книги из ГПНТБ / Демидов Ю.М. Измельчение древесины для производства древесностружечных плит

древесины в процессе резания и некратности размера измельчаемой щепы толщине получаемых стружек (рис. 17).

С увеличением выпуска ножей разброс толщины стружек уве­ личивается, т. е. стружки получаются менее однородными.

Величина выпуска ножей Лнв зависимости от средней толщины изготовляемых стружек еср может быть определена формулой

вер = 0,767Ан -f- 0,054.

С увеличением величины /¿н увеличивается ширина стружек. Это объясняется увеличением сопротивления стружек изгибу по­ перек волокон по мере увеличения их толщины. Изменение вели­ чины /ін не вызывает изменения длины стружек, так как она зави­ сит от длины перерабатываемой щепы.

чество крупных фракций растет, а количество мелких уменьшается.

/ін = 0,45 мм (без учета степени затупления ножей).

Размер подножевой щели. Размер подножевой щели должен соответствовать заданной толщине изготовляемых стружек и со­ ответствующей им величине выпуска ножей. Геометрическим

71

построением расположения ножа относительно сегмента установ­ лена формула для определения размера подножевой щели в за­ висимости от величины выпуска ножей и угла резания ô. Эта за­ висимость может быть выражена равенством

COS 3

Размер подножевой щели S прямо пропорционален величине 2/н и обратно пропорционален cos ô. Коэффициент пропорциональ-

S

ности К, определяемый отношением -— , находится в обратной

зависимости от cos ô, т. е.

отсюда S = KtiH,

Поскольку cos ô изменяется от 1 до 0, то значение коэффициен­ та К всегда больше 1 (К ^1). При величине угла резания 6 = 43° (для станка ДС-3) размер подножевой щели определяется равен­ ством

S= 1,37АН.

Величина радиального зазора. Одним из условий обеспечения процесса измельчения древесины на центробежном стружечном станке является создание подпора измельчаемой щепы вращающи­ мися лопастями крыльчатки. Для этого необходимо, чтобы лопа­ сти крыльчатки проходили в непосредственной близости к режу­ щим ножам и в то же время не задевали их.

В идеальном случае радиальный зазор должен равняться вели­ чине выпуска ножей, т. e. z=h. Однако практически невозможно обеспечить это равенство, так как при изготовлении станка и в про­ цессе его эксплуатации неизбежно допущение отклонения в неко­ торых размерах угла резания. К ним относятся отклонения в вели­

бы задевание лопастей крыльчатки за режущие ножи', необходимо, чтобы минимальная его величина превышала величину выпуска ножей А„ на суммарную величину допускаемых отклонений а, т. е.

Гmin = ¿н +'а-

Величина А„, входящая в эту зависимость, является перемен­ ной, а величина коэффициента а, определяемая техническими усло­ виями изготовления станка, является постоянной.

72

Для обеспечения подпора измельчаемой щепы в процессе ре­ зания необходимо, чтобы максимальный радиальный зазор был равен двукратной толщине срезаемых стружек или соответствен­ но двукратной величине выпуска ножей (принимая случай резания с острыми резцами), т. е.

Гтах = ИЛИ Гтах = 2ha.

Превышение указанных равенств вследствие отсутствия подпо­ ра приведет к образованию из оставшейся части щепы частиц, толщина которых превысит заданную.

По данным технических условий, на изготовление стружечного станка ДС-3 (ТУ 2-042-150) величина коэффициента а равна

0 = 0,03 + 0,02+0,1+0,1=0,25 мм.

Следовательно, для стружечного станка ДС-3 величина: выпу­ ска ножей 0,25 мм (при соблюдении предусмотренных ТУ норм точности) является предельно допустимой, ниже которой невоз­ можно обеспечить нормальный процесс стружкообразования по ус­ ловиям соблюдения радиального зазора.

Чтобы обеспечить требуемые размеры подножевой щели и ра­ диального зазора при заданной толщине изготовляемых стружек и соответствующей им величине выпуска ножей, в конструкции центробежных стружечных станков следует предусмотреть воз­ можность регулирования этих параметров.

