4. Технологические расчеты основного оборудования

4.1 Расчет требуемой производительности по участкам производства фанеры

_{Для определения расчетного количества основного оборудования целесообразно составить перечень требуемой часовой производительности по проектируемому цеху на основе данных пооперационного расчета расхода сырья и полуфабрикатов из таблицы 3.5.}

_{С учетом часовой программы выпуска фанеры (таблица 2.1.) требуемые объемы переработки сырья и полуфабрикатов на каждой технологической операции целесообразно представить в форме таблицы 4.1.}

4.2. Цех подготовки сырья к лущению

В зависимости от структуры управления производством участок или цех подготовки сырья может включать технологические операции по складу сырья, гидротермообработки (ГТО), окорки и поперечного раскроя кряжей на чураки.

Проектируемый объём переработки принимается из данных расчёта расхода сырья на выпуск заданного объёма производства фанеры (см. раздел 3 настоящей работы). Размерно-качественные характеристики сырья - породный и сортовой состав, размеры сортиментов; принимают по данным базового предприятия. В курсовом проектировании порода, средний диаметр и сорт сырья указываются в задании.

На фанерные заводы сырьё может поставляться чураках или брёвнах кратной длины. В зависимости от этого проектируется состав оборудования для гидротермообработки, окорки и раскроя сырья. В промышленности применяют в основном два варианта последовательности технологических операций:

1. раскрой брёвен на чураки - ГТО чураков – окорка;

2. ГТО кряжей – окорка – раскрой кряжей на чураки.

В некоторых случаях окорку чураков или кряжей проектируют до операции ГТО, что позволяет экономить затраты на прогрев коры и избежать засорения бассейна корой.

Однако высокая чистота окорки при этом не достигается, что отрицательно сказывается на последующей операции лущения чураков. Кроме того, следует учитывать, что для районов Сибири с суровыми климатическими условиями окорка мёрзлого сырья в зимний период может оказаться вообще неэффективной.

Таблица 4.1 – Расчет требуемой часовой производительности

№ п/п	Технологические операции	Обозначения	Расчетный объём переработки, м3/ч
	Цех подготовки сырья
1.	Окорка бревен	П8
2.	Гидротермообработка	П8
3.	Раскрой бревен на чураки	П8
	Цех лущения и сушки шпона
4.	Лущение чураков	П7
5.	Раскрой ленты шпона	П7
6.	Сортирование шпона	П6
7.	Сушка шпона	П6
8.	Починка шпона	П5
9.	Ребросклеивание кусков	П5
10.	Буферный склад сухого шпона	П5
	Цех прессования фанеры
11.	Нанесение клея на шпон	П4
12.	Сборка пакетов	П4
13.	Подпрессовка пакетов	П4
14.	Прессование фанеры	П3
15.	Охлаждение и выдержка фанеры	П3
16.	Обрезка фанеры по формату	П3
17.	Сортирование фанеры	П2
18.	Шлифование фанеры	П1
19.	Переобрез некондиционной фанеры	П1
20.	Упаковка и складирование готовой продукции	П0
Примечание: Пф – программа выпуск фанеры, м3/ч Рш – процент шлифованной фанеры - доля листов продольного шпона на который клей не наносится

Практически на многих фанерных заводах, особенно при небольших объёмах производства, лущению подвергаются неокоренные чураки, что связано с ухудшение условий работы лущильных ножей и повышенным содержанием коры в технологической щепе, вырабатываемой из отходов лущения.

В данном разделе подлежат обоснованию и расчёту: режимы гидротермообработки, вместимость и количество бассейнов, тип и количество технологических линий окорки и раскроя сырья. При необходимости, в дипломных проектах рассчитываются также склады хранения сырья и потребность в подъёмно-транспортном оборудовании.

На рисунках 4.1 и 4.2 приведены примерные схемы планировок оборудования двух упомянутых вариантов подготовки сырья.

