Оптимизация основных параметров питателей бревен и брусоперекладчиков

Одним из узких мест в производственном процессе лесопильных цехов является обеспечение непрерывной подачи бревен к головному оборудованию.
На рис. 10.2 а представлена гистограмма, характеризующая распределение простоев лесопильных рам первого ряда» а следовательно, и всех потоков из-за асинхронной подачи бревен цеховыми лесотранспортерами к перерывов в их подаче к лесотранспортерам в бассейнах лесопильных цехов. Проведенные исследования показывают, что время таких простоев колеблется от нескольких секунд до нескольких минут. При этом на заводах, не имеющих накопителей между лесотранспортерами и рамами первого ряда, число простоев paм до 0,5 мин доходит до 120...180, а при наличии механизмов накопителей (питателей) уменьшается в 2...2,5 раза. Кроме того, в последнем случае несколько уменьшается число и трех-, четырехминутных простоев рам.

Исследования показали, что кратковременные простои рам до 3...4 мин составляют до50...60 % всех простоев (рис. 10.2 б). Установка механизма накопителя (питателя) между лесотранспортерами и впередирамными тележками или конвейерами перед бревнопильным оборудованием позволяет увеличить производительность линий на 5...8 %, а иногда и более (при обеспечении пропуска этого дополнительного количества материала на всем оборудовании линий). Ори этом имеется возможность значительно снизить скорости движения лесотранспортеров и т. д. Эти потери, несмотря на то, что они являются скрытыми (при кратковременных задержках в подаче бревен рамы, как правило, не выключаются и работают вхолостую), являются цикловыми и должны быть сведены до нуля. Таким образом, установка питателей обеспечивает организацию ритмичной подачи сырья из водного цеха (бассейна) в лесопильный цех. Они позволяют использовать такое традиционно транспортное оборудование, как лесотранспортер, не только в качестве транспортного, но и накопительного оборудования. Особое значение это имеет в высокопроизводительных автоматизированных процессах лесопиления.
Эксплуатация бревнопильных потоков с высокой пропускной способностью нерациональна без использования накопителей бревен не только вследствие снижения производительности потоков, нo и из-за необходимости иметь в этом случае очень большие скорости подачи (от 1 м/с) и мощность цеховых лесотранспортеров, что уменьшает их надежность, увеличивает металлоемкость и т. д.
Перед лесопилением в настоящее время стоит также задача модернизации на действующих заводах узлов подачи пиловочных бревен к бревнопильным станкам. На рис. 10.3 приведены схемы участков питания перед бревнопильными станками 4.
В первой, традиционной схеме (рис. 10.3 а) бревна подаются лесотранспортером 1, доходят до упора в его конце и после освобождения впередистаночного устройства 3 сбрасываются на него сбрасывателями 2. Естественно, что в этом случае большую часть времени привод лесотранспортера выключен и он работает в прерьлвистом режиме.
Вторая схема отличается от первой тем, что здесь имеется питатель 5 (рис. 10.3 б). В этом случае режим работы лесотранспортера непрерывный. Он останавливается только тогда, когда, питатель (накопитель) полностью заполнен бревнами. До этого момента поступающие по лесотранспортеру 1 бревна сразу же после их дохода до упора в его конце сбрасываются сбрасывателями 2 на питатель 5, откуда они по мере необходимости поштучно выдаются на впередистаночные устройства 3.

В третьей схеме (рис. 10.3 в) подача бревен к двум участкам осуществляется одним лесотранспортером 1, с которого бревна сбрасываются при помощи двустороннего сбрасывателя 6. Схемы такого типа применяются зачастую для подсортировки поступающих по лесотранспортеру бревен на две группы диаметров перед, например, ленточнопильными станками 4.
Схемы участков питания четвертого типа (рис. 10.3 г) были применены в некоторых проектах Гипродрева для осуществления работы лесопильных рам 4 как с брусовкой (в этом случае второй питатель не работает), так и вразвал. По такой же схеме происходит, например, питание нескольких ленточнопильных станков небольшой производительности в цехах раскроя кряжей на лыжные заготовки.

