Министерство образования Российской Федерации

Архангельский государственный технический университет

А. Д. ГОЛЯКОВ

профессор, кандидат технических наук

ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКОВ ЛЕСОПИЛЬНЫХ

ЦЕХОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве

учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Технология деревообработки" Архангельск 2002 Рассмотрено и рекомендовано к изданию Управлением учебного книгопечатания, библиотек и медиатек Министерства образования Россий­ ской Федерации 19 февраля 1999 г.

Рецензенты:

• ОАО "Научдревпром-ЦНИИМОД", А.М. К01ШЙКИН, старший науч.

сотр., канд. техн. наук;

• С.Н. РЫКУНИН, профессор кафедры лесопиления Московского государ­ ственного университета леса, доктор технических наук УДК 674. ГОЛЯКОВ А.Д. Проектирование участков лесопильных цехов:

Учебное пособие. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2002. - 100 с.

В пособии рассмотрены варианты технологии отдельных участков ле­ сопильных цехов. Приведена уточненная методика и справочные материа­ лы технологических расчетов.

Предназначено для студентов факультетов механической технологии древесины.

Ил. 38, табл. 8, библиогр. 28 наименований.

Печатается в авторской редакции.

© Архангельский государственный технический университет,

ВВЕДЕНИЕ

Лесопильное производство может быть общим или специализирован­ ным на выпуск пилопродукции того или иного вида (пиломатериалы, заго­ товки, шпалы) и назначения (товарная, для внутризаводской переработки на полуфабрикаты или изделия из древесины).

Товарные пиломатериалы могут поставляться потребителям в соот­ ветствии с требованиями общероссийских стандартов (ГОСТов 24454-80, 26002-83, 8486-86 и др.) или с теми или иными отступлениями от стандар­ тов в соответствии с двухсторонними договорами, вплоть до поставки в виде полуфабрикатов пиломатериалов: двухкантных брусьев, необрезных досок и горбылей произвольных размеров.

Степень обработки пиломатериалов в лесопильном цехе, предназна­ чаемых для внутризаводской переработки, определяется оптимальностью разделения технологического процесса между лесопильным и деревообра­ батывающим производствами. Критериями оптимальности служат, обыч­ но, или уровень комплексного использования сырья, или себестоимость готовой продукции, или то и другое вместе взятые. Значительное влияние на технологию лесопильного производства оказывает характеристика пе­ рерабатываемого сырья (размеры, качество) и объемы переработки.

Учитывая все многообразие требований к продукции, лесопильные производства могут проектироваться с полным или сокращенным циклом технологических операций. Простейшее лесопильное производство может состоять только из одной технологической операции - распиловки бревен или брусьев. Например, при использовании однопильных бревнопильных станков в результате получаются обрезные, одностороннеобрезные и необ­ резные доски и горбыли различных размеров, которые и могут быть ко­ нечной продукцией. Это самый простой вид лесопиления.

При необходимости выпуска товарных пиломатериалов экспортного назначения, которые должны полностью и неукоснительно отвечать требо­ ваниям соответствующих стандартов, технологический процесс произволства должен включать в себя все известные технологические операции, и в первую очередь (после распиловки) обрезку и торцовку досок.

Распиловка - это продольное деление бревна одной или несколькими пилами на пиломатериалы. Обрезка - это формирование ширины доски. В пособии имеется в виду обрезка обзольных кромок необрезных досок па­ раллельно их продольным осям с целью получения чистообрезных пило­ материалов параллелепипедной формы или с обзолами допускаемых раз­ меров. С целью получения пиломатериалов более высокого качества или кусковых отходов обрезки (реек), пригодных для вторичного использова­ ния в целом (не измельченном) виде, в некоторых случаях ось обрезной доски может отклоняться от оси необрезного полуфабриката до положе­ ния, параллельного одной из обзольных кромок (обрезка параллельно об­ разующей).

Торцовка - это операция формирования длины пиломатериалов. На предприятии операция торцовки досок может осуществляться неоднократ­ но: предварительная - для создания благоприятных условий выполнения последующих производственных операций (обрезка, подсортировка, транспортировка, сушка пиломатериалов) и окончательная - на стандарт­ ную или требуемую длину. От рациональности проведения операций рас­ пиловки, обрезки и торцовки в значительной степени зависит эффектив­ ность лесопильного производства в целом.

В соответствии с основными технологическими операциями лесо­ пильный цех можно рассматривать, проектировать или реконструировать по участкам, соединяя их в желаемой комбинации.

