Технологическое оборудования для лесопильного цеха

    Введение

      

    Лесопильное производство – основной крупнейший потребитель древесины. Распиловка бревен на пиломатериалы является первой технологической операцией механической обработки древесины. В результате выполнения этой операции получаются пиломатериалы (брусья, доски, бруски, заготовки), которые широко используются в различных отраслях производства (в производстве строительных материалов, в производстве мебели, тары, музыкальных инструментов и т. д.).

    Одно  с основных направлений повышения  эффективности лесопильного производства – рациональное и комплексное использование сырья с целью получения наибольшего объемного выхода спецификационных пиломатериалов высокого качества. Одновременно необходимо обеспечить более полное и эффективное использование отходов производства, которые неизбежны при раскрое древесины.

    От  того, как рационально использовано сырье на первой стадии обработки, в значительной степени зависит эффективность всего лесопильно-деревообрабатывающего производства.

    Современные технологические процессы лесопильного производства предусматривают применение высокопроизводительного оборудования, которое обеспечивает рациональный раскрой сырья, высокое качество пилопродукции и безопасные условия труда. В лесопилении все шире применяются автоматизированные системы для измерения и учета лесоматериалов и их оптимального раскроя с использованием электронно-вычислительной техники. Все это требует специальных знаний, которыми должны владеть специалисты лесопильных предприятий. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     1 Составление плана раскроя брёвен на пиломатериалы 

    1.1 Составление поставов 

    Составление плана раскроя брёвен на пиломатериалы  начинают с составления рациональных поставов для распиловки брёвен, размеры  которых указаны в спецификации сырья, на пиломатериалы, размеры указаны в соответствующей спецификации.

    При составлении поставов пользуются графиками  проф. Батина Н.А. /1/.

    При составлении поставов необходимо выполнить  следующие основные требования:

• толщина бруса принимается (0,53 ÷ 0,75) d с учетом размеров досок по ширине, которых требуется по спецификации пиломатериалов;
• в одном поставе доски по толщине  должны отличаться не менее чем на 5мм;
• постав должен быть симметричным относительно центра бревна;
• охват диаметра бревна поставом должен составить (0,95 ÷ 1,05)d.

    Способ  распиловки выбирают в зависимости  от параметров и качества сырья и  пилопродукции, технических требований к пиломатериалам (например, в отношении к расположению годичных слоёв–радиальные или тангенциальные пиломатериалы). Основными способами распиловки брёвен является:

• развальный;
• брусо-развальный;
• развально-сегментный;
• брусо-сегментный;
• секторный;
• круговой.

 
 

    1. Постав составляется для  I и II проходов.

      Составим постав для бревна  диаметром d=20 см, длинной L=5 м и сбегом c=0,76 см/м.

    По  таблицам проф. Батина Н.А. находим, что число пар досок в первом проходе 1, во втором проходе 1.

    

    I проход: в соответствии со спецификацией принимаем толщину бруса 125 мм. Расход ширины постава для бруса (Е_бр) будет равен толщине бруса с учетом припуска на усушку.

    

 

    Рис. 1.2 Схема постава на распиловку бревна с брусовкой.

      

    Е_бр= h_бр+у_бр=125+3,4=128,4 мм

    Толщину второй боковой доски (а₂) определяем следующим образом:

    С₂=1/2· (125+3,4) + 5 = 69,2 мм

    N₂=(2+1)-2=1, значит толщину доски определяем по первому графику Батина

    а₂=25 мм у₂=0,8 мм  s=5 мм

    Е_п1=(125+3,4)+2(25+0,8+5)=190мм=0,95d 

    II проход. Ширина пласти бруса будет равна  

    В_бр= = =153,3 мм

    Пласть  бруса следует использовать более  полно для получения длинномерных спецификационных досок. При этом толщины средних и центральных досок следует принимать с учетом данных табл.3 приложения [3]. Для нашего случая принимаем 3 центральные доски по 44 мм. Ширина расхода постава для этих обрезных досок будет равна

    Е_обр= (44+1,4)+2(44+1,4+5)=146,2 мм.

    Определим толщину третьей пары досок  

    С₃= 1/2 Е_обр+s= ½ 146,2+5=78,1 мм

    N₃=(3+1)-3=1

    а₃=19 мм у₃=0,6 мм  s=5 мм

    Е_п2=(44+1,4)+2(44+1,4+5)+2(19+0,6+5) = 195,4 =0,98d

    I проход

    125/1-25/2

    II проход

    44/3-22/2 
 

    2. Постав составляется для  I и II проходов.

      Составим постав для бревна  диаметром d=28 см, длинной L=5 м и сбегом c=1,03 см/м.