На рис. 10.4 приведен: общий вид гравитационного накопительного устройства (питателя) 2 для бревен. Питатель установлен между лесотранспортером, с которого бревна сбрасываются при помощи сбрасывателя: 1, и тележкой 5 перед рамой первого ряда. В состав питателя входит ритмопитатель 4 с индивидуальным приводом 3. Длина полезной емкости питателя Le — величина расчетная. Угол α наклона гравитационного питателя назначается в зависимости от размеров подаваемых бревен и других факторов.

На рис. 10.5 показав питатель, выполненный в виде поперечного цепного транспортера 1, имеющего индивидуальный привод 2. В его состав входит ритмопигатель 3, работающий также от индивидуального привода. Такие питатели используются на круглопильных, ленточнопильных и фрезерно-пильных линиях. Выше отмечалось, что установка питателей позволяет локализовать асинхронность в подаче бревен в системе водный цех (бассейн)—лесопильный цех и увеличить за счет этого производительность рамных линий на 5...8 % и более при снижении примерно в 1,5 раза скоростей лесотранспортеров. Что же касается фрезерно-пильных и круглопильных линий, на которых в минуту обрабатывается до 3...4 бревен и более, то их работа без питателей практически исключается.
При выводе расчетной формулы, учитывающей число бревен, расположенных в продольном (на лесотранспортере) длиной L (см. рис. 10.3 б) и поперечном (в питателе длиной Le) направлениях, и необходимые скорости прохождения бревен в емкостях (лесотранспортера и питателя) в зависимости от заданных параметров бревен и их обработки, воспользуемся следующими; положениями. Обозначим t = nR — время обработки n бревен с ритмом R работы станков, за. которое первое бревно очередной партии должно пройти от начала до конца емкостей, расположенных в продольном и поперечном направлениях. Это время t, естественно, также определяется по формуле

где L — длина полезной емкости лесотранспортера в продольном направлении; uбр — скорость лесотранспортера; tс — время сброса бревна с лесотранспортера на питатель; У — число бревен, эквивалентное времени перерыва в их подаче tпер и равное отношению этого времени к ритму R работы станков; n — число бревен, которые должны быть в емкости (они располагаются, как правило, в поперечном направлении) для компенсации времени прохода материала очередной партии от начала продольной до конца поперечной емкости; Eбр — число бревен, располагающихся на лесотранспортере; dmax — максимальный расчетный диаметр бревен; uв — скорость перемещения бревен на питателе.
Решая это уравнение относительно n и подставив полученное его значение в формулу определения длины Le емкости питателя, получим

Сделав ряд преобразований в правой части уравнения и учтя при этом, что У = tпер/R и Eоб = L/lmax (где lmax — максимальная расчетная длина материала l в продольном направлении с учетом межторцовых разрывов Δl (lmax = l +Δl)), получим искомую расчетную формулу, связывающую все основные параметры транспортно-накопительных механизмов при размещении бревен в продольном и поперечном направлениях на лесотранспортере и питателе (м):

Ритм работы бревнопильных станков R = ΣTiP(Ti), где Ti — рабочие циклы (или их группы) распиловки бревен определенных размеров (диаметра и длины) и качества, что имеет большое значение, например, при раскрое фаутных бревен на ленточнопильных станках; P(Ti) — вероятность этих рабочих циклов во времени.
При распиловке на лесопильных рамах бревна, как правило, сортируются по диаметрам. При обработке партии под-сортированных бревен цикл меняется в основном за счет разницы в их длине.
Для определения оптимальных параметров питателей: необходимо найти наибольшие получаемые значения длины их полезной емкости Le и скорости прохождения в них бревен ue, для чего проводится расчет нескольких критических с этой точки зрения групп отсортированных по диаметрам бревен с соответствующими им значениями dmax и R. Максимальное время перерыва в подаче бревен складывается из времени, затрачиваемого на подготовку к подаче бревен, и кратковременных задержек: в подаче материала к участкам питания из-за предыдущих операций (обслуживания, например, одним рабочим двух лесотравспортеров). В целом, как показывают исследования, tпер может доходить до 3...4 мин. Скорость прохождения бревен в емкости на механизмах гравитационного типа составляет 1,5...2 м/с.
Длина лесотранспортеров на современных бревнопильных линиях для подачи к ним бревен достигает 40...50 м. В то же время питатели большой емкости, располагаемые по ширине цеха, требуют значительных, зачастую не имеющихся на существующих предприятиях, площадей. Поэтому, если не учитывать того запаса бревен, который располагается в продольном направлении на лесотранспортерах, устанавливаемых совместно с питателями, то это в целом ряде случаев может привести к ощутимым экономическим просчетам.
Формула (10.1) позволяет рассчитать любые из входящих в нее параметров механизмов и выбрать оптимальные их значения при проектировании. При необходимости строятся графики зависимости Le от uбр, R, соотношения R/dmax и т. д.
При расчетах должны соблюдаться следующие соотношения:

