Тема: СТАНКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Тема: СТАНКИ И УСТАНОВКИ ДЛЯ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

Окорка лесоматериалов представляет собой процесс удаления коры и луба. Окоряют как круглые (балансы, рудничную стойку, шпальные и пиловочные бревна), так и пиленые (шпалы) и колотые (технологическое сырье и балансы) лесоматериалы. Окоренные лесоматериалы быстрее высыхают и менее подвержены микологическому и энтомологическому воздействию. Кроме того, окорка необходима перед химической переработкой древесного сырья, а также перед пропиткой лесопродукции антисептиками.

Различают три вида окорки: пролыску, грубую и чистую окорку. При пролыске кора снимается не со всей поверхности, а полосами вдоль продольной оси окариваемых лесоматериалов или пятнами. Пролыска ускоряет высыхание лесоматериалов и применяется при подготовке бревен к сплаву. При грубой окорке на поверхности окоряемых лесоматериалов частично остается луб, предохраняющий их от растрескивания. Грубой окорке подвергают рудничную стойку, если она в дальнейшем не пропитывается антисептиками, а также древесное сырье для получения некоторых видов технологической щепы. Чистая окорка (полное удаление коры и луба) необходима для балансов, используемых в целлюлозном производстве, шпал, столбов линий связи, электропередач и других лесоматериалов, обрабатываемых антисептиками.

Известны механический, гидравлический, пневматический и другие способы окорки лесоматериалов. При гидравлическом способе кора удаляется с помощью водяной струи, а при пневматическом - воздушной струи с наполнителем в виде опилок или других мелких сыпучих материалов. Наибольшее распространение получил механический способ окорки строганием, фрезерованием, скоблением, трением. Строгание, фрезерование и скобление обеспечивают чистую окорку лесоматериалов. При окорке посредством трения (грубая окорка) кора снимается цепями или тупыми рабочими инструментами за счет трения их о поверхность окоряемых лесоматериалов или взаимного трения кряжей. Для механического способа окорки характерна поштучная и групповая обработка лесоматериалов. Поштучная обработка лесоматериалов строганием, фрезерованием и скоблением выполняется на окорочных станках, а групповая обработка (обычно трением) — на установках для окорки лесоматериалов.

ПОШТУЧНАЯ ОКОРКА ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ. Поштучная окорка лесоматериалов возможна следующими способами: воздействием на поверхность лесоматериалов специальным окорочным инструментом, воздействием струёй жидкости, воздействием струёй газа с твердым наполнителем, нагревом камбиального слоя токами высокой частоты, электрогидравлическим ударом.

Способы окорки струёй газа, нагревом камбиального слоя и электрогидравлическим ударом находятся в стадии лабораторных исследований и не получили конкретного конструктивного и технологического воплощения. Окорка гидравлическими струями — наиболее разработанный из нетрадиционных способов окорки. Однако энергозатраты при этом способе очень велики.

Наиболее распространенными и отработанными являются способы окорки путем воздействия на поверхность лесоматериалов специальным окорочным инструментом. В качестве окорочного инструмента можно использовать скребки, ножи, ножевые фрезы.

Скребковый инструмент состоит из резца со специально затупленной режущей кромкой или из резца с острой режущей кромкой и углом резания больше 90°, Скребок удаляет кору по камбиальному слою, если прочность последнего значительно ниже прочности поверхностного слоя древесины. При этом затупление рабочей кромки или тупой угол резания препятствуют внедрению скребка в древесину. Если прочность камбиального слоя соизмерима с прочностью древесины, то происходит послойное удаление коры, причем возможно н удаление поверхностного слоя древесины. Для нормальной окорки к скребку необходимо приложить значительную прижимающую силу, которая должна обеспечить продавливание коры рабочей кромкой. Достоинством скребкового инструмента является возможность грубой окорки при минимальных потерях древесины и высоком качестве окоренной поверхности. Однако эти достоинства реализуются только при окорке свежесрубленной и сплавной древесины при положительных температурах. При окорке подсушенной и мерзлой древесины резко снижаются производительность и качество окорки (под качеством окорки понимают отношение площади окоренных участков к площади коры до окорки), увеличиваются отходы древесины, ухудшается товарный вид.