Предлагаемое учебное пособие может облегчить работу студентов над дипломными проектами реконструкции или проектирования лесо­ пильных цехов.

1. УЧАСТОК РАСПИЛОВКИ

В качестве сырья для производства пиломатериалов используются круглые лесоматериалы. В стандартах на круглые лесоматериалы [10 и др.] определены основные характеристики пиловочного сырья в зависимости от назначения пиленой продукции. Основой для определения назначения лесоматериалов является получение наибольшего объемного выхода основной продукции с учетом наиболее распространенных схем раскроя (рис.1).

Рис.1. Схемы продольного раскроя круглых лесоматериалов:

а - развальная, б - брусово-развальная, * -круговая, г - для выработки необрез­ ных шпал, д - для выработки обрезных шпал, е - секторная, ж - развально-сегментная, з - брусово-сегментная По развальной схеме выпиливаются необрезные доски смешанной распиловки - с различным расположением пластей (пропилов) относитель­ но годовых слоев древесины. Схема позволяет выпиливать из сырья пило­ материалы максимально возможной ширины. При распиловке круглых ле соматериалов по брусово-развальной схеме получаются необрезные и об­ резные пиломатериалы смешанной распиловки с более рациональным, чем в первом случае, использованием качественных зон лесоматериалов. Одни доски выпиливаются только из центральной (в основном ядровой или спелодревесной) части, другие - из периферийной (заболонной, возможно бес­ сучковой), зоны бревна. Использование брусово-развальной схемы упро­ щает процесс планирования выпиловки обрезных пиломатериалов задан­ ных сечений в требуемом количестве. Круговая схема позволяет полнее использовать качественные зоны круглых лесоматериалов пониженного качества, например с сердцевинной гнилью. В результате распиловки по­ лучаются необрезные, обрезные, одностороннеобрезные доски и горбыли.

Назначение схем гид ясно из названия. Эти схемы отличаются отсутстви­ ем симметрии пропилов и ограниченным их количеством. Схемы е, ж и з позволяют получать пиломатериалы с ориентированным расположением пластей относительно годовых слоев древесины. Это пиломатериалы спе­ циального назначения радиальной или тангенциальной распиловки.

Для производства пиломатериалов и заготовок общего назначения (для машиностроения, строительства, мебели и т.п.), когда расположение годовых слоев не имеет принципиального значения, предназначаются круглые лесоматериалы хвойных пород диаметрами 14 см и более, длиной 3,0...6,5 м с градацией 0,5 м. Для производства экспортных пиломатериа­ лов, учитывающих особенности зарубежных рынков сбыта, вырабатываются круглые лесоматериалы хвойных пород повышенного качества (1- сорт). Для производства экспортных пиломатериалов черноморской сорти­ ровки - это бревна длиной 4,0...8,0 м с градацией 0,25 м, северной сорти­ ровки - 4,0...7,0 м с градацией 0,3 м. Наиболее распространенные схемы раскроя - развальная и брусово-развальная (рис.1, а, б) - предполагают возможность получения основной продукции из любой части бревна груп­ повым методом распиловки (поставом пил) за один-два прохода через ста­ нок без учета особенностей конкретного бревна.

Для производства пиломатериалов и заготовок общего назначения ли­ ственных пород вырабатываются круглые лесоматериалы мягких листвен­ ных пород и березы длиной 2,0...6,0 м, твердых лиственных пород 1,0...6, м диаметрами 14 см и более. Раскрой лесоматериалов лиственных пород чаще всего ведется по развальной, реже брусово-развальной схемам.

Для выработки пиломатериалов специального назначения служат спе­ циальные круглые лесоматериалы, которые часто называют кряжами. Аб­ солютные объемы производства пиломатериалов специальных назначений значительно меньше, чем общего, а разнообразие технических требований к исходному сырью очень широкое: ограничение породного состава и ка­ чества, диаметры и длины кряжей имеют различные ограничения как со стороны минимальных, максимальных размеров, так и в отношении их градаций, поэтому при необходимости следует воспользоваться специаль­ ной литературой.

Оборудование для распиловки бревен наиболее сложное и дорогое среди станков лесопильного цеха, поэтому оно должно использоваться наиболее полно как по времени, так и по технической характеристике и определять производственную мощность цеха - техническую возможность при оптимальной организации технологии производства.

