ТПАП
.pdfМинистерство образования Российской Федерации Воронежская государственная лесотехническая академия
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПРОИЗВОДСТВА ЛЕСОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
Учебное пособие для студентов специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств лесопромышленного комплекса»
Воронеж 2004
2
УДК 674.093.26-419.3+674.815 Пономаренко Л.В. Технологические процессы и производства лесопромыш-
ленного комплекса. Учебное пособие для студентов специальности 210200 «Автоматизация технологических процессов лесопромышленного комплекса»/Л.В.Пономаренко. – Воронеж: ВГЛТА, 2004.-115 с.
Одобрено методической комиссией по специальности 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств ЛПК»
10. 11. 2004 г. |
Проф. Петровский В.С. |
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Разработано на кафедре механической технологии древесины Воронежской государственной лесотехнической академии
Рецензент директор деревообрабатывающего предприятия ООО «НИСА» А.М.Никульшин
Научный редактор заведующий кафедрой механической технологии древесины, профессор Разиньков Е.М.
3
Введение
Древесина как строительный и поделочный материал известна с глубокой древности. Благодаря высокой механической прочности, лёгкой обрабатываемости режущими инструментами, способностью удерживать гвозди и шурупы, способностью к склеиванию и отделке, небольшому объёмному весу, низкой теплопроводности, хорошим тепло- и звуко-изолирующим свойствам, а также природному цвету и рисунку текстуры древесину широко применяют, как конструкционный материал в деревообрабатывающей промышленности.
К достоинствам древесины следует также отнести и то, что ресурсы её постоянно восстанавливаются, как благодаря деятельности человека, так и самопроизвольно.
Отметим также некоторые недостатки древесины, как материала деревообрабатывающей промышленности. Это горючесть, низкая биоустойчивость, гигроскопичность и некоторые другие свойства, зависящие от породы древесины, условий произрастания и т.д.
В царской России деревообрабатывающая промышленность развивалась в основном как кустарная. Продукция кустарных деревообрабатывающих производств превосходила продукцию промышленных предприятий в 3- 4 раза. Удельный вес лесопиления в валовой продукции в 1912 г. составил 80,2%; фанерного производства 2,9% и продукции прочих деревообрабатывающих производств – 16,9%.
Современная деревообрабатывающая промышленность перерабатывает основную долю лесозаготовительной промышленности.
Среди всех производств, занятых механической и химикомеханической обработкой древесины можно разделить две большие группы. Группу производств первичной обработки древесины (производство пиломатериалов, плит, фанеры, шпона) и группу производств вторичной обработки
4
(производство изделий из древесины, деталей машин, столярных деталей и др.).
Характерным для производств первой группы является потребление в качестве сырья продукции лесозаготовительной промышленности, т.е брёвен, кряжей, дров и выпуск в качестве продукции полуфабрикатов в виде пиломатериалов (досок, брусьев), древесностружечных и древесноволокнистых плит, лущёного и строганного шпона, фанеры и т.д.
Для группы производств вторичной обработки древесины характерно использование в качестве сырья продукции предприятий первичной обработки и выпуска в качестве продукции готовых изделий.
Отметим, что в настоящее время с развитием переработки отходов от основных производств, можно выделить отдельную группу производств по обработке отходов и неделовой древесины. Это производства, вырабатывающие различные древесные плиты (древесностружечные, древесноволокнистые и фиброцементные), древесную муку и др.
На всех этапах механической обработки древесины образуется значительное количество отходов. В среднем, в общем процессе механической обработки древесины окончательно готовая продукция содержит не более 1530% древесины, считая от объёма бревна. Следовательно, 70-75% составляют отходы и рациональное их использование одна из главных задач современных деревообрабатывающих предприятий. Развитие научно-технического процесса должно быть направлено на создание и внедрение ресурсосберегающих технологий.
Это связано (большие потери) не только с ухудшением качественных характеристик перерабатываемого сырья, но и с несовершенством схем и технологий новых производств, а также производством, например в лесопилении, значительного (более 50%) количества пиломатериалов нецелевого назначения.
1. Производственный и технологический процессы.
5
Для изготовления продукции необходимо провести целый ряд отдельных мелких работ над сырьём (в нашем случае над древесиной), постепенно превращая бревно или кряж в доску, столярную плиту, фанеру и т.д., а последние – в детали, в узлы, и наконец, в изделие.
Совокупность всех отдельных работ, выполняемых в определённой последовательности над сырьем и полуфабрикатами, с целью превращения последних в готовую продукцию, называется производственным процессом.