Ножевой инструмент производит срезание слоя коры заданной толщины острым резцом с углом резания меньше 90°. Основным достоинством ножевой окорки является возможность получения высокого качества окорки без снижения производительности при окорке бревен, обработка которых скребковым инструментом затруднена. К ним относят подсушенные и мерзлые бревна, а также лесоматериалы с прочной и толстой корой. Ножами можно производить грубую и чистую окорку с хорошим качеством поверхности и зачисткой сучковых остатков одновременно с окоркой. Недостатком данного способа являются неизбежные потери древесины, которые возрастают с повышением качества окорки.

Ножевые фрезы представляют собой вращающиеся головки с закрепленными на них ножами. Фрезы обладают теми же достоинствами и недостатками, что и ножевой инструмент. Фрезы во всех случаях сложнее ножей, однако они работают, как правило, с большими скоростями и малыми усилиями резания, что обеспечивает высокое качество окоренной поверхности.

Окорочные станки различаются также по характеру движения окорочного инструмента и окоряемого бревна.

В продольных станках окорочный инструмент расположен равномерно по периметру поперечного сечения окоряемой поверхности, бревно же получает поступательное движение вдоль своей оси. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде продольной ленты.

В винтовых станках бревно совершает сложное движение: вращение вокруг собственной оси с одновременным перемещением вдоль нее. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по винтовой линии.

В поперечных станках бревно вращается и перемещается в направлении перпендикулярном его оси, при этом происходит окорка лесоматериала на всю его длину. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по окружности.

В роторных станках окорочный инструмент расположен на вращающемся полом роторе, внутри которого и соосно с ним поступательно движется окоряемое бревно. Каждый инструмент обрабатывает участок поверхности бревна в виде ленты, расположенной по винтовой линии.

Роторные окорочные станки. В последнее время для поштучной окорки круглых лесоматериалов наибольшее распространение получили роторные станки. Установка ротора на специальном подшипнике допускает высокие скорости вращения, что вместе с возможностью расположения на роторе нескольких окорочных устройств обеспечивает сравнительно высокую производительность станков этого типа. В роторных станках может применяться любой из перечисленных типов окорочных инструментов: скребки, ножи, ножевые фрезы. Основными элементами роторных окорочных станков являются короснимающий и подающий механизмы.

Рис. 1. Короснимающий механизм роторных окорочных станков: а, б — схемы короснимающего механизма с прижимом короснимателей резиновыми кольцами; в — схема взаимодействия короснимателя с кряжем при разводе

Короснимающий механизм состоит из ротора, имеющего угловую скорость (100—500 об/мин) и несущего на себе несколько окорочных инструментов (в дальнейшем называемых короснимателями), прижимающихся к поверхности окариваемого кряжа и вращающихся вокруг него. Коросниматели 1 (рис. 1, а, б, в) сидят на осях 2, закрепленных на роторе 3. Окариваемый кряж 4, не вращаясь, проходит сквозь ротор. Коросниматели прижимаются к поверхности кряжа при помощи резиновых колец 5, или стальных пружин. Прижим короснимателей может также осуществляться при помощи гидро- или пневмоцилиндров. В некоторых типах роторных станков Коросниматели прижимаются под действием центробежных сил, возникающих в противовесах, закрепленных на осях 2.

Развод короснимателей и выход их на поверхность очередного кряжа происходит автоматически, причем каждый коросниматель разводится индивидуально независимо от остальных.

