Основные количественные и качественные показатели производ­ства технологической щепы формируются прежде всего основным тех­нологическим оборудованием, входящим в систему машин, в первую очередь, рубительными машинами. В зависимости от вида и размеров перерабатываемого древесного сырья, условий осуществления процес­са и требований к размерам и качеству технологической щепы руби - тельные машины имеют различное конструктивное исполнение.

Основным оборудованием для производства щепы являются дис­ковые и барабанные рубительные машины. В дисковых рубительных машинах механизм резания выполнен в виде вращающегося плоского или геликоидального диска с расположенными на его поверхности ре­жущими элементами. Наибольшее распространение на лесозаготови­тельных предприятиях получили машины с наклонной подачей сырья МРНП-10 и МРНП-30, входящие в состав соответственно установок УПЩ-3 и УПЩ-6, а также модернизированные машины с системой шумопонижения МРНП-10-1 и МРНП-30-1. Эти рубительные маши­ны позволяют перерабатывать сырье диаметром до 22 см, что требует - трудоемкой подготовительной операции по раскалыванию чураков. С целью сокращения затрат на подготовку сырья была создана машина МРНП-40-1, позволяющая перерабатывать лесоматериалы диаметром до 44 см и предназначенная для комплектации установок УПЩ-6Б и JIT-8. Конструктивные особенности этих и ряда других, наиболее рас­пространенных рубительных машин, особенности их эксплуатации довольно подробно рассматриваются как в учебной [2, 15, 18 J, так и в специальной литературе 18, 11, 21 ].

С целью повышения технического уровня производства техноло­гической щепы в последние годы был разработан ряд более совершен­ных рубительных машин. Среди них можно отметить рубительные машины, выпускаемые Гатчинским заводом бумагоделательного обо­рудования: МР2-20, МР2-20Н, МРЗ-40ГБ, МРЗ-40Н, МРЗ-50ГБ, МРЗ - 50Н. Эти машины отличаются принципиально новой формой сечения загрузочного патрона, имеющего большие по сравнению с аналогами размеры. Для данных машин характерно устойчивое базирование в патроне сырья небольшого сечения, лучшие условия резания при од­новременном увеличении пропускной способности. Выход кондицион­ной фракции щепы повысился до 87-90%.

Технические характеристики основных рубительных машин представлены в табл.2.8.

Опыт эксплуатации отечественных и зарубежных рубительных машин показал, что качество щепы и выход нормальной фракции зависят от большого числа факторов: выпуска ножей и их количества, состояния режущих кромок, параметров загрузочного патрона, спосо­ба подачи сырья и удаления щепы, скорости резания, частоты враще­ния диска, влажности, плотности и породы древесины, размеров измельчаемого сырья и др. Отмеченные факторы влияют на произво­дительность рубительной машины, а также определяют ее работоспо­собность. Одной из причин выхода из строя рубительной машины является перегрев электродвигателя, происходящий из-за чрезмерной загрузки машины сырьем предельного сечения и длины. Поэтому для определения технических возможностей той или иной рубительной машины возникает необходимость в проведении проверочных расчетов ее производительности. Авторами рекомендуется следующий алго­ритм решения этой задачи.

Согласно общепринятой методике, часовая производительность рубительной машины может быть определена по формуле:

Пч = 0,06 n z 1Щ F Км Кр, (2.9)

Где п — частота вращения диска, мин 1;

Z — число ножей на диске;

1щ — расчетная длина щепы, мм;

F — поперечное сечение измельчаемого сырья, м2;

Км — коэффициент использования машинного времени: для многоножевых машин Км = 0,1 -0,4; для малоножевых — Км = 0,5-0,8;

Кр — коэффициент использования рабочего времени, Кр = 0,7-0,8.