Производственный процесс охватывает все виды работ, совершаемые над сырьём и полуфабрикатами до превращения их в продукцию данного производства. Он включает не только обработку режущими инструментами, склеивание, сборку и отделку, но и сушку, передвижение материалов (транспортные работы), укладку брёвен, досок, фанеры в штабеля (складские работы), подачу их к рабочим местам, перекладку, осмотр, контроль и т.д., то есть решительно все работы и действия, совершаемые оборудованием над материалом.
При этом можно выделить часть работ, когда материал – предмет труда, претерпевает какие-то изменения качественного или размерного порядка, и часть работ, когда качество, форма и размеры предмета труда остаются неизменными.
Например, при сушке древесина претерпевает качественное изменение: из сырой превращается в сухую, изменяются при этом её свойства и размеры сечений; при обработке на станках бревно, доска, фанера или же заготовка меняют свою форму и размеры. При покрытии лакокрасочными материалами предмет труда также претерпевает качественное изменение.
Но при перекладке или передвижении с места на место, при осмотре и складировании досок, шпона, деталей, предмет труда не изменяет своих свойств, ни формы, ни размеров.
Совокупность всех отдельных работ, при которых материал или полуфабрикат претерпевает качественные или размерные изменения, называют
6
технологическим процессом. То есть транспортные, складские работы и контроль в технологический процесс не включаются.
Технологический процесс изготовления сложного изделия состоит из нескольких этапов, которые принято называть стадиями.
Стадии технологического процесса, в свою очередь, делятся на опера-
ции.
Операция – законченная часть технологического процесса, осуществляемая на одном рабочем месте. Она охватывает все последовательные действия рабочего (или группы рабочих), производимые на станке при обработке одного предмета труда до перехода к обработке следующего.
Для выполнения каждой технологической операции необходимо иметь своё рабочее место, то есть производственную площадь, станок, верстак, стол, приспособление и т.п., и специального рабочего (группу рабочих). Рабочее место – производственная площадь, предназначенная для выполнения одной производственной операции и оснащённая соответствующими матери- ально-техническими средствами для выполнения этой операции.
Технологические операции могут быть проходными и позиционными. Проходными называются такие операции, при которых обрабатывае-
мая деталь в процессе обработки продвигается по станку, проходя его из конца в конец.
Позиционными называются такие операции, при которых обрабатываемая деталь закрепляется в станке, а инструмент в процессе обработки получает необходимое движение. Например, при обработке на строгальном четырехстороннем станке деталь закладывается с одного конца станка и продвигается, проходя весь станок и выходя уже обработанной на другом его конце. Операция будет проходной. При выборке гнезда деталь закрепляется на столе станка, а инструмент (сверло, фреза) получает поступательное движение в глубь детали и вдоль неё, выбирая необходимое отверстие – гнездо. Такая операция – позиционная, совершаемая за одну установку.
7
Применительно к позиционным операциям употребляются понятия – установка и позиция.
Установка – часть технологической операции, выполняемая при одном закреплении детали. Каждое положение обрабатываемой детали при одном её закреплении на станке (приспособлении) называется позицией.
Проходная технологическая операция разделяется на переходы и проходы. Переходом называется часть технологической операции, характеризующаяся неизменностью обрабатываемой поверхности, режущего инструмента и режима работы станка. Проходом называется часть перехода, охватывающая все действия, связанные со снятием одного слоя, при неизменности инструмента, поверхности обработки и режима работы.
Например, фугование детали в угол, т.е. строгание пласти и кромки. Операция проходная, состоит из 2-х переходов, строгание пласти и затем строгание кромки осуществляется за два прохода, за каждый проход снимается отдельный слой.
Движение массы обрабатываемых предметов в производственном процессе образуют поток. Оборудование в цехе может быть расставлено отдельными группами по назначению или в порядке, соответствующем последовательности выполнения технологических операций. В первом случае трудно избежать возвратных и петлеобразных перемещений материала в потоке. Во втором случае детали перемещаются в одном определенном направлении кратчайшим путем. Такое производство называют прямоточным. Прямоточное производство позволяет сократить объем транспортных операций, улучшить условия управления производством, однако, так как производительность станков неодинаковая, у каждого станка необходим межоперационный запас заготовок, чтобы избежать простоев.
2. Типы производств
8
Характер технологического процесса, применяемое оборудование, инструмент, приспособления зависят от масштаба производства, который определяет собой тип производства.