    По  таблицам проф. Батина Н.А. находим, что  число пар досок в первом проходе 2, во втором проходе 2.

    

    I проход: в соответствии со спецификацией принимаем толщину бруса 175 мм. Расход ширины постава для бруса (Е_бр) будет равен толщине бруса с учетом припуска на усушку. 

    Е_бр= h_бр+у_бр=175+4,4=179,4 мм

    Толщину второй боковой доски (а₂) определяем следующим образом:

    С₂=1/2· (175+4,4) + 5 = 94,7 мм

    N₂=(2+1)-2=1, значит толщину доски определяем по первому графику Батина

    а₂=32 мм у₂=1,0 мм  s=5 мм

    Е_п1=(175+4,4)+2(32+1,0+5)=255,4мм=0,98d 

    II проход. Ширина пласти бруса будет равна  

    В_бр= = =214,8 мм

    Пласть  бруса следует использовать более полно для получения длинномерных спецификационных досок. При этом толщины средних и центральных досок следует принимать с учетом данных табл.3 приложения [3]. Для нашего случая принимаем 3 центральные доски по 50 мм. Ширина расхода постава для этих обрезных досок будет равна

    Е_обр= (50+1,5)+2(50+1,5+5)=169,5 мм.

    Определим толщину третьей пары досок 

    С₃= 1/2 Е_обр+s= ½ 169,5+5=89,8 мм

    N₃=(3+1)-2=2 

    а₃=22 мм у₃=0,7 мм  s=5 мм

    Определим толщину четвертой пары досок

    С₄= (С₃+ (22+0,7+5))/2= 63,75

    N₃=(3+1)-3=1

    А₄=16 мм у₄=0,6 мм  s=5 мм

    Е_п2=(50+1,5)+2(50+1,5+5)+2(22+0,7+5)+2(16+0,6+5) = 268,1 =0,96d

    I проход

    125/1-25/2

    II проход

    50/3-22/2-16/2 

    3. Постав составляется для I и II проходов.

    Составим  постав для бревна диаметром d=34 см, длинной L=5 м и сбегом c=1,19 см/м.

    По  таблицам проф. Батина Н.А. находим, что  число пар досок в первом проходе 1, во втором проходе 3.

    I проход: в соответствии  со спецификацией принимаем толщину бруса 275 мм. Расход ширины постава для бруса (Е_бр) будет равен толщине бруса с учетом припуска на усушку.

    Е_бр= h_бр+у_бр=275+6,6=281,6 мм

    Толщину второй боковой доски (а₂) определяем следующим образом:

    С₂= 1/2 (h_бр+у_бр )+s= ½ (281,6/2)+5=145,8 мм

    N₂=(2+1)-2=1, значит толщину доски определяем по первому графику Батина

    

    а₂=19 мм у₂=0,6 мм  s=5 мм

    Е_п1=(275+6,6)+2(19+0,6+5)=330,6=0,97d

    II проход. Ширина пласти бруса будет равна

    В_бр= = =191 мм

    Пласть  бруса следует использовать более  полно для получения длинномерных спецификационных досок. При этом толщины средних и центральных досок следует принимать с учетом данных табл.3 приложения [3].

    Для нашего случая принимаем 3 центральные доски по 60 мм. Ширина расхода постава для этих обрезных досок будет равна 
 

    Е_обр= (60+1,8)+2(60+1,8+5)=195,4 мм.

    Определим толщину третьей пары досок

    С₃= 1/2 Е_обр+s= ½ 195,4+5=102,7 мм

    N₃=(5+1)-3=3, значит толщину доски определяем по третьему графику Батина

    а₃=22 мм у₃=0,7 мм s=5 мм

    N₄=(5+1)-4=2, значит толщину доски определяем по второму графику Батина

    С₄= С₃+( а₃+ у₃+s) = 102,7+(22+0,7+5)=173,3 мм =91,7 мм

    а₄=19 мм у₄=0,6 мм s=5 мм

    N₄=(5+1)-5=1, значит толщину доски определяем по второму графику Батина

    С₅= С₄+( а₄+ у₄+s) = 91,7+(19+0,6+5)=116,3 мм =63,2мм

    А₅=16 мм у₅=0,6 мм s=5 мм  

    Е_п2=(60+1,8)+2(60+1,8+5)+2(22+0,7+5)+2(19+0,6+5)+2(16+0,6+5)=348,2=

    =1,02d

    I проход

    275/1-19/2

    II проход

    60/3-22/2-19/4-16/2 

    1.2 Расчёт постава на выпиловку  обрезных досок  

    1 Определяем  диаметр бревна в комлевом  торце: 