Степень затупления режущих ножей. На центробежном стру­ жечном станке степень затупления режущих ножей на процесс стружкообразования оказывает значительно большее влияние, чем на других типах стружечных станков. По мере затупления ножей

впроцессе резания возрастают силы резания и отжима, которые предопределяют усилия резания и подачи. При резании на цен­ тробежном стружечном станке большее влияние оказывают силы отжима. Если на других типах стружечных станков перерабатыва­ емая древесина при резании удерживается подающим устройством, при помощи которого можно создавать усилие, по величине пре­ вышающее силу отжима, то на центробежном стружечном станке

впроцессе резания силе отжима противостоит только центробеж­ ная сила, величина которой определяется принятым числом оборо­ тов и размером ротора и массой измельчаемой щепы. Поэтому при достижении определенной степени затупления ножей, когда сила отжима будет превышать создаваемую станком центробежную силу, не будут обеспечены необходимые условия для резания. На стружечных станках с подающими устройствами условия резания могут быть обеспечены при значительно большей степени затупле­ ния ножей, чем на центробежном стружечном станке, за счет при­ менения повышенной мощности привода подающего устройства.

Ухудшение условия резания по мере затупления ножей на цент­ робежном стружечном станке в основном влияет на качество из­ готовляемых стружек. Поэтому степень затупления ножей явля­ ется фактором, определяющим продолжительность работы ножей

73

от одной заточки до другой, в течение которой обеспечивается по­ лучение качественных стружек. Степень износа резца зависит от многих факторов: от свойства материала резца и его геометрии; от породы и влажности перерабатываемого сырья; от вида и скорости резания; от толщины снимаемых стружек.

Затупление резца в процессе работы происходит вследствие изменения его микрогеометрии. Изменение микрогеометрии резца приводит к линейному износу и образованию радиуса закругле­ ния резца р. Линейный износ в свою очередь вызывает уменьше­ ние величины выпуска ножей против первоначальной величины h0 на величину ДАР. Отсюда фактическая величина пуска ножей h$, которая определяет толщину срезаемых стружек по мере затупле­ ния, будет меньше на величину ДАр, т. е.

Аф = h0 — ДАР.

При резании затупленным резцом древесина поднимается, т. е. деформируется, и в стружки пойдет только часть древесины, ле­ жащая за линию раздела. При этом, чем меньше степень затупле­ ния резца, тем меньше древесина будет подминаться резцом и тем больше будет толщина срезаемых стружек. Величина упругой де­ формации древесины в процессе резания приближенно принима­ ется равной величине радиуса р закругления резца.

Следовательно, затупление режущих ножей вызывает умень­ шение толщины изготовляемых стружек относительно выпуска но­ жей АфНа величину р, т. е.

е = Аф — р.

Из теории резания известно, что отделение стружки происхо­ дит в том случае, если толщина срезаемых стружек будет значи­ тельно превышать величину радиуса закругления резца. Для обес­ печения процесса стружкообразования необходимо, чтобы глуби­ на врезания резца, которая в данном случае определяется величи­ ной выпуска ножей А, превышала радиус закругления резца р на определенную величину. Величина этого превышения выражается коэффициентом р, т. е.

_ h

Коэффициент р выражает значение упруго-пластичной деформа­ ции древесины, которая возникает в процессе резания. Величина его зависит от свойства обрабатываемой древесины (твердости, влажности и температуры нагрева).

Исходя из соотношения предела прочности при сжатии раз­ личных пород древесины величина коэффициента р в первом при­ ближении может быть принята: для березы — 9, для сосны — 11, для осины— 15 (при измельчении древесины влажностью

40—70%).

74

Зная величину коэффициента р для каждого конкретного слу­ чая при заданной величине h, можно определить предельно допу­ стимую (критическую) величину радиуса закругления резца -по формуле

h

Ркр - — •

Построенная по приведенной зависимости номограмма (рис. 18) позволяет определить предельную величину затупления ножей при заданных величинах выпуска ножей h и коэффициента р. В номограмме минимальные значения коэффициента р соответствуют условиям резания более твердой древесины с низкой влажностью, а максимальные его значения более мягким породам древеси­ ны и высокой влажности (без уче­ та температуры нагрева древеси­ ны) .

Из номограммы также следудует, что чем меньше величина выпуска ножей и больше величи­ на коэффициента р, тем меньше

ты ножей при этом будет меньше.

Пользуясь приведенной номограммой, можно определить допу­ стимую величину рКр при обработке данного вида сырья. Так, при величине выпуска ножа 0,45 мм величина ркр составляет: для бе­ резы 50 мк, для сосны 40 мк, для осины 30 мк.

Сравнивая величины ркр различных пород древесины, заметим, что продолжительность работы ножей при измельчении древесины сосны в 1,25 раза, а осины в 1,7 раза меньше, чем при измельчении древесины березы при прочих равных условиях.