4.2.1. Окорка сырья

Окорка кряжей или чураков должна производиться на поточных технологических линиях, включающих окорочные станки ОК-63; ОК-35К; ОК-80; ОК-100; VK-16; VK-26; VK-32 и др. (таблица 4.2.).

В состав линий входят конвейеры для поперечного и продольного перемещения брёвен и чураков, конвейеры накопители, сбрасыватели и конвейеры удаления отходов окорки. Последние обычно располагаются ниже отметки установки окорочного станка.

При выборе типа окорочного станка руководствуются размерными характеристиками обрабатываемых сортиментов и требуемой производительностью на данном участке (таблица 4.1.).

Производительность окорочного станка роторного типа П_ч, м³/ч, рассчитывается по формуле

, (4.1)

где V_ч - средний объём чурака или кряжа, м³;

U- скорость подачи, м/мин (таблица 4.2.);

L- длина окариваемого кряжа или чурака, м;

K_м- коэффициент использования машинного времени, К_м=0,7…0,8;

К_u- коэффициент использования рабочего времени оборудования, К_u=0,85.

Средняя производительность окорочных станков составляет от 10 до 30 м³/ч.

Требуемое количество окорочных станков n и соответственно линий окорки рассчитывается по формуле

, (4.2)

где Q₈ - норма расхода сырья в кряжах на 1м³ готовой фанеры, м³ (таблица 3.11).

П_ф - часовая программа выпуска фанеры, м³/ч, (таблица 2.1).

При расчёте количества станков и определении коэффициента загрузки оборудования целесообразно предусматривать резерв производственной мощности за счёт применения увеличивающего коэффициента к объёму перерабатываемого сырья 1,2…1,5 на неравномерность подачи сырья.

Таблица 4.2 -Технические характеристики окорочных станков.

Параметры	Тип станка
	ОК63-1Ф	ОК80-1	ОК100-1	VK-26/66	VK-32	VK-16
Диаметр окариваемых брёвен, мм:
минимальный	100	140	200	100	130	60
максимальный	530	700	900	610	760	360
Минимальная длина бревна, м	1,3	2,7	2,7	1,8	2,4	1,2
Скорость подачи, м/мин	6-60	10,75; 14,2; 21,35; 30,3; 40,1; 60,2	5-45	17; 20; 25; 31,63; 40	17; 19	25; 60
Установленная мощность, кВт	41	76,12	83	41	51,5	31
Размеры станка с конвейерами, м: длина ширина высота	12,9 2,8 2,4	16,1 3,2 2,4	14,3 3,8 2,6	9,8 2,3 2,4	13,3 2,4 3,1	5,0 1,6 1,7
Масса, кг	14700	20665	19800	4400	12500	2400

4.2.2. Поперечный раскрой сырья

Операция поперечного раскроя предусматривается при поставке сырья в брёвнах (кряжах) кратной длины и выполняется на станках балансирного или маятникового типов (таблица 4.3.). Для подачи брёвен к пиле и отвода чураков применяют роликовые или цепные конвейеры. Фиксация длины чураков осуществляется мерными упорами и зажимами с пневматическим или гидравлическим приводом в автоматическом режиме. Срезки и опилки удаляются из-под станка ленточными или скребковыми конвейерами. Для создания буферного запаса между смежными операциями устраиваются поперечные цепные конвейеры с механизмами раскатки пучка брёвен, поштучной подачи и сбрасывателями брёвен на последующий конвейер. Процессом управляет оператор с пульта управления.

Производительность круглопильных станков П_ч, м³/ч, определяется по формуле

, (4.3.)

