки Винтовые окорочные станки оснащают окорочным инструментом в виде ножевых фрез. По относительному движению инструмента и обрабатываемого бревна винтовые фрезерные станки аналогичны роторным станкам.

Применение винтовых станков оправдано в тех случаях, когда снижение производительности окорочного оборудования компенсируется упрощением и удешевлением его конструкции. Такие случаи могут иметь место при окорке шпальных кряжей в условиях лесозаготовительных предприятий, когда высокая производительность роторного станка не используется из-за меньшей производительности шпалорезного станка. Кроме того, применение винтовых фрезерных станков может быть оправдано при окорке крупномерных лесоматериалов с толстой и прочной корой, если применение роторного станка, оснащенного скребковым или ножевым инструментом, не эффективно, а необходимые объемы окорки может обеспечить винтовой фрезерный станок.

В винтовых фрезерных станках (рис. 1.15) механизм окорки состоит из одного или двух плоско-конических дисков 5, несущих на себе ножи с прямолинейной режущей кромкой. Диски расположены вертикально и прижаты к поверхности окариваемого кряжа 4 пружинами 6. Поступательное движение кряжа осуществляется транспортером 1 с упорами 2. Вращение кряжа обеспечивают приводные вальцы 3.

Рис. 1.15. Винтовой фрезерный окорочный станок Скорость резания в винтовых фрезерных станках, как правило, зависит от диаметра окариваемого кряжа. Характер этой зависимости определяется конструктивным исполнением механизмов подачи и вращения кряжа.

Такие станки производят резание вдоль волокон и обеспечивают гладкую окоренную поверхность и хороший товарный вид, что важно при окорке экспортных балансов, столбов, шпального кряжа. При окорке балансов и пиловочника, когда товарный вид не регламентируется, целесообразно в винтовых фрезерных станках применять цилиндрические фрезы, ось вращения которых параллельна оси окариваемого кряжа. Эти станки более простые по конструкции, могут обеспечить высокую производительность благодаря установке на них большого числа фрез.

Мощность (Вт) и сила резания (Н) при окорке на винтовых фрезерных станках определяется по формулам:

где k – удельная работа резания, Дж/м3; d к – диаметр окариваемого кряжа, м; H0 – глубина окорки, м; u – скорость продольной подачи, м/с;

р – КПД передачи от двигателя к фрезам; v – скорость резания, м/с.

Величина удельной работы резания k учитывает работу, затрачиваемую на срезание стружки ножами, и работу на трение ножевого диска об окариваемый кряж. При диаметрах кряжей более 20 см удельная работа k = 15 МДж/м3 (при выпуске ножей 0,2 мм), k = 10 МДж/м (при выпуске ножей 0,6 мм).

1.2.4. Групповая и гидравлическая окорка лесоматериалов В установках для групповой обработки окорка производится обычно от ударов и трения бревен или поленьев между собой и об элементы машины. В основу работы положен принцип использования абразивных свойств коры и различие в прочности между корой и древесиной. Кора в процессе трения обычно отделяется по камбиальному или лубяному слою. На качество окорки значительно влияет состояние наружной поверхности коры, ее механическая прочность и силы сцепления коры с древесиной. Лучше окоряются лесоматериалы, имеющие шероховатую кору с трещинами, и хуже – с гладкой корой.

Окорка может быть сухой или мокрой. В первом случае окорка производится без воды, во втором – в процессе окорки лесоматериалы обильно смачивают или даже помещают в водяную ванну. Установки для групповой окорки лесоматериалов делятся на барабанные и бункерные сухого трения, с увлажнением и с водяной ванной. Они могут быть периодического и непрерывного действия.

Окорочные барабаны. Окорочные барабаны на лесных складах применяют главным образом для сухой окорки круглых и колотых поленьев и толстых сучьев длиной до 1–1,5 м.

Барабан периодического действия (рис. 1.16, а) представляет собой полый цилиндр 4 из листовой стали диаметром 2–3 м и длиной 3–5 м, установленный на поддерживающих роликах 8 и вращающийся с частотой 0,9–2,1 рад/с (8–20 об/мин). Вращение барабану передается от электродвигателя через редуктор, цилиндрическую шестерню 1 и зубчатый венец 3, укрепленный на ободе барабана. К внутренней поверхности барабана приварены ножи, ускоряющие процесс окорки. Со стороны загрузки барабан закрыт неподвижной стенкой 9, имеющей вверху загрузочный лоток 2. Выходная сторона барабана перекрывается поднимающимся шибером 6.