    D = d + c · L = 20 + 0,76 5 = 23,8 см

    Е_кр=178 мм

    Затем определяем расстояние между симметричными пластями досок в поставе:

    Для первого прохода:

    Е_бр=а_бр+у =(125+3,4)=128,4 мм < Е_кр

    Е₂= Е_бр+2(а₂+у₂+S)=128,4+2(25+0,8+5)=190 мм > Е_кр

    Для второго прохода:

    Е₁= (а₁+у₁)=44+1,4=45,4 мм < Е_кр

    Е₂= Е₁+2(а₂+у₂+S)=45,4+2(44+1,4+5)=146,2 мм < Е_кр           

    

    Е₃= Е₂+2(а₃+у₃+S)=146,2+2(19+0,6+5)=195,4 мм > Е_кр 

    I. мм

      мм

    l = (D – d_p)/c = (23,8 – 20,5)/0,76 =4,25 м

    v₁ = 0,025 · 0,075 · 4,25 · 2 = 0,0159 м³

    II. . мм

      мм.

    l = (D – d_p)/c = (23,8 – 21)/0,76= 3,5 м

    v₃= 0,019 · 0,075 · 3,5· 2 = 0,010 м³

    v_1,2= 0,044 · 0,125 · 5 · 3 = 0,083 м³

                V_д = 0,0159 + 0,010 + 0,083 = 0,109 м³ 

    Объёмный  выход пиломатериалов из бревна составляет: 
 

    h_а = 100·V_д /V_б = 100 · 0,109/0,19 = 65,79%.

    2. Определяем диаметр бревна в комлевом торце:

                D = d + c · L = 28 + 1,03 · 5 = 33,15 см

    Е_кр=250 мм

    Затем определяем расстояние между симметричными  пластями досок в поставе:

    Для первого прохода:

    Е_бр=а_бр+у=175+4,4=179,4 мм < Е_кр

    Е₂=Е_бр+2(а₂+у₂+S)=179,4+2(32+1,0+5)=255,4мм > Е_кр

    Для второго прохода:

    Е₁= (а₁+у₁)=50+1,5=51,5 мм < Е_кр 

    Е₂= Е₁+2(а₂+у₂+S)=51,5+2(50+1,5+5)=164,5 мм < Е_кр           

    Е₃= Е₂+2(а₃+у₃+S)=164,5+2(22+0,7+5)=219,9 мм < Е_кр

    

    Е₄= Е₃+2(а₄+у₄+S)=219,9+2(16+0,6+5)=263,1 мм > Е_кр

    I. мм

      мм

    l = (D – d_p)/c = (33,15 – 27,92)/1,03 = 5 м

    v₃ = 0,032 · 0,11 · 5 · 2 = 0,0352 м³

    II. . . мм

      мм 

      мм.

    l = (D – d_p)/c = (33,15 – 28,5)/1,03= 4,5 м

    v₃= 0,022 · 0,175 · 5· 2 = 0,039 м³

    v₄= 0,016 · 0,11 · 4,5· 2 = 0,016 м³

    v_1,2= 0,050 · 0,175 · 5 · 3 = 0,131 м³

                V_д = 0,035 + 0,131 + 0,039 + 0,016 = 0,221 м³ 

    Объёмный  выход пиломатериалов из бревна составляет:

    h_а = 100·V_д /V_б = 100 · 0,221 /0,37 = 59,73%.

    3. Определяем диаметр бревна в  комлевом торце:

    D = d + c · L = 34 + 1,19· 5 = 39,95 см

    Е_кр=306 мм 

    Затем определяем расстояние между симметричными  пластями досок в поставе: 
 

    Для первого прохода:

    Е_бр=а_бр+у=275+6,6=281,6 мм < Е_кр

    Е₂=Е_бр+2(а₂+у₂+S)=281,6+2(19+0.6+5)=330,8 мм > Е_кр

    Для второго прохода:

    Е₁= (а₁+у₁)=(60+1,8) = 61,8 мм < Е_кр

    Е₂= Е₁+2(а₂+у₂+S)=61,8+2(60+ 1,8 +5)=195,4 мм < Е_кр

    Е₃= Е₂+2(а₃+у₃+S)=195,4+2(22+0,7+5)=250,8 мм < Е_кр

    Е₄= Е₃+2(а₄+у₄+S)=250,8+2(19+0,6+5)=300 мм < Е_кр

    Е₅= Е₄+2(а₅+у₅+S)=300+2(16+0,6+5)=343 мм > Е_кр

    I. мм

      мм

    l = (D – d_p)/c = (39,95 – 35,45)/1,19= 3,75 м

    v₂ = 0,019 · 0, 125 · 3,75 · 2 = 0,02 м³

    

