Повышение эффективности окорки лиственницы на роторных станках

В восточных районах нашей страны лиственница произрастает почти повсеместно. Объем заготовок и переработки лиственничного сырья неуклонно возрастает и в ближайшее десятилетие лиственница станет основным сырьем лесоперерабатывающей промышленности этих районов /I/.

Лиственница является перспективной породой, так как обладает высокой прочностью независимо от районов ее произрастанияповышенной стойкостью к загниваниюсучки в ней встречаются значительно реже, чем в пилопродукции других хвойных пород. Это позволяет использовать лиственницу со значительным экономическим эффектом в тех отраслях народного хозяйства, где к древесине предъявляются такие требования /2/.

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг и на период до 1990 года предусмотрено дальнейшее развитие лесной, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, повышение комплексности переработки древесного сырья.

В решении задачи комплексного использования лиственницы важное место занимает окорка на роторных станках /3,4,5/, так как она позволяет получить кусковые отходы лесопиления пригодные для переработки в технологическую щепу, а кору использовать в качестве сырья для производства дубильных экстрактов. Кроме этого, сокращается расход инструмента на лесопильных рамах на снижается шероховатость поверхности пиломатериалов на 9%, погрешность распиловки на 22%, увеличивается производительность лесопильных рам, примерно, на 8% /6,7/.

Б условиях Сибири и Дальнего Востока лиственничный пиловочник окаривается в широком диапазоне диаметров, при продолжительном периоде более низких температур, в подсушенном и свежесрублен-ном состоянии, без тепловой подготовки к окорке. Эти особенности затрудняют получение качества окорки лиственничного пиловочника, необходимого для переработки кусковых отходов лесопиления в технологическую щепу и. использования коры как сырья для производства дубильных экстратов.

Целью работы являлось повышение эффективности окорки лиственницы на роторных станках в условиях Сибири и Дальнего Востока.

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи: исследовать влияние технологических и режимных факторов на качественные и силовые показатели окорки лиственницыразработать научно обоснованные рекомендации по повышению эффективности окорки лиственницы на роторных станках в условиях Сибири и Дальнего Востока.

Проведенные исследования позволили обосновать требования к качеству окорки лиственничного пиловочника для различных типов лесопильных потоков в зависимости от технологических факторов: диаметра бревнатолщины корысортности технологической щепы и корыобъема кусковых отходов лесопиления, перерабатываемых в технологическую щепу. Они не однозначны, поэтому в качестве критерия при назначении оптимальных геометрических параметров коро-снимателя и режимов работы станка принята наиболее высокая чистота окорки, которая необходима для окорки лиственничного пиловочника с последующей распиловкой на лесопильной раме или ленточно-пильном станке и переработкой кусковых отходов лесопиления в технологическую щепу первого сорта. Более низкая чистота окорки достигалась увеличением скорости подачи бревен в станок при сохранении остальных параметров решила, назначенных с помощью критерия.

Определено, что совокупное влияние диаметра бревна, угла подъема короснимателя на качество окорки зависит от соотношения сил, действующих по передней и задней грани резца, а угла рабочей кромки с осью бревна — от длины контакта рабочей кромки с поверхностью бревна. Установлена необходимость включения этих факторов в план экспериментальных исследований в совокупности с температурой, влажностью, диаметром бревна, скоростью подачи, удельной силой прижима.

Установлено, что оптимальное значение угла рабочей кромки с осью бревна составляет 0,2616 рад. и не зависит от температуры. В то же время удельная сила прижима короснимателя, подача на резец, угол подъема короснимателя и соответствующий ему угол окорки, задний угол окорки зависят от температуры, влажности, диаметра бревна и для эффективной окорки лиственницы необходим дифференцированный подход к назначению этих параметров.

По результатам экспериментальных исследований в лабораторных условиях определены рациональные значения угла окорки, силы прижима короснимателя, скорости подачи бревен в станок для подсушенной и свежесрубленной лиственницы в зависимости от температуры.

С целью повышения производительности окорки лиственничного пиловочника для различных типов лесопильных потоков определена зависимость чистоты окорки подсушенной и свежесрубленной лиственницы в летнее время от скорости подачи, диаметра бревна.

По результатам исследований в лабораторных и производственных условиях разработаны рекомендации по повышению эффективности окорки лиственничного пиловочника на роторных станках в широком диапазоне диаметров, проведена их производственная проверка.

Определено, что для окорки лиственницы в летнее время необходимо применение восьми комплектов короснимателей, в зимнеешестнадцати, так же требуется подсортировка бревен на четыре группы диаметров. В связи с чем областью применения разработанных 1 режимов окорки лиственницы являются роторные станки, установленные в лесопильные потоки, распиливающие сортированное по диаметрам сырье.

Для окорки лиственницы в условиях Сибири и Дальнего Востока необходимо, чтобы коросниматель в зависимости от диаметра бревна сохранял углы окорки, а механизм прижима в зависимости от темпе-ратурно-влажностного состояния лиственницы обеспечивал требуемую силу прижима без остановки ротора станка.