Работа окорочного барабана протекает следующим образом. При закрытом шибере барабан заполняется подлежащими окорке поленьями на 1/3–2/3 своего объема. При вращении барабана поленья, находясь в беспорядочном состоянии, перемешиваются внутри него, ударяются друг о друга, о стенки и ножи барабана. При этом кора и частично гниль (у колотых поленьев) отделяются и высыпаются из барабана сквозь прорези 5. Когда процесс окорки заканчивается, шибер 6 поднимается и окоренные поленья выгружаются на выносной транспортер 7, после чего барабан вновь заполняется и цикл повторяется.

Рис. 1.16. Установки для групповой окорки: а – барабан периодического действия; б – барабан непрерывного действия Барабан непрерывного действия (рис. 1.16, б) имеет диаметр 3–4 м и длину 7–10 м. Неокоренные поленья подаются в него непрерывно через загрузочный лоток 1. С выходной стороны барабан заканчивается воронкой 2, частично перекрытой шибером 3. При вращении барабана находящиеся внутри поленья продвигаются вдоль него и высыпаются на транспортер 4 благодаря различию в уровнях загрузочного и разгрузочного отверстий. Уровень наполнения барабана, а следовательно, и продолжительность нахождения в нем поленьев зависят от степени перекрытия выходного отверстия шибером. Число выходящих из барабана поленьев равно числу поленьев, поданных за то же время.

Время, в течение которого поленья должны находиться в барабане, зависит в первую очередь от требуемой степени окорки (процент оставшейся коры), породы и температуры окоряемых лесоматериалов, частоты вращения и степени загрузки барабана. Наиболее интенсивное отделение коры происходит в течение первых 10–15 мин. Окорка мерзлых лесоматериалов весьма затруднительна. С увеличением заполнения барабана продолжительность окорки также возрастает, так как при этом уменьшаются сила и количество ударов, которые являются основной причиной отделения коры, однако сильное снижение коэффициента заполнения ведет к недоиспользованию объема барабана и снижению его производительности.

При длительном пребывании лесоматериалов в барабане размочаливаются торцы и обламываются острые кромки колотых поленьев, в результате чего часть древесины превращается в отходы.

На лесных складах ЛЗП для окорки поленьев и отходов применяют барабаны периодического КБ-3 и непрерывного действия КБ-6.

Установки КБ-3 имеют барабан с внутренним диаметром 2,85 м и длиной 3,75 м. Частота вращения барабана 10 об/мин, мощность двигателей 47,9 кВт, масса – 20 300 кг. Производительность таких установок составляет 4–5 м3 в час. Установка КБ-6 имеет барабан с внутренним диаметром 3 м и длиной 7,5 м. Частота вращения барабана 10 об/мин, мощность двигателей 55 кВт, масса – 35 200 кг. Производительность установки составляет 6–10 м3 в час.

Бункерные установки применяются для окорки бревен. Такая установка представляет собой один или несколько бункеров вместимостью около 30 м3 с поперечным сечением треугольной и трапециевидной формы. По дну и стенкам бункера движутся цепи поперечного многоцепного транспортера, снабженные кулачками, под действием которых бревна перемешиваются, оставаясь параллельными друг другу. При этом с поверхности бревен благодаря трению их между собой и о кулачки транспортера снимается кора. Для улучшения процесса окорки и удаления коры бревна в бункере обмываются водяным спрыском. Наиболее интенсивное перемешивание происходит в нижней части бункера, и эффективность окорки определяется общей массой загруженных в бункер бревен. Окорочные цепи движутся со скоростью 0,5–0,8 м/с и приводятся в действие двигателем мощностью 75–100 кВт. Производительность установки 40–60 м3/ч.

Бункерные установки наиболее целесообразно применять для окорки толстых длинных бревен, окорочные барабаны более эффективны при окорке тонкомерного коротья.

Гидравлические окорочные установки. При гидравлическом способе окорки кора снимается с поверхности кряжа при помощи струи воды, подаваемой под большим давлением. Гидравлические окорочные установки состоят из нескольких сопел, через которые вода под давлением 5–8 МПа подается на поверхность окариваемого кряжа, имеющего поступательно-вращательное движение. Кряж проходит мимо сопел и окаривается. В некоторых установках кряж имеет только вращательное движение, а сопла во время окорки передвигаются вдоль него. Гидравлические окорочные установки дают высокое качество окорки при большой производительности, однако весьма сложны по устройству, потребляют много энергии и воды. Производительность гидравлической окорочной установки 30–90 м3/ч, мощность 300–900 кВт.