Опытные замеры радиуса закругления лезвия ножа при непре­ рывной работе стружечного станка ДС-3 в течение четырех часов (материал ножа сталь 9Х5ВФ) показали следующие показатели степени их затупления:

75

Наиболее интенсивное затупление режущих ножей происходит в течение первых двух часов их работы. Если учесть, что при при­ нятых в опытах условиях работы (порода древесины хвойная, влажность 60—70%, величина выпуска ножей 0,45 мм) предель­ ный радиус закругления ножей рКр по расчету составляет 40 мк, то указанная степень затупления ножей наступает через 3 ч непре­ рывной работы станка.

Форма и размер измельчаемой щепы. На центробежный стру­ жечный станок измельчаемая древесина поступает в виде щепы, размер которой определяет длину изготовляемых стружек. Раз­ мер щепы и ее форма определяют условия ориентации последней в процессе измельчения относительно плоскости резания.

Для получения качественных стружек при минимальных затра­ тах электроэнергии на центробежных стружечных станках волокна щепы должны быть расположены параллельно плоскости резания. При этом вектор скорости резания направлен перпендикулярно во­ локнам древесины. В этом случае волокна древесины не перереза­ ются, и тем самым обеспечивается образование стружки длиной, равной длине перерабатываемой щепы.

Однако щепа в станок поступает беспорядочно и в процессе резания возможна неправильная ее ориентация, вследствие чего во­ локна перерезаются и длина изготовляемых стружек может полу­ чаться меньше, чем длина перерабатываемой щепы. При этом меж­ ду направлениями скорости резания и волокнами щепы будет соз­ даваться угол встречи ф. Зависимость длины изготовляемых стру­ жек Іс от длины перерабатываемой щепы /щ и угла встречи <р (при постоянной толщины стружки) может быть выражена равенством

/с = /щсоз ®.

Перерезание волокон древесины при измельчении щепы на стружки наблюдается при переходе на торцевое резание, если угол встречи ф изменяется от 0 до 90°, а cos ф — соответственно от 1

до 0°.

Угол ф может быть определен опытным путем при известных ве­ личинах длины измельчаемой щепы и длины изготовляемых из нее стружек из соотношения

-А — cos ср = /Сс.

Величину угла ф как показателя ориентации щепы в зоне реза­ ния необходимо учитывать при расчете потребляемой мощности привода механизма резания центробежных стружечных станков.

76

Ориентацию щепы волокнами параллельно режущей кромке ножа можно обеспечить, если придать ей статически устойчивую форму для того, чтобы она в процессе измельчения находилась в за­ данном положении.

По условиям статической устойчивости тел для ориентации волокон щепы в плоскости резания необходимо соблюдать следую­ щее соотношение размеров щепы соответственно по длине, ширине,

толщине: l:b:a = 1: Основным размером щепы является ее

длина, так как в процессе измельчения она определяет длину изго­ товляемых стружек.

равна cos <р. При длине щепы в пределах 20—80 мм изменение ве­ личины коэффициента Kc = cos(p происходит по параболе второго порядка, а при дальнейшем увеличении длины щепы кривая пере­ ходит в прямую линию, имея излом в точке, соответствующей дли­ не щепы 80 мм. Это показывает, что указанная длина щепы явля­ ется критической.

Для получения стружек длиной до 40 мм, предназначенных для внутреннего слоя трехслойных древесностружечных плит, длина перерабатываемой щепы должна быть 20—60 мм (средняя длина 40 мм). При этом наибольшая длина некоторых частиц щепы не должна превышать 80—90 мм, что соответствует технической ха­ рактеристике центробежных стружечных станков ДС-3 и ДС-5.

77

СТРУЖЕЧНЫЕ СТАНКИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ МЕРНЫХ ЧУРАКОВ ИЗ КРУГЛОГО И ДРОВЯНОГО СЫРЬЯ

Для изготовления стружек из кругляка и дров в основном при­ меняются стружечные станки дисковые и с ножевым валом.

(ГДР), фирмы «Виггер» (ФРГ), станки с горизонтальным распо­ ложением диска ДС-2 и ДС-2А (СССР), S-20/33 (ФРГ). Эти станки предназначены для переработки короткомерных чураков длиной 330 мм и позволяют получить высококачественные плоские струж­ ки. Сырье загружают в питатель станка вручную.