Для этой цели служит специальный элемент короснимателя — разводная кромка 6. Она может иметь различную конфигурацию, но наиболее надежный развод обеспечивается, если в про­цессе выхода на поверхность кряжа коросниматель взаимодействует с кромкой торца бревна. Для этого необходимо, чтобы разводная кромка на всем ее протяжении была наклонена от плоскости вращения ротора в направлении подачи бревна на некоторый угол g_Р равный 5—15° (рис. 1, в). В исходном положении (рис. 1, а) коросниматели сомкнуты и вращаются вместе с ротором. При нажатии торцом кряжа на коросниматель их разводные кромки врезаются в кромку торца и притормаживаются, вследствие этого коросниматели, поворачиваясь вокруг осей 2, разводятся и выходят на поверхность кряжа.

В некоторых конструкциях роторных окорочных станков для развода короснимателей используют кромки отогнутые навстречу движению кряжа. В процессе развода они взаимодействуют с плоскостью торца кряжа. В этом случае развод сопровождается значительными деформациями системы коросниматель — кряж, что является причиной частых поломок короснимателей.

В большинстве конструкций короснимающих механизмов сила прижима короснимателей к поверхности окариваемого кряжа может регулироваться только при неподвижном роторе, т. е. при наладке станка. Это вызывает ряд эксплуатационных трудностей при окорке нерассортированных по диаметрам лесоматериалов разных пород с корой, имеющей различную толщину и влажность. Изменять силу прижима короснимателей, не останавливая ротора, можно, если для прижима используются пневмо- или гидроцилиндры. Сжатый воздух или рабочая жидкость поступает в цилиндры от насосной станции через регулирующую аппаратуру, расположенную около станка и дающую возможность оператору во время вращения ротора изменять давление в цилиндрах. Управляемый механизм прижима значительно расширяет возможности роторного станка, но требует установки сложного и дорогостоящего оборудования для подачи воздуха или рабочей жидкости в цилиндры, расположенные на вращающемся роторе.

Скребковый окорочный инструмент отделяет кору по камбиальному или лубяному слою путем ее скалывания и отрыва.

Характер отделения коры зависит от соотношения пределов прочности на скалывание коры по слою камбия (или луба) и смятие по линии давления передней грани скребка. При непрочном лубе кора отрывается в виде непрерывной ленты, оставляя гладкую чистую поверхность древесины. При прочном сцеплении кора под действием скребка разрушается, впереди него образуется уплотненный гребень, мешающий углублению скребка до древесины; коросниматель выходит на поверхность коры, оставляя значительную часть ее нетронутой.

Основным признаком, характеризующим сцепление коры с древесиной, является влажность коры. С уменьшением влажности сцепление увеличивается и качество окорки резко ухудшается. Лесоматериалы хорошо окариваются при влажности коры не менее 50—55 %; при влажности ниже 40—45 % окорку проводить трудно. Большое влияние на условия окорки оказывает также температура коры и наружных слоев древесины. При низкой температуре влага, находящаяся в коре изаболони, переходит в лед, в результате прочность коры оказывается равной прочности древесины, а сила сцепления возрастает в несколько раз. Поэтому мерзлая древесина очень трудно поддается окорке кулачками (сплавные лесоматериалы хорошо окариваются при температуре не ниже —5 °С, а не бывшие в сплаве - при температуре не ниже —10 °С). Для облегчения окорки на станках с тупыми короснимателями мерзлую древесину нужно предварительно оттаять, а сухую - увлажнить.

Для получения требуемого качества окорки скребкам необходимо придать соответствующую форму, установить достаточную силу прижима к поверхности кряжа и обеспечить их воздействие на всю поверхность.

Рабочая часть скребка (рис. 2, а, б) обычно имеет форму клина с затупленной режущей кромкой. Угол заострения кулачка b=30—50°, радиус закругления режущей кромки r == 1— 3 мм, длина контактной площадки (ширина скребка) b ==25—60 мм. Радиус закругления оказывает существенное влияние на качество окорки.