1.3. Техника безопасности при работе на окорочных станках Обслуживать окорочный станок разрешается лицам не моложе 18 лет, прошедшим медицинское освидетельствование и сдавшим экзамены на право управления станком, знающим технику безопасности и имеющим соответствующее удостоверение.

Оператор станка обязан знать: производственную инструкцию по эксплуатации окорочных станков; установленные сигналы при работе;

устройство и назначение всех механизмов, отдельных узлов и аппаратуры станка.

Перед началом работы оператор обязан: очистить рабочее место и в течение всей рабочей смены поддерживать чистоту; осмотреть и смазать все трущиеся поверхности механизмов; проверить правильность установки, надежность крепления и исправность рабочих кромок короснимателей; убедиться в исправности заземления, сигнализации, достаточной освещенности рабочего места, в наличии и надежности крепления всех предохранительных ограждений; опробовать станок на холостом ходу; запускать его в работу только после того, как убедится в отсутствии людей вблизи станка и конвейеров.

Обнаруженные неисправности должны быть устранены оператором или ремонтным персоналом. При неисправности электросистемы оператор обязан доложить мастеру.

Во время работы необходимо следить за тем, чтобы обрабатываемое сырье подавалось строго в соответствии с техническими параметрами окорочного оборудования.

Не допускается: поправлять бревна при их движении; очищать окорочный станок на ходу от коры; производить исправления, регулировку механизмов во время работы или холостого хода; работать без предохранительных ограждений; переходить через конвейеры и движущиеся бревна во время работы станка.

Все оборудование должно быть немедленно остановлено при появлении ненормального шума и стука, поломке деталей станка и околостаночных механизмов. Регулировка, смазка, ремонт и осмотр механизмов окорочного станка разрешается только при полной остановке станка, а также при выключенном общем рубильнике.

После окончания работы оператор обязан: подать сигнал об окончании работы, остановить все агрегаты, выключить рубильник; произвести очистку рабочего места, окорочного и околостаночного оборудования; проверить исправность всех узлов.

1. Типы станков для ножевой и фрезерной окорки лесоматериалов и их назначение.

2. Что собой представляет механизм резания этих станков?

3. Механизмы подачи.

4. Принцип работы ножевых и фрезерных окорочных станков.

5. Как найти мощность и силу резания для продольных ножевых окорочных станков?

6. Как найти мощность для привода фрез и привода механизма подачи шпалооправочных станков?

7. Запишите формулы расчета производительности ножевых и фрезерных окорочных станков.

8. Назовите марки и приведите основные технические характеристики ножевых и фрезерных окорочных станков.

9. Принцип работы, применение и особенности конструкций оборудования для групповой и гидравлической окорки лесоматериалов.

10. Достоинства и недостатки различных типов станков.

11. Техника безопасности при работе на окорочных станках.

2. РАСКАЛЫВАНИЕ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Цель занятия: ознакомление с теорией раскалывания древесного сырья и классификацией оборудования; детальное изучение конструкций дровокольных станков, применяемых на лесозаготовительных предприятиях, и правил их эксплуатации; приобретение навыков в расчетах дровокольного оборудования.

2.1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ДРОВОКОЛЬНЫЕ СТАНКИ Структура отчета.

1. Понятие и назначение раскалывания лесоматериалов.

2. Классификация дровокольного оборудования.

3. Устройство и принцип действия станков для раскалывания древесины и выколки гнили, основные технические характеристики оборудования.

4. Правила эксплуатации и техника безопасности при работе на дровокольных станках.

5. Расчет основных параметров дровокольных станков.

2.1.1. Теория раскалывания древесного сырья Раскалывание круглых лесоматериалов представляет собой деление их вдоль волокон клиновидным инструментом.

На лесных складах подвергаются раскалыванию дрова-коротье длиной до 1,25 м и диаметром от 15 см и выше и короткомерное технологическое сырье диаметром 26 см и больше, отобранное из низкокачественной древесины и дровяного коротья, для выработки колотых балансов и технологической щепы. Дровяное коротье, предназначенное для использования в качестве топлива, раскалывают на две части при диаметре от 15 до 25 см; на четыре – при диаметре 26–40 см; на шесть и большее число частей (наибольшая линия расколки по торцу не должна превышать 0,2 м) при диаметре более 40 см. Основное назначение раскалывания дров-коротья – это уменьшение влажности (просушка) топливных дров.