Выбор бревнопильного оборудования - наиболее ответственная и многоплановая задача. Ее решение заключается в выборе такого вида, типа машин и их сочетания в цехе, достоинства которых лучшим образом соот­ ветствовали бы исходным условиям организации производства: породному составу и размерно-качественной характеристике сырья; объемам и специ­ фикации подлежащих выпиловке пиломатериалов; направлению использования отходов производства пиломатериалов как вторичных ресурсов.

Распиловка бревен в лесопильном цехе может осуществляться на од­ но- и многопильных станках и агрегатах. Агрегаты отличаются от станков тем, что выполняют не только функцию продольного деления на пилома­ териалы, но одновременно перерабатывают горбыльные и реечные части бревен или брусьев на технологическую щепу. Поставляются бревнопильные станки обычно в комплекте с необходимым околостаночным оборудо­ ванием.

Однопильные бревнопильные станки могут быть с дисковыми (типа ЦДТ-б) и ленточными (типа ЛБ-150) пилами. Эти станки универсальны, т.к. позволяют реализовать любую схему раскроя круглых лесоматериалов последовательным поштучным отпиливанием пиломатериалов. Однако экономически целесообразно использовать однопильные станки для рас­ кроя лесоматериалов специального назначения по специальным (например, несимметричным) поставам или для индивидуальной распиловки сырья пониженного качества, когда на основе оценки качества каждого конкрет­ ного бревна приходится пропилами "обходить" загнившую сердцевинную или заболонную части, стремясь полнее использовать здоровую древесину.

В результате распиловки получаются обрезные и необрезные доски и гор­ были. В зависимости от схемы раскроя могут получаться так же доски с одной обрезанной кромкой.

Технология индивидуального подхода к раскрою каждого бревна по­ зволяет вести распиловку без предварительной сортировки сырья, но по­ ступательно-возвратное его перемещение для отпиливания каждой доски и большие затраты времени на вспомогательные (непроизводительные) опе­ рации не способствуют высокой производительности станков. В этом слу­ чае, для повышения производительности станков по распилу сырья, целе­ сообразно ограничивать число пропилов, приходящееся на бревно, путем выработки пиломатериалов больших или кратных сечений. Пиломатериа­ лы кратных сечений можно в последующем распиливать на спецификационные на делительных станках с более тонкими пилами, получая увеличе­ ние объемного выхода.

Типовая схема участка распиловки однопильным станком представ­ лена на рис.2. Сырье на участок поступает по продольному цепному кон­ вейеру 1 и сбрасывается на накопитель 3 автоматическим сбрасывателем 2, представляющим из себя рычажную систему, работающую от привода конвейера. При нажатии движущимся бревном упора, рычаги сбрасывате­ ля ударяют по боковой поверхности бревна, сбрасывая его с конвейера. В исходное положение система приходит под действием противовеса.

Рис. 2. Схема участка с однопильным бревнопильным ставком:

1 - продольный конвейер; 2 - сбрасыватель; 3 - накопитель; 4 - устройство по­ штучной выдачи; 5 - базирующая тележка; 6 - манипулятор; 7 - одно-пильный станок; 8 - продольный конвейер; 9 - поперечный конвейер; 10 - шиберное уст­ Накопитель бревен может представлять из себя горизонтальный цеп­ ной поперечный конвейер с упорами, вмещающий 4...6 бревен, приямок с наклонным поперечным конвейером, или наклонную под углом 11... 14° горку с устройством поштучной выдачи в виде отсекателя.

Поперечный транспортер используется в случае, если и подача сырья в цех осуществляется не продольным конвейером как на рис.2 (поз.1), а поперечным непосредственно с наружи цеха. В этом случае горизонталь­ ная накопительная часть транспортера, располагаемая в цехе, делается в виде отдельной секции с уменьшенным расстоянием между упорами.

Накопитель в виде приямка устраивается в случае ограниченной ка­ кими-либо местными условиями высоты рабочей ветви подающего кон­ вейера 1.

Если нет ограничений места для устройства накопителя, то лучшим является наклонная горка с отсекателем (рис.3).

Длина накопительной части 5 обычно принимается без расчета (на 4... 10 бревен) - исходя из местных условий (места свободного от техноло­ гического оборудования).

Устройством поштучной выдачи 4 (рис.2, рис.3) бревна подаются на платформу тележки 5.