Производства деревообрабатывающей промышленности делятся на три основных типа: индивидуальное, серийное и массовое. Допускается ещё единичный тип производства. Он характерен для экспериментальных заводов и фабрик, выпускающих уникальные изделия по специальным заказам. Применяются станки общего назначения из числа наиболее универсальных.
Индивидуальным называется производство, изготавливающее разнохарактерные типы изделий, в небольших количествах (по заказам населения), причём повторения выпуска этих изделий не предусматривается. Для выполнения разнообразных заданий, предприятие должно располагать универсальным оборудованием, позволяющим применять различные виды обработки. Технологический процесс строится таким образом, что на одном станке выполняется несколько операций. Для успешной работы таких предприятий требуется высококвалифицированный рабочий и технический персонал.
Серийным называют производство, в котором на большинстве рабочих мест выполняются различные операции над отдельными партиями деталей. Готовые изделия выпускаются сериями, предусматривается повторный выпуск. В зависимости от количества изделий в серии, их характера и трудности, различают производство мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное.
Особенностями серийного производства являются: периодичность в работе каждого рабочего места; применение универсального, специального оборудования; применение специальных приспособлений, режущего и измерительного инструмента; поточность, конвейеризация, автоматизация отдельных участков; малое количество ручных работ; относительно высокая квалификация рабочих (ниже, чем индивидуальное); наличие промежуточных складов.
9
Массовым называется производство, в котором на большинстве рабочих мест выполняются закреплённые за ними одни и те же операции. Изделия выпускаются в большом количестве, непрерывно в течение длительного времени, без изменения их конструкции.
Особенностями массового производства являются: специализация оборудования, приспособлений, инструментов для достижений высокой производительности, простота управления станками; механизация процессов; не- прерывно-поточная и конвейерная организация процесса сборки; отсутствие промежуточных складов; широкая взаимозаменяемость деталей.
Для бесперебойности работы необходима рациональная планировка рабочих мест. При больших первоначальных затратах экономический эффект очень высокий.
Типы производств условно различают по коэффициенту закрепления
операции: К = О , (1)
Р
где О – число операций;
Р- число рабочих мест.
При уменьшении количества рабочих мест (К) увеличивается. Для мас-
совых и крупносерийных производств К≤10, для среднесерийных К=10-20, для мелкосерийных К=20-40.
3. Лесопильное производство 3.1. Понятие о пиловочном сырье.
Сырьем лесопильного производства являются хлысты, брёвна и кряжи, удовлетворяющие по размерам и качеству требованиям стандартов на пиловочное сырьё. Требования к древесным хлыстам хвойных и лиственных пород определяют ТУ13-0273685-408-92, которыми установлены три группы качества хлыстов. Качество хлыстов оценивается выходом деловой древесины. Для первой группы качества выход деловой древесины для хвойных пород – не менее 80% от объёма хлыста, твёрдых лиственных пород – не менее 70%, мягких лиственных пород и берёзы – не менее 60%. Для второй группы
10
качества выход хвойных пород должен составлять 79…50%, твёрдых лиственных пород – 69…40%, мягких лиственных пород и берёзы – 59…40%. Для третьей группы качества выход хвойных пород не менее 50%, лиственных – не менее 40%.
Хлыст представляет собой ствол спиленного дерева без вершины, очищенный от сучьев.
Бревно или кряж – часть хлыста, полученная поперечным делением его на части.
3.1.1.Описание формы хлыста и бревен с помощью
математических моделей
При раскрое брёвен па пилёную продукцию необходимо учитывать особенности их формы, размеры и качество. Изучением формы древесных стволов и разработкой методов определения их объёмов занимается специ-
альная наука – лесная таксация.
По данным лесной таксации, стволы деревьев, выросшие в густом лесу, близки к формам геометрических тел, только одиноко растущие деревья
имеют неправильную форму.
Площадь поперечного сечения круглых материалов принято исчислять по формуле площади круга со средним диаметром, равным полусумме 2-х
диаметров, измеренных во взаимно перпендикулярных направлениях.
Диаметр древесного ствола уменьшается от комля к вершине. Уменьшение диаметра, приходящееся на единицу длины, называют сбегом. Для оценки сбега отдельных брёвен определяют средний сбег, представляющий
собой отношение разности между диаметрами в нижнем |
Дн и верхнем dв |
|||||||
торцах к длине бревна L. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Sср |
= |
Д |
н − dв |
, |
см |
(2) |
||
|
|
|
|
|
||||
|
L |
|
||||||
|
|
|
|
|
м |
|
||
где Дн - диаметр на расстоянии 1 метр от комля На рис. 1 показано продольное сечение ствола дерева.