Короткомерное (длиной до 1,25 м) технологическое сырье для выработки колотых балансов раскалывают для того, чтобы можно было из полученных поленьев удалить (выколоть) сердцевинную гниль и удалить кору и луб с поверхности полена, которые недопустимы в балансах. Данное сырье подлежит расколке по размерам приемного патрона рубительных машин.

Для раскалывания короткомерных лесоматериалов применяют специальные станки (колуны), которые могут быть с механическим и гидравлическим приводом, а также с подвижным и неподвижным клином. Клин внедряется в чурак с торца, перемещаясь вдоль его волокон. В колунах с подвижным клином последний совершает прямолинейное поступательно-возвратное движение и приводится от двигателя кривошипно-шатунным механизмом (рис. 2.1, а) или от гидроцилиндра. При рабочем ходе клина происходит раскалывание чурака, а при обратном – подача его под клин и уборка колотых частей. Такие станки могут быть вертикальными и горизонтальными. У первых клин при рабочем ходе движется сверху вниз и чурак ставится под него вертикально. Такие станки применяются для раскалывания дров длиной от 0,2 до 0,5 м.

Рис. 2.1. Типы колунов (а, б, в, г), схема усилий на клине (д, е) и график удельного сопротивления раскалыванию (ж):

сплошная линия – воздушно-сухая древесина;

У горизонтальных станков клин совершает горизонтальное движение, и они применяются для раскалывания круглых чураков диаметром до 1 м и длиной до 1,25 м. Ход клина L х принимается у горизонтальных станков L х = 0,3 L, у вертикальных – L х = 0,4 L (L – длина раскалываемых чураков).

В станках с неподвижным клином чурак надвигается на клин упором, совершающим возвратно-поступательное движение при помощи штока гидроцилиндра (рис. 2.1, б), станки этого типа называют гидравлическими; или же одним из упоров, закрепленных на цепи, которая движется непрерывно (рис. 2.1, в, г), станки такого типа называются цепными.

Для выработки колотых балансов применяют комбинированные станки, имеющие фрезерный механизм для удаления коры и нож для выколки гнили с колотых поленьев.

Рабочим органом колуна является клин, который может быть простым вертикально расположенным (рис. 2.2, в, г) для раскалывания чурака на две части в один прием, крестообразным (рис. 2.2, д, е) для раскалывания чурака на четыре части в одни прием и звездчатым (рис. 2.2, ж) для раскалывания чурака на шесть и более частей в один прием. Применяемый при раскалывании клин характеризуется углом, который оказывает существенное влияние на необходимую глубину внедрения и усилие раскалывания P max. С увеличением угла клина уменьшается глубина внедрения l 0 (рис. 2.2, а), но возрастает усилие, необходимое для раскалывания. Клин может быть с постоянным углом заострения = 30–60° (рис. 2.2, в) и переменным (рис. 2.2, г) углом ( 1 = 10–15°, 2 = 30–60°). Клин с переменным углом заострения дает возможность получить меньшее усилие раскалывания P max при небольшой глубине внедрения клина l 1. Высота вертикального клина должна быть такой, чтобы обеспечивалось раскалывание чурака самого большого диаметра. Причем лезвие клина должно иметь уклон к вертикали с углом = 6–10°, чтобы во время раскалывания чурак прижимался к желобу, а не скользил вверх по клину. Крестообразные клинья бывают симметричные (рис. 2.2, е) и несимметричные (рис. 2.2, д). В последнем случае один из клиньев, так же как и звездчатый, делается односторонним. Лезвия крестообразного и звездчатого клиньев смещают одно относительно другого на величину l = (1,5–2) l 0 для того, чтобы избежать одновременного внедрения их в древесину и, следовательно, совпадения наибольших усилий, возникающих на каждом клине. В качестве крестообразного клина для раскалывания чурака на четыре части может применяться простой вертикально расположенный клин, дополнительно снабженный горизонтальным клином, перемещающимся вверх или вниз и устанавливающимся по центру раскалываемого чурака.