С учетом этих требований разработаны предложения по совершенствованию короснимателей и механизма их прижима, которые обладают новизной (а.с.гё 725 878, 745 680, 844 310, 1 068 289).

Повышение экономической эффективности от разработанных рекомендаций составило от 0,24 руб/м3 до 0,29 руб/м3.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

I.I* Особенности коры и древесины лиственницы.

Лиственница обладает толстой корой и значительным её процентным содержанием по отношению к объему ствола.

На долю коры у лиственницы приходится в среднем от 20 $ до 27 $ всего объема ствола /8,9,10,11,12,13,14,15/. От этих величин отличается доля коры у курильской лиственницы Сахалина, которая составляет от 11 $ до 16% /16/.

В табл.1 «I представлены результаты замера толщины коры хвойных пород /17,18/. Из табл.1.1 видно, что толщина коры лиственницы значительно больше, чем у других хвойных пород. Например, для диаметра 20 см, замеренного от комля на высоте груди, она в 7Д4 раз больше чем у сосны, в 5 раз больше чем у ели.

При получении технологической щепы с содержанием коры не более 3 $ чистота окорки лиственницы и сосны должна быть не i ¦ * менее соответственно 84,5 $ и 75 $ /19/. Для тех же условий рекомендуется чистота окорки лиственницы 96,2 $ и 93,9 $ /20/.

Как вццно чистота окорки лиственницы выше, чем у других хвойных пород, однако рекомендации авторов противоречивы.

Требования к чистоте окорки лиственничного пиловочника определяются сортностью технологической щепы, получаемой из кусковых отходов лесопиления /21/. Они также зависят от диаметра бревна, объема кусковых отходов лесопиления, перерабатываемых в технологическую щепу. Такой зависимости в литературных источниках не обнаружено. толщина коры хвойных пород.

Порода Место 1. Толщина кош. мм тэи диаметре 6i эевна. см вырезки 8 — 12 j 16 20 • 24 28 ! 32 36 40 44 48 | 52 56.

Сосна 1 к: 1 1 ] —— j 1 ! 2,0 — 2,2 1 2,8 ! 1 3,2 1 5,0 ! 6,0 ! 12,0 14,0 16,0 1 20,0- — 22,0 с ! 1,5 | 1,8! 2,0 2,2 2,4 3,0 | 3,5 ! 5,0 5,5 6,5 1 — —.

Б л ь 1 к — 3,0 — 3,5 4, о — 4,5 4,5 1 i 5,5 6,0 8,0 9,0 ю, о! — 12,0.

1 с 2,3 — - з, о — 3,5 3,8 1 4,0 7,5 j 5,0 5,5 6,0 7,0 — —.

Береза к 1 — 4,0: 6,0 6,5 7,0 7,5 j 9,0 11,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 с I 3,5 4,0: 5,6 6,0 6,5 7,5 j 9,0: 11,0 12,0 — — - —.

Ооина К : — — i — 8*2 10,0 11,0: 12,0 13,0 14,0 15,0 17,0 21,0 с ! 3,1 4,2 5,5 7,0 ! 7,5 25,01 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 —.

Лиственница К 17,0 18,0 20,0, 23,0 25, о- 26,0 27,0 29,0 30,0 31,0, 33,0 38,0 i с — 12,0' 13, а 14, о- 1 15,0 16,0 17, о- 18,0 19,0 20,0 22,0 23,0 28,0.

Примечание, К — комель дерева на высоте груди, С — середина ствола.

Кора лиственницы содержит высокий процент дубильных веществ: в коре лиственницы Сукачева их содержание от 5% до 10%- лиственницы сибирской от 14 $ до 15 $- лиственницу даурской -11% /22/. Это значительно больше, чем у коры сосны и ели. Поэтому лиственничное корье является ценным сырьем для производства дубильных экстрактов. Так как сортность лиственничного корья зависит от примесей древесины в коре /23/, поэтому при разработке рекомендаций по окорке лиственницы необходимо знать допустимые потери древесины, их зависимость от диаметра бревна. Последней в литературных источниках не обнаружено.

Толщина коры лиственницы оказывает существенное влияние на силовые показатели ее окорки. С увеличением диаметра бревна от 10 см до 40 см, а, следовательно, с увеличением толщины коры от 0,7 см до 2,5 см при окорке в летнее время касательная сила увеличивается до 30 $ /24,25/.

Качественные и силовые показатели процесса окорки в значительной мере определяются пределом прочности коры на скалывание по камбиальному слою, сопротивлением коры перерезанию, прочностью заболонной древесины на скалывание и перерезание поперек волокон в тангентальном направлении при различном температурно-влажностном состоянии древесины.

В табл.1.2 представлены основные механические свойства коры и заболонной древесины хвойных пород /26,27/.