Рис. 2. Окорочный инструмент роторных окорочных станков: а, б - скребковый окорочный инструмент; в - ножевой окорочный инструмент; г - схема взаимодействия короснимателя с остатками сучьев; д — схема установки конических фрез на роторе станка

С уменьшением r улучшается окоряющая способность кулачка, но повышается опасность повреждения древесины. При окорке сплавной и свежесрубленной древесины принимают большие значения r, а при окорке сухой и мерзлой древесины — меньшие. При окорке древесины с температурой ниже —10 °С величину r снижают до 0,1—0,3 мм, при этом процесс снятия коры по камбиальному слою переходит в резание и часть древесины превращается в отходы (стружку).

Сила прижима скребка к поверхности кряжа должна составлять от 15 до 25 кН на 1 м ширины скребка. Для окорки мерзлой древесины без оттаивания эта сила должна возрасти до 30 кН/м. При увеличении давления до 35—40 кН/м начинается разрушение древесины.

Ножевой окорочный инструмент представляет собой коросниматель, на конце которого установлены один или несколько острых резцов. Конструкции ножевого инструмента различают по числу режущих кромок, их очертаниям, взаимному положению и расположению относительно обрабатываемого кряжа.

Ножевой коросниматель (см. рис. 2, в) состоит из державки /, разводной кромки 4, копира-ограничителя 3 и ножа 2, Нож имеет две основные и одну вспомогательную режущие кромки. Основные режущие кромки, непараллельные оси ротора, расположены в плоскости, параллельной копирующей поверхности. Угол между основными режущими кромками составляет g = 140—160°. Вспомогательная режущая кромка служит для перерезания волокон коры и древесины. Толщину срезамого слоя коры и древесины, называемую глубиной окорки Но, регулируют выпуском ножа hн относительно копира-ограничителя.

Отличительной особенностью рассматриваемого ножевого инструмента является его способность производить резание вдоль волокон при движении ножа в направлении поперек во­локон. Тем самым обеспечивается получение гладкой окоренной поверхности, соответствующей требованиям к окорке экспортных балансов, пропсов и других лесоматериалов, для которых регламентируется товарный вид продукции.

Ножевой инструмент можно использовать как для одностадийной, так и для двухстадийной окорки. Одностадийную окорку целесообразно применять для обработки подсушенных и мерзлых бревен, а также лесоматериалов с прочной и толстой корой. Двухстадийную окорку — для экспортных балансов и пропсов, столбов, шпального кряжа и др. В этих случаях на первом этапе производится удаление коры по камбиальному слою скребковым инструментом, а на втором этапе ножевым инструментом производится удаление остатков коры, сучьев и камбиального слоя. Ножевой инструмент на роторных станках можно использовать для зачистки сучковых остатков без окорки. Для этих целей целесообразно применять ножи, лезвие которых параллельно оси ротора.

Применение ножевого инструмента значительно расширяет возможности роторных окорочных станков, поэтому конструкция роторного станка должна предусматривать возможность замены скребкового инструмента на ножевой без существенной переналадки самого станка. Роторные станки для чистой окорки целесообразно делать двухроторными с установкой на первом скребкового, а на втором ножевого инструмента.

Роторные фрезерные станки можно оснащать цилиндрическими или коническими фрезами. Чаще всего на роторных станках фрезы имеют вид плоско-конических дисков (см. рис. 2, д), несущих на себе ножи с прямолинейной режущей кромкой. Ножи выступают над поверхностью диска, который является копиром-ограничителем. При вращении фрезы каждый нож срезает стружку переменного сечения. Максимальная толщина стружки соответствует выпуску ножей над поверхностью диска. Глубина окорки превышает толщину стружки.

Плоскоконические фрезы производят резание коры и древесины вдоль волокон при высоких скоростях резания, поэтому обеспечивается гладкая окоренная поверхность и хороший товарный вид. Это обстоятельство определило область применения роторных фрезерных станков для чистой окорки балансов, столбов и шпальных кряжей.