Для выколки гнили из расколотых поленьев применяется кольцеобразный (рис. 2.2, з) или плоский горизонтально расположенный нож.

В процессе раскалывания клин внедряется в древесину в направлении волокон и разделяет ее на части. При первоначальном внедрении клина происходит смятие и поперечное сжатие волокон древесины на участках, примыкающих к месту внедрения. Усилие на клине возрастает при этом пропорционально глубине внедрения. При дальнейшем внедрении клина в древесину под действием его боковых граней в раскалываемом полене образуется щель, после чего лезвие клина уже не соприкасается с древесиной. Изменение продольного усилия P (рис. 2.1, д) на клине во время раскалывания характеризуется кривой, приведенной на рис. 2.1, е. В первый момент внедрения клина в древесину на глубину до l 0 = L / (20–25), где L – длина раскалываемого полена, усилие на клине резко возрастает и достигает наибольшего значения Р max, в полене появляется щель. При дальнейшем продвижении усилие на клине падает до Р 1 = Р mах / (8–10). При углублении клина на величину l 1 = L / (5–6) полено разделяется на две части и усилие на клине падает до нуля. Величина l 1 зависит от угла клина (с увеличением уменьшается l 1 ), размеров чурака и строения древесины (сучковатости, свилеватости и т. д.):

где f – коэффициент, зависящий от строения древесины, f = 0,06–0,10;

L – длина чурака, м.

Усилие Р mах, которое необходимо приложить к клину, чтобы полено раскололось (т. е. в нем появилась щель), зависит от ряда факторов: угла клина, породы, длины, диаметра поленьев и т. д. При действии силы Р на каждой щеке клина возникают нормальное давление N и сила трения F (рис. 2.1, д). Разрушение связей древесины по плоскости раскалывания происходит под действием сил Р н, направленных перпендикулярно этой плоскости.

Максимальное усилие Р mах может быть определено по формуле где k – удельное сопротивление раскалыванию, зависящее от отношения диаметра и длины чурака, его породы и влажности, Н/м2: определяется по графику на рис. 2.1, ж; d и L – соответственно диаметр и длина раскалываемого чурака, м; – коэффициент трения щек клина о древесину; – угол заострения клина, град.

Большое влияние на величину k оказывает строение древесины.

При раскалывании косослойной древесины k возрастает в 1,7–1,8 раза, а при раскалывании чураков с крупными сучками – в 2–2,5 раза.

Среднее усилие раскалывания чурака равно При работе крестообразного и звездчатого клиньев усилие раскалывания слагается из усилий на каждом отдельном ноже. У крестообразного клина горизонтальные ножи несколько сдвинуты назад по отношению к вертикальному, благодаря этому графики усилий на вертикальном и горизонтальном ножах оказываются также сдвинутыми и суммарное максимальное усилие на клине Р mах лишь незначительно превышает максимальное усилие на одном ноже.

По величине P mах производится расчет элементов и узлов станка на прочность, а по P ср – средней мощности, необходимой на раскалывание чурака.

Средняя мощность (Вт), необходимая на раскалывание чурака, определяется по формуле где P 0 – сопротивление трения в направляющих при движении чурака или клина, Н; v – скорость внедрения клина в древесину, м/с; – КПД передач от двигателя к упору или клину.

Производительность станков для раскалывания древесины определяется по следующим формулам:

– непрерывного действия (цепных) – периодического действия (с поступательно-возвратным движением толкателя или клина) где 1 – коэффициент использования рабочего времени; 2 – коэффициент загрузки станка; v ц – скорость движения цепи, м/с; V ч – объем среднего чурака, м3; l уп – расстояние между упорами на цепи, м; m – число пропусков одного чурака через станок; n – число двойных ходов толкателя или клина.

2.1.2. Конструкции станков для раскалывания древесины На лесных складах ЛЗП для раскалывания круглых чураков применяют в основном механические цепные и гидравлические станки, а для выработки колотых балансов – комбинированные станки, имеющие фрезерный механизм для удаления коры и луба и нож для выколки гнили из колотых поленьев.

Станок для раскалывания круглых чураков состоит из неподвижного клина, механизма надвигания чурака на клин, механизма возврата полена на повторное раскалывание и станины.

Клин – стальной и неподвижно закреплен на раме станка. Он предназначен для раскалывания чураков на две, четыре, шесть и более частей.