Производительность станка не более 800—900 ка/ч при толщине стружек 0,4 мм. Изготовление стружек в этих станках требует больших трудозатрат, так как сырье предварительно разделывают на мерные чураки.

Для переработки чураков длиной 1 м и больше применяют на­ иболее производительные стружечные станки с ножевым валом.

Стружечные станки с ножевым валом выпускает в нескольких исполнениях фирма «Хомбак» (ФРГ). К высокопроизводительным станкам фирмы относятся станки Z-112S (Z-112G), Z-113S, Z-140S (Z-140G) и Z-220S, предназначенные для переработки круглых и колотых чураков соответственно длиной 1100, 1390 и 2000 мм. По­ дача сырья и загрузка его в питатель станка механизированы. Для этой цели станки снабжены загрузчиком-накопителем. Пита­ тель станка состоит из цепного транспортера, расположенного под углом 45° к горизонту (кроме станка модели Z-113S).

На станке модели Z-113S в отличие от станка модели Z-112S подающие цепи питателя и конвейер для подачи древесины в пи­ татель приводятся в действие с гидравлической системой. Питатель расположен под углом 30° к горизонту.

На станке Z-112S,Z-113S, Z-140S и Z-220S ножевой вал выпол­ нен секционным, режущие ножи расположены под углом 22° к оси вала. Станки Z-122G и Z-140G имеют цельный ножевой вал, режу­ щие ножи расположены параллельно к оси вала. Режущие кромки ножей этих станков выполнены в виде гребенки, что позволяет по­ лучить стружки заданной длины без применения надрезных ножей. Толщина стружек регулируется в пределах от 0,15 до 0,8 мм за счет изменения скорости движения транспортера питателя и вели­ чины выпуска ножей над поверхностью ножевого вала. Режущие ножи на валу крепятся при помощи сменных кассет, а регулировка величины их выпуска производится по шаблону вне станка. Для смены ножевых ¡кассет в станках имеются специальные зажимные устройства с пневмоприводом или с гидроприводом (на станке мо­ дели Z-113S).

Получаемые на станке стружки удаляются пневмосистемой или механическими транспортерами.

Стружечный станок ДС-6 состоит из ножевого вала, механизма подачи (питателя), загрузочного транспортера и привода. В комп­

78

лект станка входит загрузчик-накопитель модели ДЗС-6, состоя­ щий из горизонтального поперечного транспортера и наклонного подающего транспортера.

Ножевой вал выполнен в виде цилиндра с 12 продольными па­ зами для установки режущих ножей с ножедержателями. Режущие ножи имеют гребенчатую форму и расположены параллельно оси вала. Выпуск ножей производят в специальном приспособлении по шаблону вне станка. Ножи с ножедержателями крепятся в пазах ножевого вала при помощи клиньев, которые также имеют гребен­ чатую форму. Клинья зажимаются под действием пружин. Освобо­ ждение ножей с ножедержателями при извлечении их из пазов ноже­ вого вала производится при помощи механизма отжима, который состоит из 2-х пневмоцилиндров со штоками, шарнирно подвешен­ ных в обоих концах ножевого вала, поворотного вала с рычагами и направляющей с толкателем. При замене ножей вал поворачива­ ется и фиксируется в нужном положении маховичком и делитель­ ным диском с фиксатором.

Привод ножевого вала осуществляется от электродвигателя

. через эластичную муфту.

Питатель состоит из двух подающих цепных транспортеров, расположенных друг над другом под углом 60° к горизонтальной плоскости. Каждый подающий транспортер имеет четыре трехряд­ ные цепи с упорами, в промежутках которых расположены сталь­ ные пластины (склизы), на которые опираются заготовки.

Техническая характеристика стружечных станков с ножевым валом

79

теля мощностью 4,5 кет через муфту скольжения ПМС-3 и редук-

Рис. 20. Общий вид стружечного стайка модели ДС-6

тора, соединенных клиноременной передачей. Скорость подачи сырья устанавливают при помощи лимба, который расположен на регуляторе скорости ПМС-3. Скорость регулируется в пределах от 0 до 2 м/мин с градацией 0,2 m¡muh.

Необходимая толщина стружек обеспечивается регулированием величины выпуска ножей над поверхностью ножевого вала и ско­ рости подачи сырья в питателе.

В питатель станка сырье подается промежуточным (загрузоч­ ным) транспортером, который состоит из трех рядов цепей и само­ стоятельного привода.

80