При измельчении на дисковых рубительных машинах ветвей, сучь­ев, тонкомера, горбыля или реек, подаваемых пачкой, в формулу (2.9) вместо значения F вводится величина проходного сечения загрузочно­го патрона и соответствующие коэффициенты:

К0 — коэффициент использования приемного окна, К0 = 0,3-0,7; Кп — коэффициент полнодрсвесности сечения перерабатываемо­го сырья в обжатом состоянии: для сучьев и ветвей Кп=0,2-0,3; для реек и горбылей Кп = 0,3-0,5; для вершин и тонкомера Кп = 0,4-0,7.

Указанная зависимость не учитывает длины измельчаемого сырья и реального снижения числа оборотов ножевого диска. Поэтому в дан­ном разделе приводятся методические рекомендации, позволяющие анализировать возможные изменения производительности и мощно­сти дисковых рубительных машин в зависимости от параметров из­мельчаемого сырья.

Таблица 2.8 Технические характеристики отечественных рубительных машин Показатели Марка машины МРНП-10 МРНП-30 МРГ-20 Б МРГ-40 МРЗ-40ГБ МРЗ-50ГБ МРНП-4М МР2-20Н МР2-20 МРЗ-40Н МРЗ-50Н Тип рабочего органа Ножевой диск Расположение загрузочного патрона Наклонное Горизонтальное Наклонное Производительность, м3/ч 10 30 20 40 40/50 40 20 40/50 Диаметр рабочего органа, мм 1270 1270 1270 1600 1600 1600 1270 1600 Число ножей 16 16 12 10 15 6 16 15 Частота вращения рабочего органа, мин 590 740 750 585 600 590 600 600 Поперечное сечение загрузочного патрона, мм 250x250 250x250 220x420 350x580 430x550 350x580 250x400 350x650 Максимальные размеры измельчаемого сырья, мм: диаметр/ширина длина 220 1500 220 1500 220 3000 320 6000 600 6000 440 2000 350 2000 600 2000 Мощность привода, кВт 55 90 75 160 132/160 160 75 132/160 I Масса, кг 4553 4500 5500 12000 9200 "12000 6100 9200

Окончание табл. 2.8 Показатели Марка машины ДУ-2АМ ЛО-56 МРБ4-30ГН МРБР8-15Н ДО-51 МРР8-50ГН Тип рабочего органа Ножевой барабан Многорезцовый барабан Многорезцо­вый диск Расположение загрузочного патрона Горизонтальное Вертикаль­ное Горизон­тальное Горизон­тальное Производительность. М3/ч 12 50 30 15 15 50 Диаметр рабочею органа, мм 600 900 1270 950 800 2900 Число ножей 4 6 4 37 8 25 Частота вращения рабочего органа, мин" 600 585 368 350 400 150 Поперечное сечение загрузочного патоона, мм 300x300 450x500 700x900 750x800 500x800 800x800 Максимальные размеры измельчаемого сырья, мм: диаметр/ ширина длина 300 18000 300 18000 200 3000 800 750 800 3000 800 25000 Скорость подачи сырья, М/с 0,8 1,34 — — 0,8 С,9 Мощность привода, кВт 55 160 169 75 75 160 Масса, кг 4900 12000 17000 4900 5700 27300

На первом этапе моделирования процесса работы дисковой руби - тельной машины рекомендуется определить полную работу А, необхо­димую для переработки древесины заданной длины:

А = р (1 + 0,3^ ) BcpVpest, (2.10)

Где р — удельная сила резания, Н/мм; — коэффициент трения древесины о поверхность диска, ц = 0,2 ... 0,3; вер — средняя условная ширина резания, мм; Vpe3 — скорость резания, м/с; t — время, необходимое для переработки древесины заданной длины, с.

Составляющие формулы (2.10) определяются из соответствую­щих зависимостей:

Р — Р<рн<рв °р а*> At апу (2.11)

Где Р (рн f в — удельная сила резания, определяемая по номограм­ме (рис.2 2) для конкретных значении угла встречи <рв и угла наклона (рп в расчетах рекомендуется принимать угол встречи из соотношения <рв + д < 90°, при этом угол заточки <5 = 30- 38°.