Механизм надвигания чурака на клин может быть механическим в виде цепи с упорами или же гидравлическим. В механизмах надвигания с механическим приводом применяется одно- или двухцепной транспортер с упорами (обычно два упора). Он работает с эксцентричной нагрузкой, поэтому в качестве его тягового органа применяют пластинчатые шарнирно-втулочные цепи. В механизмах надвигания с гидроприводом для надвигания чурака на клин применяется гидроцилиндр, на свободном конце штока которого крепится упор.

Для повышения давления в поршневой полости гидроцилиндра при расколке особо крупных чураков применяется гидроусилитель или же для увеличения усилия раскалывания устанавливаются два стандартных гидроцилиндра.

Механизм возврата полена применяется в дровокольных станках с механическим приводом механизма надвигания и простым клином для механизации возврата поленьев на повторное раскалывание.

Станина станка сварная, и на ней крепятся все узлы и механизмы станка.

Большинство современных специализированных гидравлических дровокольных станков изготавливаются комбинированными с цепной или дисковой пилой для разделки дровяного долготья на коротье перед раскалыванием. Для выноса расколотых поленьев станки комплектуются ленточным транспортером.

Конструкции механических дровокольных станков.

Цепной колун КЦ-7 имеет электродвигатель мощностью 10 кВт, который приводит в действие пластинчатую шарнирно-втулочную цепь с упорами, движущуюся со скоростью 0,5–0,6 м/с. Шаг цепи 160 мм, расстояние между упорами 2,5 м. Колун снабжен маховиком. Один вертикальный клин укреплен неподвижно и имеет переменный угол заострения – начальный 20°, переходящий затем в 30°. Поленья упорами цепи надвигаются на клин и раскалываются на две части. При необходимости раскалывания полена на четыре части необходимо вернуть расколотые пластины на повторное раскалывание. Для устойчивого положения и ориентации по отношению к вертикальному клину полено движется в специальном желобе. Чтобы оно не могло смещаться вверх, лезвие клина имеет уклон 10–15°. Цепные колуны такого типа предназначены для раскалывания поленьев длиной до 1,25 м и диаметром до 0,6 м. Средняя расчетная производительность колуна 12–18 м3/ч.

Дровокольный цепной станок КЦ-8 предназначен для раскалывания чураков диаметром до 0,6 м и длиной 1,00–1,25 м на две части, а при повторном раскалывании поленьев – на четыре части.

Дровокольный станок КЦ-8 (рис. 2.3) включает в себя станину 1 с лотком 2, привод 3, цепь с упорами 4, раскалывающий клин 5, закрепленный на станине, и механизм возврата 6.

На станке применяется тяговая пластинчатая втулочно-роликовая цепь с шагом 160 мм. Допускаемое усилие в цепи составляет не более 5000 кг, скорость цепи 0,55 м/с. На цепи расположено 2 упора, расстояние между упорами – 2,88 м. Масса станка – 3160 кг, установленная мощность – 11 кВт. Габариты станка 485019501800 мм.

Производительность станка при среднем диаметре раскалываемых чураков 28 см и длине 1 м составляет 10,8 м3/ч, при диаметре до 24 см и длине 1 м без возврата на повторное раскалывание – 18 м3/ч.

Станок обслуживается одним рабочим.

Рис. 2.3. Цепной дровокольный станок КЦ- Станок работает следующим образом. Чурак подается на лоток и упором цепи надвигается на раскалывающий клин. Верхняя часть чурака входит в контакт со шторкой механизма возврата и перемещает ее. После раскалывания нижней части чурака верхняя крупная часть чурака возвращается на повторное раскалывание без участия человека.

Конструкции гидравлических дровокольных станков.

Гидравлический дровокольный станок КГ-8А предназначен для раскалывания чураков длиной 1,00–1,25 м и диаметром от 0,15 до 1,00 м на две, четыре или шесть частей, в зависимости от диаметра за один цикл. Станок имеет звездчатый клин и может работать в компоновке с балансирными пилами и ручными электропилами, которыми дровяное долготье распиливают на чураки длиной 1,00–1,25 м, а также в составе поточных линий для разделки низкокачественной древесины на технологические сырье. Толкатель станка приводится в движение с помощью двух силовых гидроцилиндров, ход толкателя – 1400 мм.

Наибольшее усилие раскалывания составляет 300 кН. Масса станка кг. Габариты станка 460010001540 мм.

Среднее время цикла, необходимое на раскалывание чурака, – 12 с.