Недостатком роторных фрезерных станков является обратно пропорциональная зависимость глубины окорки от диаметра окариваемого кряжа. При окорке бревен различных диаметров выпуск ножей должен быть таким, при котором глубина окорки равна толщине коры на бревнах максимального диаметра. При окорке бревен меньших диаметров глубина окорки увеличивается, что вместе с уменьшением толщины коры (ее можно считать прямо пропорциональной диаметру кряжа) приводит к значительным потерям древесины при окорке. Кроме того, фрезерный окорочный инструмент во всех случаях значительно сложнее ножевого, поэтому применение роторных фрезерных станков оправдано лишь тогда, когда по каким-либо причинам не могут быть применены ножевые станки.

Механизм перемещения лесоматериалов. При окорке лесоматериалов неподвижными многоножевыми головками необходимо продольное их перемещение с тем, чтобы ножи могли обрабатывать поверхность кряжа по всей его длине. Для этой цели применяются цепные транспортеры с упорами (рис. 3., а) или с толкателем (рис. 3., б).

Рис. 3. Схемы механизмов перемещения лесоматериалов при окорке: а - цепной транспортер с упором; б - цепной транспортер с толкателем: 1 - толкатель; 2 — шатун; 3 — цепной транспортер; 4 — штанга; 5 — шестерня; 6 — зубчатая рейка; 7 — механизм окорки; 8 - упор; в, г - питающие вальцы с механизмом центрирования: 1 — питающий валец; 2 — рычаг механизма центрирования; 3 — пружина; 4—механизм окорки; д - валец для продольно-винтового перемещения лесоматериала: 1 - питающий валец; 2 — качающаяся рамка; 3 — направляющая рамка; 4 — ножевой диск; е — седловидный валец с шипами; ж — цилиндрический валец с ребрами; з - расчетная схема

В первом случае кряж продвигается через ножевую головку вначале упором транспортера, а затем передним торцом следующего кряжа. Во втором случае кряж перемещается вначале толкателем, приводимым в движение цепным транспортером через шатун, а затем после упора зубчатой рейки в ограничитель выдвигающейся из толкателя с помощью шестерни штангой. При этом скорость движения кряжа возрастает в 2 раза.

При окорке барабанными ножевыми головками с поперечной периодической подачей окоряемому лесоматериалу или ножевой головке сообщается поступательно-возвратное движение. Для этой цели применяются механизмы периодического действия в виде тележки или подвижного суппорта (каретки), имеющих реверсивный привод.

При окорке кольцевой вращающейся головкой не требуется поворота кряжа, а для его продольного перемещения используют питающие вальцы, которые размещают попарно сверху и снизу (рис. 3, в) или по три в одной плоскости (рис. 3, г). Особенность установки питающих вальцов у кольцевых вращающихся головок состоит в том, что кряж необходимо направить по оси головки так, чтобы она совпадала с осью кряжа. Для этого вальцы ставят на качающихся рычагах, поворачивающихся в плоскости параллельной оси кряжа (рис. 3, в) или перпендикулярно ей (рис. 3, г). Рычаги с вальцами соединяют между собой таким образом, чтобы они обеспечивали центрирование кряжа независимо от его диаметра.

В станках с барабанными и дисковыми ножевыми головками с непрерывной продольной подачей кряжу сообщается одновременно продольное и вращательное движение. С этой целью также применяют питающие вальцы, которые располагают под углом к оси кряжа и помещают на конце качающейся рамки, что позволяет поднимать и опускать их при движении кряжей разных диаметров (рис. 3, д). Скорости продольного и поперечного движения кряжа зависят от угла b между осями кряжа и питающего вальца. При перемещении кряжа без его поворота применяют седловидные питающие вальцы с шипами (рис. 3е) и цилиндрические с ребрами (рис. 3 ж), а при перемещении кряжа с поворотом – цилиндрические и бочкообразные вальцы с рифленой и ребристой поверхностью.