Как видно из табл.1.2 механические свойства коры лиственницы значительно выше других хвойных пород. Так предел прочности на скалывание коры по камбиальному слою в интервале температур от 0 °C до -30°С в 1,06 — 1,54 раза больше чем у сос.

Таблица 1.2.

Механические свойства коры и заболонной древесины хвойных пород.

Порода Место Предел прочности на скалывание, лаН/см2 пои темпештуюе. °С Преда ние. j и прочности на перереза-iaH/см* пот1 темпешттш. С вырезкио — -5 -10 -20 -30 0 -5 -10 -20 -30.

Сосна древесина 2,8 — 45,4 54,3 76,8 85,1 334 331 333 335 310 кора 7,8 13,3 15,8 19,8 24,7 56,4 49,9 48,0 47,2 50,8.

Ель древесина 21,7 45,4 47-, 2 72,7 83,4 354 336 350 363 326 кора 3,3 5,3 10,6 16,0 18,1 37,5 38.5 34,0 34,0 39,2.

Береза древесина 38,6 42,4 50,2 57,1 65,4 313 332 337 342 328 кора 10,2 21,4 21,5 33,2 33,8 49,7 48,7 49,0 46,8 51,0.

Осина древесина 26,1 38,0 41,1 51,2 58,7 310 312 311 355 296 кора 7.9 10,1 16,0 22,6 22,8 57,5 53,0 52,0 53,0 55,0.

Лиственница древесина 57,5 73,0 78,5 114,5 148,0 310 314 308 290 312 кора 3,5 7,6 10,6 23,8 28,0 77,0 90,0 95,0 112,0 112,0 ны, а предел прочности на перерезание коры в этом же диапазоне температур превышает в 2,05 — 2,85 раза.

Предел прочности на скалывание коры лиственницы по камбиальному слою с понижением температуры от 0 °C до -30°С увеличивается с 3,5 даН/ем^ до 28 даН/см**, а предел прочности на перерезание с понижением температуры до -15°С возрастает с 77 даН/см^ до 97 даН/см^, дальнейшее понижение температуры до-30°С приводит к снижению предела прочности на перерезание.

Предел прочности коры на скалывание по камбию и перерезание поперек волокон в диапазоне температур от 0 °C до -30°С значительно меньше, чем предел прочности древесины на скалывание и перерезание поперек волокон в тангентальном направлении. С понижением температуры эта разница уменьшается. Например, предел прочности древесины на скалывание поперек волокон при 0 °C в 15−18 раз больше, чем у коры, а при температуре -30°С больше в 5−5,5 раза.

Данные табл.1.2 распространяются на лиственничную древесину свежесрубленного состояния. Однако механические свойства коры и заболонной древесины в значительной степени зависят от влажности. Так, при влажности 16 $ кора легко ломается как вдоль, так и поперек волокон. При влажности от 20 $ до 40 $ кора ломается значительно труднее, а при влажности от 50 $ до 80 $ и более кора сравнительно легко разрывается вдоль волокон и значительно труднее поперек их /28/.

Чистота окорки с понижением влажности снижается. Так, еловая сплавная древесина окаривается чисто при влажности коры не ниже 52 $. При понижении влажности до 46 $ процесс окорки прекращается /29,30/.

Таким образом, особенности коры и древесины лиственницы заключаются в наличии более толстой коры, а также повышенных прочностных свойствах коры и древесины. Это накладывает трудности при ее окорке на роторных станках, особенно с понижением температуры и влажности.

Требования к чистоте и потерям древесины при окорке лиственницы значительно отличаются от требований к другим хвойным породам. Однако в литературных источниках не обнаружено обоснования требований к качеству окорки лиственницы в зависимости от технологических факторов: диаметра бревна, толщины коры, сортности коры и технологической щепы, объема технологической щепы, получаемого из кусковых отходов лесопиления.

5.3. Выводы.

Предложена конструкция короснимателя, сохраняющего углы окорки и контакт рабочей кромки с поверхностью бревна при окорке бревен в широком диапазоне диаметров (а.с.№ 725 878).

Разработана методика определения основных конструктивных параметров короснимателя, сохраняющего углы окорки и контакт.

Экспериментальный роторный окорочный станок с дистанционным управлением короснимателями.

Рис. 5.8 рабочей кромки с поверхностью бревна, а также предложена зависимость (5.61) для определения силы взаимодействия короснимателя с сучком.

Предложена конструкция роторных окорочных станков с дистанционным управлением рабочими органами (а.с.№ 745 680,844310, 1 068 289), которые более просты в конструктивном исполнении и надежны в работе.

6, ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОКОРКИ ЛИСТВЕННИЦЫ.

Для выявления преимущества предлагаемых режимов окорки лиственницы по сравнению с режимами, применяемых на предприятиях, были проведены сравнительные испытания. Условия проведения испытаний приведены в табл.6.1.