    II. . мм

      мм

    l = (D – d_p)/c = (39,95 – 36,1)/1, 19 = 3,25 м

    v_1,2= 0,060 · 0,2755 · 5 · 3 = 0,25 м³

    v₃= 0,022 · 0,275 · 5 · 2 = 0,061 м³

    v₄= 0,019 · 0,275 · 5 · 2 = 0,052 м³

    v₅= 0,016 · 0,11 · 3,25 · 2 = 0,011 м³

    V_д = 0,020+0,250+0,061+0,052+0,011=0,39 м³

    Объёмный  выход пиломатериалов из бревна составляет

    h_а = 100·V_д /V_б = 100 · 0,39 /0,54 = 72,22%.

    Результаты  составления и расчёта поставов приведены в табл. 1.1

 

     Таблица 1.1

    

    Сводная ведомость  расчета поставов

 

    Средний объёмный выход, выпиленных с брёвен, которые указаны в спецификации сырья, определяют по формуле

    ηср= (η₁ · P₁₊ η₂· P₂₊ η₂·P_{2 )}/100=(65,79·30+59,73·40+72,22·30)/100=65,3%

    где η₁, η₂, η₃ – объёмный выход по каждому поставу, %;

    P₁, P₂, P₃ – доля брёвен по объёму, % (указано в задании).

    Количество  сырья (м³), которое необходимо для распиловки 1000 м³ пиломатериалов, определяется по формуле

      м³.

    Количество  брёвен (м³) каждого диаметра определяют по формуле

    

    Для диаметров 16 см, 24 и 28 см:  

     = 459,42 м³ 

     = 612,56 м³

     = 459,42 м³

    После этого с учётом объёма одного бревна количество их (шт) определяют по формуле

    

     = 2418 шт.

     = 1656 шт.

     = 851 шт.

    Распределение брёвен по размеру с учётом спецификации сырья сводим в 

    табл. 1.2 

    Таблица 1.2

    Распределение брёвен по диаметру

    После этого составляется план раскроя брёвен, который приведен в табл. 1.3.

      В плане раскроя указывается  общий объём досок данного  размера, выпиленных со всех  брёвен. Чтобы определить этот  объём, необходимо объём досок  данного размера, выпиленных с одного бревна, умножить на количество брёвен, распиленных по этому поставу.

    При определении общего фактического объёма всех выпиленных досок А_ф сумма может получиться больше или меньше 1000 м³ (с учётом сделанных округлений расчётного количества брёвен до целого числа). Однако отклонение объёма не должна превышать 5 %. 

 

     Таблица 1.3

    План  раскроя бревен

    Фактический объемный выход досок по плану  раскроя определяется по формуле

    η_ср= (А_пл.р/В)*100%=(960/1531,39)·100%=62,69%

    

    

    1.3 Расчёт баланса древесины и  его анализ. 

    В процессе распиловки древесина брёвен распределяется по видам пилопродукции, деловых отходов и безвозратных потерь. К пилопродукции относятся доски, бруски, брусья, различные виды заготовок, обапол и другие виды пиломатериалов.

    Деловые отходы бывают кусковые (горбыли, рейки, срезки) и мягкие (опилки). Деловые отходы являются ценным вторичным сырьём для других видов производств (мелкие пиленные заготовки, технологическая щепа для производства бумаги, картона, целлюлозы, ДВП, ДСП, гидролиза и др.).

    Безвозвратные потери – это потери на усушку и  распыление. Кора в балансе древесины  не учитывается.

    Баланс  сырья рассчитывается по одному из поставов, входящих в план раскроя. Полученные данные корректируются на план раскроя, при этом учитывается, что кусковые отходы могут быть переработаны как на мелкую пилопродукцию, так и использование для выработки технологической щепы.

    Для составления баланса сырья из плана раскроя выбирают постав с 

диаметром брёвен (d), близким к среднему диаметру брёвен (d_ср) заданноё спецификации, и с процентом полезного выхода (η), примерно равным среднему выходу (η_ср) по плану раскроя.

    Сделаем расчёт баланса для постава №1. все данные для расчётов берутся  из таблиц 1.1 и 1.3

    Объём опилок V_оп(обр), полученных при обрезке необрезных досок определяется по формуле

    Объём опилок V_оп(обр), полученных при обрезке необрезных досок определяется по формуле

    V_п(р)=(0,65d_ср· z₁+0,95h_бр· z₂)sl

       

      см;

    z₁=n +1 = 4+1=5

    z₂=n +1 = 4+1=5

    

      Это составляет от объема бревна