Параметры питателей и лесотранспортеров выбираются по критическим соотношениям R/dmax, которые определяют расчетным путем. Иными словами, здесь, как и во всех случаях, связанных с лесопильными потоками, расчет проводят исходя из необходимости обеспечить их непрерывную работу при критических условиях. В примере ритм R был принят равным среднему циклу распиловки бревен тех или иных диаметров при их средней длине Icp = 5,5 м.
На рис. 10.6 о представлена зависимость отношения цикла распиловки бревен к их диаметру dmax = d + Δd (Δd — сбег бревен, принятый равным 7 см) и отношения цикла к средней длине бревен lср = 5,5 м с учетом межторцовых разрывов Δl = 1,5 м при их движении на лесотранспортере.
Представленные зависимости наблюдаются при распиловке указанных бревен на двухэтажных лесопильных рамах. Анализ показывает, что наибольшее влияние на необходимость применения накопителей бревен при постоянной длине лесотранспортера и равенстве прочих условий оказывает отношение R/lmax и при lmax = const — ритм бревнопильного оборудования. Так, при распиловке бревен диаметром 52 см на рамах R/lmax = 9,2. В этом случае составляющая формулы (10.1) L(R/lmax - 1/uбр) = 50 * (9,2 - 2) = 360 с.

Это показывает, что запас бревен, располагаемых на лесотранспортере, может обеспечить работу рам первого ряда в течение 6-минутного перерыва в подаче бревен на лесотранспортер без установки специального питателя. Наибольшая необходимость в установке специальных питателей возникает при небольших рабочих циклах бревнопильного оборудования. При этом расчет длины полезной емкости питателей следует проводить по максимальному диаметру бревен (с учетом сбега), распиливаемых с наибольшей скоростью подачи. Так, бревна диаметром 14, 16 и 18 см (см. рис. 10.6 а) распиливаются на рамах с максимальной посылкой Δ = 44 мм. Значение R определяется по данной посылке, и в расчет берется диаметр бревен dьфч = d + Δd = 18 + 7 = 25 см.
На рис. 10.6 б представлена зависимость оптимальней длины полезной емкости питателей от скорости лесотранспортеров при распиловке на лесопильных рамах бревен, имеющих диаметры в вершине 18, 22 и 26 см. Расчетные и конструктивные посылки приняты по наиболее часто встречающимся случаям распиловки бревен с брусовкой на современных двухэтажных лесопильных рамах. Время перерыва в подаче очередных партий бревен принято равным 4 мин, длина лесотранспортера 50 м, скорость перемещения бревен на питателях гравитационного типа до 1,5...2 м/с и цепного типа 0,5 м/с (оптимальные значения ue для цепных питателей лесотранспортеров в конкретных случаях могут быть найдены также по формуле (10.1).
Из рис. 10.6 б видно, что наибольшая длина питателей требуется при распиловке бревен диаметром 18 см, т. е. при наименьшем значении рабочего цикла бревнопильных станков. Увеличение скорости движения лесотранспортера позволяет несколько уменьшить длину питателей. Однако увеличение этой скорости, например, свыше 0,8 м/с практически не приводит к ощутимому уменьшению длины питателей и поэтому экономически неэффективно. В рассматриваемом случае, который характерен для большинства отечественных потоков со среднепросветными лесопильными рамами, длина полезной емкости питателей составляет 1,5...2 м при скорости лесотранспортеров 0,5...0,8 м/с.
На рис. 10.6 в представлена зависимость оптимальной длины полезной емкости питателей от скорости лесотранспортеров при распиловке бревен диаметром в вершине 18 см на среднепросветных лесопильных рамах (Tц = 23,4 с), узкопросветных рамах и круглопильных станках, распиливающих до 4 бревен в минуту (Тц = 15 с) и фрезерно-пильных агрегатах (или других типах бревнопильных станков), распиливающих до 6 бревен в минуту (Tц = 10 с).