где U - скорость подачи пилы во время резания, м/мин (принимается по нижнему диапазону из технической характеристики станка);

n – число чураков, получаемых из одного кряжа подлежит расчету в соответствии со схемой раскроя;

i - число резов на один чурок с учётом оторцовки и вырезки дефектных мест, n=1,25…1,5;

υ_ч - средний объем чурака, м³;

d_ч - средний диаметр чураков, м;

К_м - коэффициент использования машинного времени К_м=0,2…0,6;

К_u - коэффициент использования рабочего времени станка, К_u=0,85;

Если операции окорки и раскроя кряжей проектируются в общем технологическом потоке, то количество линий устанавливают по расчётному количеству того агрегата, производительность которого окажется меньшей. По справочным данным большинство круглопильных станков, оборудованных околостаночной механизацией, обеспечивают производительность 20…30 м³/ч чураков.

Некоторые современные модели станков оснащены электронной системой измерения геометрических параметров бревна, передачи данных в ЭВМ и выдачи на экран нескольких вариантов раскроя, наиболее оптимальный из которых принимает оператор к выполнению.

Таблица 4.3 -Технические характеристики круглопильных станков.

Параметр	Тип станка
	ПА-15	АЦ-2М	ЦБ-63, ЦФК-6А	ФП-139	ФП-220
Максимальный диаметр, мм:
кряжа	600	600	630	800	800
пилы	1500	1500	1600	1250	1250
Скорость подачи пилы на бревно, м/с	0,1-0,7	0,1-0,7	0,1-0,7	0,1-0,7	0,1-0,7
Привод подачи	Пневм.	Гидр.	Гидр.	Пневм.	Пневм.
Установленная мощность, кВт	37,7	14	25	29,7	29,7
Размеры станка, м длина ширина высота,	10,7 5,48 4,20	2,75 1,29 2,62	3,03 1,25 2,97	14,7 5,53 4,34	14,8 5,75 4,78
Масса, кг	8800	1277	1820	8900	9200
Производительность, при среднем диаметре чурака 0,22 м, м3/ч	20	20	25	25	25

4.2.3.Гидротермическая обработка сырья

Гидротермообработка проводится с целью оттаивания и нагрева для повышения пластичности древесины в процессе лущения и получения ленты шпоны с минимальной глубиной трещин. Идеальная пластичность, когда в шпоне отсутствуют трещины лущения визуально обнаруживаемые в готовой фанере, обычно не достигается.

В фанерном производстве применяется водно-тепловая обработка в открытых или закрытых бассейнах по жёстким или мягким режимам. Иногда применяют автоклавную обработку в среде насыщенного пара или перегретой воды при давлениях выше атмосферного.

Участок гидротермообработки может располагаться на складе сырья (открытые бассейны) или в соответствующем здании, оборудованном системой приточно-вытяжной вентиляции. При проектировании новых производств нецелесообразно ориентироваться на применения открытых бассейнов, т.к. это связанно с тяжёлыми и опасными условиями труда и значительными теплопотерями в зимний период.

Бассейны непрерывного действия или проходного типа в отечественной промышленности не нашли практического применения из-за сложности оборудования и недостаточной надёжности транспортирования потока сырья от места загрузки к месту выгрузки [3]. Анализ нескольких вариантов бассейнов непрерывного действия с переменным по длине секции температурным режимом приведён в работе [4]. В курсовом проектировании закрытых бассейнов периодического действия необходимо предварительно принять некоторые технические решения и исходные данные:

- тип крана для загрузки и разгрузки секций бассейна, грузоподъёмность и пролёт крана;

• способ загрузки секций: в пучках, контейнерах, навалом с помощью грейферных захватов;

• размеры секций: глубина от 2,0 до 3,5 м; ширина секций равна длине сортимента плюс 0,5…1,5 м; длина секции равна пролёту крана минус 2 м.