Рис.2.2. Номограмма для определения удельной силы резания при различных углах встречи <рв и наклона (рп

Фактически значения углов и <рН зависят от устойчивости из­мельчаемого сырья в загрузочном патроне.

Ар — коэффициент затупления режущих ножей, для острых — 1, для затупленных — 1,25;

Aw — коэффициент состояния измельчаемой древесины: для под­сушенной древесины — 1,1; для влажной и свежесрубленной — 1,0;

At — коэффициент, равный 1,4, вводимый при переработке моро­женой древесины;

Значения коэффициента ап. учитывающего породу древесины, приведены ниже:

TOC o "1-3" h z сосна 1,0 осина 0,85

Ель 0,87 береза 1,25

Пихта 0,87 ясень, дуб 1,6

Лиственница 1,07 бук 1,4

FcpW1 /п

(Зср == ~т-- :--- "---- ■ , (2.12)

Где FCp— средняя площадь поперечного сечения перерабатывае­мой древесины, см ;

L — линия резания, мм;

L = Щт, (2.13)

Z *

Где Rpe3 — средний радиус резания, мм; Z — число режущих ножей на диске. _ Л пЯрез Cos^H Vpa ~ 30cos - yi) ' (2Л4)

Пер Z 1щ ' ^ ^

Где 1б — длина измельчаемого сырья, мм; Пер — средняя частота врщения диска, мин"1; 1щ — длина щепы по волокну, мм.

_2лЯРез SIn yj

Cos(рн-Yi) ' ( }

У >— угол затягивания или задний угол, величина которого при­нимается для отечественных геликоидальных дисковых рубительных машин равной 1,5... 3,2'.

Работа, которую должен совершить электродвигатель при пере­работке подаваемой в загрузочный патрон древесины,

Аэл = А —Аизб, (2.17)

Где А — полная работа, необходимая для переработки сырья длиной 1б, вычисляемая по формуле (2.10), Дж;

Аизб — избыточная работа, погашаемая энергией вращающегося диска при снижении его оборотов от номинальных пн до минимально допустимых п* для данного электродвигателя, Дж.

Лиз 6 = л2с2дп2(пн2~пк2), (2.18)

30" 2 G >

Где — масса диска, кг;

П — радиус инерции диска, м,

G — ускорение свободного падения, м/с.

Рекомендуется принимать пк на 30% ниже пн.

Вд =4600 Од2 Но, (2.19)

Где Эд, Н0 — соответственно диаметр и толщина диска, м.

Номинальная мощность электродвигателя

N" = тг^Чг ' <2-20)

1УЭЛ Кп

*

Где к п— коэффициент перегрузки электродвигателя, по условиям безопасной эксплуатации принимается равным 1,8... 2,0;

7) ол — кпд электродвигателя, можно принять равным 0,95...0,98-

Некоторые авторы [11, 14 1 рекомендуют также рассчитывать для каждого диаметра бревна его допустимую максимальную длину Lma. x и время разгона tpa3r, затрачиваемое на восстановление ножевым диском нормальной угловой скорости:

_ ВдРд2ш1х 1 - Кдоп 2)

L,max —------ г------------------- ^----- V-------------- 1~

(2.21)

2

Щ cos (<рн - Yi) liu,Zu)( + Kfonj

Р<р&рн л d 4л NH пэл

16

41

Где вд — масса диска, кг; Од— диаметр диска, м;

Со — угловая скорость ножевого диска, рад/с; Кдоп — коэффициент снижения угловой скорости ножевого диска, Кдоп =0,4-0,5.

, _ СдРд2а?{-Кдоп2) ~ 16 NhVm "

Как показали расчеты, выполненные с использованием ЭВМ по приведенной выше методике для рубительной машины МРНП-30-1, при измельчении метровых лесоматериалов диаметр сырья может до­стигать 16... 21 см, двухметровых — 11... 15см, трехметровых — 10... 13 см и четырехметровых — 10... 11 см.