Во всех случаях (кроме последнего) время перерыва в подаче очередных партий бревен принято равным 3 мин. В случае Tц = 10 с оптимальные длины питателей и скорости лесотранспортеров рассчитаны при tпер = 3 и 2 мин. Из графика видно, что основное влияние на длину питателей оказывает не только наименьшее значение рабочего цикла бревнопильных станков, но и принимаемое в расчетах время перерыва в подаче очередных партий бревен. Так, при Tц = 23,4 с, tпер = 4 мин и uбр = 0,5 м/с длина полезной емкости питателей, устанавливаемых между лесотранспортерами и среднепросветными рамами первого ряда, должна быть 1,9 м (см. рис. 10,6 б), а при tпер = 3 мин Le = 1,25 м (см. рис. 10.6 в). При Tц = 10с снижение tпер с 3 до 2 мин уменьшает длину питателя примерно на 1,5 м (так, при uбр = 0,8 м/с — с 4,4 до 2,6 м). Однако чем большую пропускную способность имеет бревнопильное оборудование, тем более экономически ощутимо для предприятия уменьшение его производительности. Поэтому использование в расчетах значения tпер менее 3 мин может быть оправдано только в случае четкой организации подачи бревен в производство.
Отметим в связи с этим, что иногда для увеличения работоспособности механизмов на участках питания перед высокопроизводительным бревнопильным оборудованием участки питания дублируют. Однако это всегда требует конкретного технико-экономического обоснования.
В практике лесопиления довольно часто наиболее рациональной является подача бревен к двум бревнопильным станкам при помощи одного лесотранспортера, с расположением перед каждым из станков индивидуальных питателей. При: этом питатели могут быть установлены как параллельно-симметрично относительно продольной оси лесотранспортера (см. рис. 10.3 в), так и последовательно на одной из его сторон (см. рис . 10.3 г).
Последнее, как указывалось выше, имеет, например, место в типовых проектах Гипродрева для потоков лесопильных цехов, где распиловка бревен производится как вразвал, так и с брусовкой. В рассматриваемом случае может осуществляться дополнительная подсортировка бревен по диаметрам на две группы.
Вывод формулы, позволяющей найти оптимальнее параметры рассматриваемых механизмов при подаче бревен к двум бревнопильным станкам при помощи одного лесотранспортера, производится при следующих условиях (см. вывод формулы (10.1)):

где n1 — число бревен в емкости питателя, имеющего» полезную длину LeI, шт.; EeII — число бревен, располагаемых на втором питателе, шт.; ue1 и ue2 — скорости прохождения материала в питателях; Rcp — средний ритм работы последующего оборудования; m — число питаемых участков, в данном случае m = 2.
Учтя, что У = tпер/Rcp; Ee1 = Le1/dmax; Eбр = L/lmax и ЕeII = LeII /dmax, и произведя ряд преобразований, получим расчетную формулу необходимой полезной длины (м) емкости одного из питателей:

где LeII — длина емкости второго питателя.
На графике (рис. 10.7) показан пример оптимизации параметров механизмов участка с двумя питателями. Здесь целевой функцией является полезная длина емкости LeI одного из питателей при полезной длине емкости второго питателя LeII = const.
Естественно, что использование предложенных формул возможно не только при расчете параметров лесотранспортеров и питателей;, но и в целом ряде случаев на лесопильных и деревообрабатывающих линиях, где мы встречаемся с размещением материала в продольном и поперечном направлениях (и наоборот) на транспортно-накопительных механизмах.