Продолжительность цикла гидротермической обработки τ_ц, ч, определяется по формуле

, (4.4)

где – продолжительность оттаивания и прогрева сырья по жёстким (температура воды в бассейне t_в =70…80 ^oC), или мягкими режимами (t_в=40…50 ^oC), рассчитывается аналитически по методике [5] или принимается из таблицы 4.4, где приведены режимы для зимних условий;

К_д – коэффициент, учитывающий влияние способа доставки и хранения сырья; для сухопутной доставки К_д =1,0; для сплавного сырья, принимаем К_д = 1,2;

К_П - коэффициент, учитывающий влияние породы древесины; берёза, сосна, ель К_П=1,0; лиственница К_П=1,2;

- продолжительность вспомогательных операций загрузки и выгрузки секций бассейна, =0,3…0,5 ч..

Производительность одной секции П_ч, м³/ч., определяется по формуле

, (4.5.)

где V_c – объём одной секции, м³;

К_З – коэффициент, учитывающий способ загрузки секции: в пучках, обвязанных стропами К_З=0,8…0,9; в специальных контейнерах с крышками К_З=0,65; навалом с помощью грейферных захватов К_З=0,7…0,8;

К_у – коэффициент плотности укладки сортиментов, К_у=0,7;

К_u – коэффициент использования рабочего времени оборудования К_u=0,85…0,9.

Расчётное число секций n определяется по формуле

, (4.6.)

где К_T – коэффициент технологического запаса сырья для лущения, К_T=1,2…1,5.

Таблица 4.4 - Режимы гидротермической обработки сырья (для зимних условий)

Диаметр сырья, м	Продолжительность гидротермической обработки, , ч при температуре воздуха, oC
	до –20	до -30	до -40
Жёсткие режимы (tб=70-80 oC)
до 0,2	2,0/-2,5	2,5/-3,0	3,0/-4,0
0,21-0,25	3,5/4,5	4,5/6,0	6,0/7,5
0,26-0,30	6,0/7,5	7,0/8,5	8,0/9,5
0,31-0,35	8,5/10,0	10,0/12,5	12,0/15,0
0,36 и более	11,0/13,5	13,0/16,0	16,0/19,5
Мягкие режимы (tб=40-50 oC)
до 0,2	10,0/-	12,0/-	14,0/-
0,21-0,25	14/16	16/17	18/19
0,26-0,30	24/30	28/34	30/39
0,31-0,35	30/31	34/35	39/40
0,36-0,45	39/55	56/57	64/68
0,46-0,60	- /84	- /98	- /116
Примечание. В числителе приведены значения – для лиственных пород, в знаменателе - для хвойных.

Для подъемно-транспортных операций применяются кран-балки, мостовые или консольно-козловые краны грузоподъёмностью 7,5…10 тс. Грузоподъёмность кранов при работе с длинными сортиментами должна составлять 20…32 тс. Технические характеристики оборудования приведены в [1].

Производительность кранов, П_ч, м³/ч, определяется по формуле

, (4.7.)

где G – грузоподъёмность крана, принимается из технической характеристики, тс;

K_Г – коэффициент использования крана по грузоподъемности;

К_и – коэффициент использования рабочего времени оборудования;

ρ– плотность древесины, 0,8…0,9 т/ м³;

l₁ – среднее расстояние перемещения груза, м;

U₁ – средняя скорость перемещения крана с грузом, м/мин;

h₁ – средняя высота подъёма и опускания груза, м;

U₂ – средняя скорость подъёма и опускания груза, м/мин;

– вспомогательное время на подцепку и отцепку груза, мин.

По окончании расчётов в курсовом проекте составляется перечень оборудования по примерной форме (таблица 4.5.).

Таблица 4.5 - Ведомость оборудования участка (цеха), подготовка сырья

Наименование и марка оборудования	Расчётное количество	Принятое к установке количество	Коэффициент загрузки
Кран мостовой
Пильный агрегат
Окорочный станок
Секции бассейна
Продольный конвейер подачи сырья в цех
Устройство для замера параметров бревна перед раскроем

В дипломном проектировании далее выполняется по методикам изложенным в источниках [4,5] тепловой расчёт бассейнов, в результате которого определяется расход тепловой энергии и размеры магистральных трубопроводов для подачи теплоносителя.