1 - рычаг сбрасывателя; 2 - траверса продольного цепного конвейера; 3 - нако­ пительная горка; 4 - упор отсекателя (устройство поштучной выдачи бревен);

5 - платформа базирующей тележки бревнопильного станка Базирование и ориентирование предмета обработки относительно пи­ лы осуществляется манипулятором 6 (рис.2) с ручным, гидравлическим или пневматическим приводом, отпиливание пиломатериалов - периодиче­ ским надвиганием тележки на пилу, чередующимся с холостым возвратом в исходное положение. Пиломатериалы, получающиеся в результате рас­ пиловки, могут удаляться одним из выносных конвейеров 8, 9 или предва­ рительно рассортировываться с помощью шиберного устройства 10 по на­ значению. Например, шпалы поперечным конвейером 9 могут переме­ щаться на участок пакетирования (пиломатериалы кратного сечения, двухкантные брусья, сегменты и сектора на вторичную распиловку), а горбыли и тонкие доски с помощью роликового или ленточного конвейера 8 - на участок обрезки или торцовки.

Наиболее распространены многопильные бревнопильные станки, имеющие более высокую производительность благодаря распиловке всего бревна за один или два прохода поставом пил. Постав пил устанавливается в станок в соответствии с размерно-качественной характеристикой сырья.

Бревна в течение некоторого периода времени, определяемого стойкостью пил и режимом работы цеха (желательно не менее полусмены), распили­ ваются по одному плану (поставу), поэтому на складе требуется создание оперативного запаса бревен, рассортированных на определенные размер­ но-качественные группы. На предприятиях большой производственной мощности, когда установлено несколько бревнопильных машин, специали­ зированных на распиловку сырья разных групп, накопление оперативных запасов сортированного сырья не приводит к особым затратам, если же бревнопильная установка всего одна, то затраты на осуществление сорти­ ровки и поддержание определенной величины оперативного запаса могут существенно снизить или даже ликвидировать положительный эффект производства, достигаемый за счет более высокой производительности многопильного станка. Распиловка же одним и тем же поставом пил бре­ вен разных размерно-качественных групп (например, нескольких номи­ нальных диаметров) снижает объемный выход пиломатериалов, т.е. ухуд­ шает использование сырья и снижает общую эффективность производства.

Многопильные станки для распиловки бревен в настоящее время очень широко представлены вертикальными лесопильными рамами разных моделей разной производительности (одно-, полтора-, двухэтажные разных просветов), кругло пильными станками для распиловки брусьев.

На рамах в нашей стране распиливается большая часть пиловочного сырья. Это объясняется невысокой сложностью устройства, широкой гам­ мой моделей, а главное - высоким качеством распиловки, т.к. полосовые рамные пилы, закрепленные в пильной рамке, более устойчивы в работе, чем ленточные или дисковые. Расход древесины в опилки зависит от тол­ щины применяемых пил (2,0, 2,2, 2,5 мм), выбор которой, в свою очередь, зависит от толщины распиливаемого сырья (высоты пропилов) и мощно­ сти механизма резания. Устройства базирования в виде двух тележек - ме­ ханизированной зажимной и неприводной поддерживающей, способных поворачивать бревна вокруг продольной оси и перемещать их задние кон­ цы по горизонтали, позволяют учитывать при распиловке некоторые инди­ видуальные особенности бревен (форму, наличие трещин). Существующая гамма лесопильных рам позволяет подбирать оборудование с разной про­ изводительностью для эффективной распиловки сырья практически любых размерных групп как по диаметру, так и по длине.

Многопильные бревнопильные станки с дисковыми пилами в настоя­ щее время выпускаются только для распиловки брусьев (оказалось относи­ тельно сложным базирование круглых бревен в круглопильном станке).

Это, как правило, высокоскоростное оборудование, но с ростом толщины распиливаемых брусьев требуются пилы больших диаметров. Для обеспе­ чения устойчивости пил больших диаметров в работе повышается их тол­ щина (больше, чем на лесопильных рамах), что вызывает чрезмерный рост потерь древесины в опилки. Применение для распиловки толстых брусьев каскада пил (половина толщины бруса распиливается пилами с нижним расположением вала - закрытое резание, оставшаяся часть пропила фор­ мируется пилами, закрепленными на верхнем валу) способствует появле­ нию технического брака из-за вероятного несовпадения пропилов в виде кинематической неровности пиленой поверхности (провес).

Основной характеристикой многопильных бревнопильных станков, которой руководствуются при выборе оборудования в первую очередь, яв­ ляется величина просвета В, см, с которой согласуются и другие характе­ ристики, например величина хода пильной рамки лесопильной рамы. При распиловке с брусовкой обязательным является следующее условие: