Методика и пример расчета системы сортировка бревен-склад рассортированного сырья-лесопильный цех

Оперативный (предварительный) запас рассортированных бревен предназначен для обеспечения синхронной работы системы сортировка бревен—склад рассортированного сырья—лесопильный цех с начала работы лесопильного цеха.
Предварительным этот запас является потому, что он создается до начала работы лесопильного цеха. Он сглаживает неравномерность поступления в запас бревен различных сортировочных групп, дискретность обращения бревнопильных линий к запасам и выборку из запаса бревен только тех групп, которые распиливаются в определенный период работы лесопильного цеха, различия режимов при распиловке бревен разных сортировочных групп и другие факторы, влияние которых монет привести к асинхронности рассматриваемой системы.
Моделирование процессов интенсивности поступления и распиловки бревен показывает, что вместимость (необходимая емкость) склада рассортированного сырья может в несколько раз превышать начальный (оперативный) запас бревен.
Поэтому основным условием перед расчетом оперативных запасов и вместимости склада рассортированного сырья является вычисление производственной мощности лесопильного цеха.
Моделирование рассматриваемых процессов на ЭВМ показывает, что оперативный запас А (м3 пиловочника) при регламентированных и равных периодах работы лесопильных потоков в основном равен сумме минимальных партий запуска:

где T — период работы (половина смены, смена и т. д.) лесопильного цеха, в течение которого на бревнопильной линии (или линиях, специализированных на распиловку определенных сортировочных групп бревен) производится обработка пиловочника одним поставом (или одними и теми же поставами); — средняя производительность бревнопильных линий, м3 бревен в смену; nгр — число сортировочных групп бревен, определяемое по формуле

(N — число бревнопильных линий в лесопильном цехе; Tг — число смен работы цеха в течение года).
Время накопления (смен) оперативного запаса рассортированного пиловочника рассчитывается по формуле

При этом принимается максимальное значение фактической производительности линии для сортировки бревен Qф бм, т. е. с учетом превышения ее производительности над производительностью лесопильного цеха Kc = 1,1...1,4.
Фактическая производительность (м3 пиловочника в смену) линии для сортировки бревен определяется по формуле

где Qц бс — цикловая производительность сортировочной линии, шт. бревен в смену; Kис бс — коэффициент использования сортировочной линии; qср — объем бревна среднего диаметра и средней длины, м3.
Фактическая производительность (м3 пиловочника в смену) комплексной линии для окорки, раскроя хлыстов и сортировки бревен в этих условиях вычисляется по формуле

где Qц ок-рх-бс — цикловая производительность этой линии, бревен в смену.
Фактическая производительность (м3 пиловочника в смену) комплексной линии для окорки и сортировки бревен в этих условиях определяется по формуле

где Qц ок-бс — цикловая производительность этой линии, шт. бревен в смену.
В установившемся режиме работы процесса Kc = 1,05. Это объясняется тем, что чем больше производительность линии для сортировки бревен, тем меньше время накопления предварительного запаса рассортированного сырья, что является важным, например, в начале работы завода после капитального ремонта. В установившемся процессе работы любое превышение производительности сортировочной линии над средней производительностью лесопильного цеха приводит через определенное время к переполнению емкости склада рассортированных бревен. Во избезкание этого линию для сортировки бревен останавливают, например, на профилактический осмотр на половину смены или смену и затем снова запускают в работу.

Вместимость (необходимая емкость) склада рассортированного сырья намного больше, чем предварительный запас рассортированных бревен.
По существу, в секциях (подштабельных емкостях), закрепленных за определенными сортировочными группами бревен, все время происходят изменения (рис. 11.2). В одни секции поступают бревна от сортировочной линии в соответствии с процентным содержанием тех или иных диаметров в массиве поступающего сырья. Из других секций происходит интенсивная подача бревен определенных сортировочных групп в распиловку и т. д. Таким образом, на складе находится не постоянный, а текущий запас рассортированного сырья (см. рис. 11.2).
Практически минимальная вместимость (м3 бревен) склада рассортированного пиловочника определяется по формуле

Меньшая вместимость склада требуется при сортировке сырья перед однопоточными, а большая — перед многопоточными лесопильными цехами и при большом числе сортировочных групп бревен. Кроме того, вместимость склада зависит от возможности иметь информацию как о фактических объемах бревен тех или иных размерных групп, находящихся на складе к началу очередного периода работы лесопильного цеха, так и о их поступлении от линии сортировки в течение этого периода времени. При наличии автоматизированных систем учета и управления можно обойтись меньшей вместимостью склада рассортированного сырья.
Имитационное моделирование процесса подготовки и раскроя пиловочника показывает, что наибольший коэффициент загрузки бревнопильных линий лесопильного цеха имеет место при коэффициенте превышения минимальных партий запуска бревен, равном 3 и более, т. е. при нахождении на складе рассортированного сырья объема бревен, равного трем их оперативным запасам. При этих условиях коэффициент загрузки лесопильного цеха может достичь 95 % и более.
Очевидно, что это соответствует круглогодовой поставке сырья на лесопильное предприятие, так как в этом случае на складе рассортированных бревен должен находиться примерно месячный запас пиловочника.
Страховой запас бревен перед бревнопильными линиями (перед лесопильным цехом) принимается равным примерно получасовой фактической производительности каждой из установленных в цехе бревнопильных линий при форсированных режимах работы.
Пример. Рассчитаем процесс подготовки пиловочного сырья к обработке при следующих условиях.
Фактическая производительность лесопильного цеха Qф лц = 400 тыс. м3 бревен в год. Окорка и сортировка пиловочника осуществляются на комплексной линии OK—БС при коэффициенте превышения комплексной линии по сравнению со средней производительностью лесопильного цеха Kc = 1,1. Средний диаметр бревен на предприятии 18 см и средняя длина бревен 5 м. Планируемые простои комплексной линии Σtпл.пр ок-бс = 30 мин. Случайные простои участков окорки и сортировки бревен Σtсл.пр ок = 24 мин и Σtсл.пр бс = 24 мин. Время простоев комплексной линии по организационным причинам Σtэ = 48 мин. Годовой фонд времени работы комплексной линии Tг = 500 смен.
Предварительные расчеты показывают, что для обеспечения окорки и сортировки пиловочника при производственной мощности предприятия 400 тыс. м3 бревен в год необходима комплексная линия БС60-2Ф с пропускной способностью 17 бревен в минуту (т. е. с длительностью рабочего цикла Tц = 3,5 с) и с максимальным количеством бревен в накопителе между участками окорки и сортировки E = 10 бревен. При этих условиях рассчитываем коэффициент использования комплексной линии:

Здесь Δн — коэффициент межучасткового наложения случайных потерь оборудования окорки и сортировки бревен, который рассчитан следующим образом:

Так как среднее время простоя для устранения неполадок θср = 3600 * (1 - Yбр =* 3600 (1 - 0,95) = 180 с. (При сумме случайных простоев окорочного и сортировочного оборудования, равных 24 мин, в течение 480-минутной смены уровень безотказной работы комплексной линии Yбр = 0,95.)
Рассчитываем требуемую цикловую производительность (шт. бревен в смену) комплексной линии:

Здесь qср — объем бревна среднего диаметра и средней длины, м3. При необходимости, например с точки зрения предварительного выбора типа линии, могут быть сделаны повторные скорректированные расчеты.
Рассчитываем фактическую производительность (м3 бревен в смену) комплексной линии:

Вычисляем оперативный запас бревен (м3) при периоде работы лесопильного цеха T = 1 смена и 15 сортировочных группах бревен nгр:

где Qср бл — средняя производительность (м3 в смену) бревнопильных линий, которую при их количестве в лесопильном цехе N = 4 и годовом фонде его работы в размере Tг = 500 смен определяем следующим образом:

Далее вычисляем емкость склада (м3) рассортированных бревен:

накопления оперативного запаса (смен):

Для расчета страхового запаса бревен перед лесопильным цехом допустим, что в нем установлена одна фрезерно-брусующая линия на базе ФБС-750, спаренного с многопильным станком СБ-8М, и три двухрамные линии с двухэтажными лесопильными рамами (см. табл. 8.9).
Из таблицы видно, что к фрезерно-брусующему станку в смену поступает максимально около 400 м3 бревен, а в течение получаса 400/16 = 25 м3 пиловочника. К трем двухрамным потокам в смену поступает максимально около 900 м3, а в течение получаса 900/16 = 60 м3 бревен. Таким образом, общий объем страховых запасов перед бревнопильными линиями составляет 85 м3 бревен. Исходя из этого рассчитываются цикл работы и число автопогрузчиков, обеспечивающих синхронную работу системы окорка и сортировка бревен—склад рассортированного сырья—лесопильный цех, схема которой представлена на рис. 11.3. Естественно, что количество приемных транспортеров 8 перед лесопильным цехом для рассортированных бревен равно количеству бревнопильных линий.
При цикловой производительности комплексной линии OK—BC 7906 бревен в смену ее цикловая производительность в минуту составляет 7906/480 = 16,47 бревен.

На окорочном участке из двух окорочных станков 20К63-1 может быть максимально пропущено U1/(l + Δl) + U2/(l + Δl) = 70,2/5,5 + 60/5,5 = 23,66 бревен в минуту. Здесь U1 и U2 — скорость подачи окорочных станков 20К40-И 20К63-1 соответственно, м/мин; l — средняя длина бревен; M — средний межторцовый разрыв.
В этих условиях максимальная пропускная способность окорочного участка примерно в 1,5 раза больше цикловой производительности комплексной линии (23,66/16,47 = 1,436), что позволяет обеспечить нормальную работу комплексной линии окорки и сортировки бревен даже в зимнее время.
При необходимости на линии окорки и сортировки бревен устанавливается большее количество окорочных станков. На этой линии также могут быть установлены устройства для оцилиндровки комлей бревен. Применение последних может повысить объемный выход пиломатериалов на 1...2 %, а производительность бреанопильного оборудования — на 10 % и более. Число карманов-накопителей в данных условиях на комплексной линии OK—БС рассчитываем следующим образом:

где nгр — кэличество сортировочных групп бревен; nрез — количество резервных карманов, принимаемое в размере 15...20 % от числа сортировочных групп бревен в зависимости от организации и режимов работы оборудования, осуществляющего уборку бревен из накопителей и их транспортировку на склад рассортированного сырья; nотб — накопители, в которые направляется (отбирается) низкокачественное сырье, например, для выработки из него технологической щепы; nкон — конечный карман, куда попадают бревна, в процессе сортировки которых по тем или иным причинам произошли сбои в системах их замера и адресации.
При сортировке, например, бревен двух пород число карманов-накопителей практически удваивается. Что касается сортировки бревен по качеству древесины, то в мировой практике она, как правило, не производится. Осуществляется только подсортировка сильно сучковатых бревен и иногда на две группы длин.
Обратим внимание на большой экономический эффект специализации лесопильных предприятий на распиловку минимального числа пород пиловочника. Это объясняется тем, что последовательная обработка материала нескольких пород древесины, когда в лесопильном цехе, сушильных камерах и на участках окончательной обработки выпиливается, сушится и обрабатывается только одна порода древесины, возможна только при очень больших и, как правило, экономически неэффективных оперативных периодах работы завода.
На лесопильных заводах с современной организацией производства наиболее рациональным видом транспорта являются автопогрузчики, которые при круглогодичной поставке сырья обеспечивают транспортные операции не только подачи бревен к сортировочной линии, отвозки их на склад рассортированного сырья с формированием штабелей, расформирование последних и отвозки бревен к лесопильному цеху, но и операции по выгрузке бревен из воды и железнодорожных вагонов (рис. 11.4).

При проектировании современных лесопильных предприятий бассейнов перед лесопильными цехами, как правило, не предусматривается, хотя организации в них сортировки, накопления и прогрева бревен раньше уделялось большое внимание, также как и складам нерассортированного сырья.
При реконструкции лесопильных предприятий и установке на них линий береговой сортировки бревен имеющиеся бассейны зачастую используются как проходные для прогрева пиловочника в зимнее время. Так, на лесозаводе № 3 г. Архангельска дворики основного бассейна перед лесопильным цехом в зимний период закрываются щитами, а бассейн перед окоркой сделан закрытым — с перекрытием сверху деревянными конструкциями и боковыми деревянными стенками.
Учитывая низкие температуры в зимний период, на Усть-Илимском ЛОК по схеме Гипродрева создан закрытый бассейн в бетонном исполнении. В двориках, специализированных для каждой лесопильной линии и снабженных тросовыми ускорителями, поддерживают температуру воды в пределах 25...35 °C. Для удаления пара из здания предусмотрена вентиляционная установка.
Все вышеприведенные положения и формулы для расчета оперативного запаса бревен и склада рассортированного сырья действительны при сортировке пиловочника одной породы по одностадийной системе.
При двух стадийной сортировке необходимы два последовательно расположенных участка, каждый из которых должен быть оснащен линией (или линиями — при больших объемах распиливаемого сырья) для сортировки пиловочника. При этом сырье дважды разбирают до подачи пиловочника в распиловку. Поэтому затраты на укладку и разборку штабелей при двухстадийной сортировке почти в 2 раза больше, чем при одностадийной. Несмотря на это, двухстадийная сортировка при поставке на предприятие нескольких пород древесины более рациональна, чем одностадийная.
Наиболее рациональна двухстадийная сортировка пиловочника при гибком закреплении подштабельных секций на первой стадии сортировки, когда после расходования древесины штабеля одной породы на том же подштабельном основании может быть сформирован штабель пиловочника с другими сортировочными признаками. В этом случае вместимость склада на первой стадии пропорциональна числу пород т. Если каждое подштабельное место предназначается для накопления сырья только одной определенной породы (жесткое закрепление секций), вместимость склада на первой стадии двухстадийной сортировки пропорциональна квадрату числа пород m2. Гибкий способ закрепления подштабельных секций на первой стадии сортировки при большом числе пород позволяет в несколько раз уменьшить требуемую вместимость склада на первой стадии двухстадийной сортировки пиловочника.
Применение гибкого способа закрепления секций на второй стадии, как правило, технологически не рационально, так как, рассортировав на первой стадии пиловочник по породам, на второй стадии производят только его размерную сортировку.
Оперативный запас пиловочника (м3) при двухстадийной сортировке, когда в лесопильном цехе в течение оперативного периода лесопильного завода распиливается одна порода, определяется по формуле

где m — число сортируемых пород древесины; T0 — оперативный период работы лесопильного завода, за время которого в лесопильном цехе распиливается только одна порода древесины, смен; Qср лц — средняя производительность лесопильного цеха, м3 бревен в смену; T — период работы лесопильных потоков (цеха), смен; nгр — число сортировочных групп бревен.
Вместимость склада (м3) при двухстадийной сортировке и гибком способе закрепления подштабельных секций на первой стадии и жестком способе на второй стадии при распиловке в лесопильном цехе одной породы древесины в течение оперативного периода работы лесопильного завода T0 вычисляется по формуле

где Eг1 — вместимость склада на первой стадии при гибком закреплении подштабельных секций, равная Eг1 = (m - 1)T0 Qср лц + mVшт; ЕЖ2 — то же, на второй стадии при жестком закреплении подштабельных секций; Vшт — рациональный объем пиловочника на каждой подштабельной секции на первой стадии сортировки, м3.
Следует всегда помнить, что чрезмерное уменьшение объема штабеля бревен приводит к низкому коэффициенту использования площади склада и усложняет управление запасами сырья.
Оперативный запас пиловочника (м3) при двухстадийной сортировке, когда в лесопильном цехе в течение оперативного периода работы лесопильного завода распиливается несколько пород древесины, определяется по формуле

где Qср г.бл — средняя производительность группы бревнопильных линий, распиливающих одну породу древесины (при двух, например, бревнопильных линиях, распиливающих каждая одну из пород древесины, Qср г.бл = Qср бл) м3.
Вместимость склада рассортированного сырья (м3) при двухстадийной сортировке и гибком способе закрепления подштабельных секций на первой стадии и жестком способе на второй стадии, когда в лесопильном цехе распиливается ψ пород древесины, рассчитывается по формуле

Расчеты, проведенные нами, показывают, что некоторое сокращение вместимости склада рассортированного сырья при одновременной распиловке бревен двух пород древесины не компенсирует усложнений, возникающих на участке камерной сушки и окончательной обработки пиломатериалов при одновременной обработке заводом досок двух пород древесины. Следует также иметь в виду, что при этом необходима специализация участков сортировки сырых пиломатериалов, получения технологической щепы и учет ряда других моментов.
При анализе и выборе стадийности сортировки пиловочника следует учитывать, что одним из важнейших моментов, определяющих эффективность того или иного процесса, являются затраты не только прошлого овеществленного труда, выраженного в капитальных вложениях на строительство склада рассортированного сырья (дороги, подштабельные фундаменты и т. д.). He менее важны и затраты живого труда, определяемые объемом работ по укладке и разборке штабелей, а также транспортных операций. Естественно, что последних при двухстадийной сортировке пиловочника больше, чем при одностадийной. Поэтому если предприятие получает сырье круглогодично или применяется комбинированная поставка и отсутствуют межсезонные запасы сырья, то при поставке, например, двух пород древесины наиболее рациональна одностадийная сортировка пиловочника.
Допустим, что гарантированный запас сырья, необходимый заводу при отсутствии межсезонных запасов, не превышает 3... 4-недельной его производительности и равен 30...40 тыс. м3 бревен. В этом случае, если при одностадийной сортировке пиловочника вместимость склада рассортированного сырья не превышает объем гарантированного запаса (30...40 тыс. м3), применение двухстадийной сортировки не рационально, так как приведет к дополнительным затратам по формированию, разборке штабелей и увеличению переместительных операций. При поставке на такой же завод, например, четырех пород древесины в нерассортированном по породам виде положение изменится. В этом случае наименьшая вместимость склада рассортированного сырья в пределах гарантированного запаса будет при двухстадийной сортировке пиловочника и гибком способе закрепления подштабельных секций на первой стадии и жестком на второй стадии, в то время как при одностадийной сортировке пиловочника и жестком закреплении секций необходимая вместимость склада рассортированного сырья может доходить до 100 тыс. м3, а при гибком закреплении секций до 60 тыс. м3.
Оперативный запас пиловочника (м3) при одностадийной сортировке нерассортированных по породам бревен нескольких пород при условии распиловки в лесопильном цехе в течение оперативного периода работы завода одной породы может быть рассчитан по формуле