Один из наиболее ответственных участков на бревнопильных линиях — участок приема брусьев от станков первого ряда, накопления и поштучной выдачи их к станкам второго ряда, на которых производится развал брусьев.
На современных линиях на этих участках устанавливаются брусоперекладчики, позволяющие осуществлять все указанные выше операции в автоматическом режиме работы. В этом случае (рис. 10.8) выпиленный брус поступает на установленный рольганг 6. После соответствующей команды от конечного выключателя, связанного с упором (поворотным флажком), в который брус упирается после выхода из вальцов и расклинивающих ножей, происходит подъем секции 5, осуществляющей съем бруса с рольганга 6 и его перемещение на роликовые шины 4. На последних может производиться накопление двух-трех брусьев перед их развалом.
Передача очередного бруса на рольганг (см. рис. 10.8) производится подъемной секцией 2 брусоперекладчика. Привод цепей подъемных секций брусоперекладчика осуществляется механизмом 3, а подъем и опускание секций — гидроцилиндром 1.

В процессе развала предыдущий брус выходит из-под прижимного гладкого ролика 4 (рис. 10.9), при помощи которого, а также находящегося под ним приводного рифленого ролика 5 осуществляется подача бруса до передних вальцов рамы второго ряда. После выхода бруса секция 2 брусоперекладчика (см. рис. 10.8) поднимается, и очередной брус с роликовых шин 4, утапливая упоры центрирующих зажимов 2 (см. рис. 10.9), перемещается на рольганг перед рамой второго ряда.
Исследования д-ра техн. наук В.Г. Турушева показали, что перед рамами второго ряда эффективна автоматическая установка кривых брусьев. В связи с тем что брусовым способом эффективнее распиливать бревна с кривизной до 1 %, достаточно трех центрирующих зажимов 2 (см. рис. 10.9) — одного вершинного и двух комлевых. Это позволяет увеличить выход пиломатериалов из кривых брусьев до 5 % по сравнению с визуальным выбором положения брусьев перед раскроем. Последние исследования показывают, что наилучшую оптимизацию ориентации брусьев перед их раскроем можно получить при использовании специальных механизмов и систем.

Центрирующие зажимы при необходимости имеют также возможность бокового смещения по команде рамщика, что осуществляется при кривизне брусьев свыше 1 % и других отклонениях. Привод 1 зажимов гидравлический. Гладкий 4 и рифленый 5 ролики имеют консольное расположение. После выхода предыдущего бруса гладкий ролик поднимается, и очередной брус поступает на подъемной секции между роликами. При поперечном движении брус воздействует на соответствующие конечные выключатели (датчики) и в зависимости от его длины зажимается первым и третьим зажимами, центрирующим его по поставу пил. Сцентрированный брус прижимается гладким роликом 4 (см. рис. 10.9) к рифленому ролику 5, имеющему индивидуальный привод 3, и после развода поворотных рычагов подается в лесопильную раму.
Несмотря на сравнительно большое расстояние между продольными осями лесопильных рам первого и второго ряда, размер полезной емкости брусоперекладчика (длина роликовых шин 4 — см. рис. 10.8) весьма ограничен. Объясняется это тем, что располагать в ней более 2...3 брусьев в высокоспециализированных автоматизированных лесопильных цехах, как правило, экономически нецелесообразно.
В зависимости от длины лесопильных цехов, уровня производительности, надежности бревнопильного оборудования и других факторов оптимальная емкость перед станками, обрусовывающими бревна и разваливающими брусья, имеет свои конкретные значения. Так, при высокой надежности мы наблюдаем на некоторых шведских лесозаводах возврат к расстановке по системе «тандем», когда между станками размещается только один брус.
С другой стороны, в проектах лесопильных цехов, например в США, можно наблюдать установку двух и даже трех накопителей бревен перед одним бревнопильным станком, осуществляющим раскрой бревен индивидуальными поставами. Это позволяет при отсутствии или укрупненной сортировке бревен по группам диаметров на складе накапливать на питателях бревна только определенных диаметров, резко сократить время на перестановку поставов и увеличить надежность раскройных операций. Расчет таких участков питания может производиться: по формуле (10.2).