где A1 — запас бревен, необходимый для синхронной работы системы сортировка бревен—оперативный запас—лесопильный цех в течение оперативного времени работы лесопильного завода T0; A2 — запас бревен, рассортированных по размерным группам, необходимый для синхронной работы системы в течение периода работы лесопильного цеха T; Qср лц — средняя производительность лесопильного цеха, м3 бревен в смену; nгр — число размерных сортировочных групп бревен.
Учитывая, что колебания породного состава поступающего сырья не ограничены, этот запас предусматривается как бы для каждой из поступающих пород древесины. Вместимость склада (м3) рассортированного сырья при одностадийной сортировке нерассортированных по породам бревен нескольких пород при жестком способе закрепления подштабельных секций за определенными породоразмерными группами пиловочника и распиловке в лесопильном цехе в течение оперативного периода работы завода одной породы рассчитывается по формуле

где m — число сортируемых пород древесины.
Вместимость склада (м3) рассортированного сырья при одностадийной сортировке при тех же условиях, но при гибком закреплении подштабельных секций определяется по формуле

Заметим, что при наличии межсезонных запасов, т. е. когда лесопильное предприятие имеет сезонный характер поставки сырья, сортировку бревен двух пород древесины, нерассортированных по породам при поступлении или выгрузке, при распиловке в лесопильном цехе в течение оперативного периода работы завода одной породы рационально проводить по двухстадийной системе при гибком способе закрепления на первой и жестком способе их закрепления на второй стадии сортировки.
Обратим также внимание на большой экономический эффект от специализации лесопильных предприятий на распиловку минимального числа пород пиловочника. Это объясняется тем, что последовательная обработка материала нескольких пород древесины, когда в лесопильном цехе, сушильных камерах и на участках окончательной обработки выпиливается, сушится и обрабатывается лишь одна порода древесины, возможна только при очень больших и, как правило, экономически неэффективных оперативных периодах работы завода на одной породе древесины.
Таким образом, только правильно выбранные стадийность сортировки пиловочника и, что очень важно, способ закрепления подштабельных секций за бревнами определенных сортировочных групп могут обеспечить наиболее рациональный выбор параметров складов рассортированного сырья лесопильных заводов как при реконструкции существующих, так и проектировании новых предприятий.
Обратим внимание, что сухопутная сортировка бревен наиболее эффективна при внедрении АСУ производством на участках: линии сортировки бревен—оперативный запас—лесопильный цех. Основными функциями этих систем являются: получение, сбор и обработка информации о фактических запасах рассортированного пиловочника по породам и размерам для планирования производства с учетом изменения запасов во времени и прогнозирования поступления сырья по породам на очередной оперативный период работы лесопильного завода и по градациям — на очередной период работы лесопильного цеха.
При расчете складов рассортированного пиловочника следует также учитывать коэффициент их заполнения.
Коэффициент заполнения склада определяется по формуле

где К' — коэффициент, характеризующий площадь склада, необходимую на автодороги, противопожарные разрывы между штабелями бревен, складские механизмы, здания и сооружения; К — коэффициент, характеризующий отношение необходимых оперативных запасов пиловочника к необходимой вместимости склада. Например, К' = 0,4; К = Aд/Ед = 0,84. При этих условиях коэффициент заполнения склада Kз = (1 — 0,4) * 0,84 = 0,5.