Рубительные машины для производства щепы реферат

Обновлено: 02.07.2024

Область применения многоножевой рубительной машины. Виды технологической щепы. Анализ конструкций основных типов дисковых рубительных машин. Выбор режущего инструмента. Проектные расчеты вала, выбор подшипников. Расчет производительности машины.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	дипломная работа
Язык	русский
Дата добавления	08.01.2012
Размер файла	1,3 M

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

В пояснительной записке приведены результаты производства многоножевой рубительной машины на базе МРН - 150 для переработки воздухосушных и мерзлых балансов в щепу. Выполнены расчеты вала на прочность, жесткость, крепления рабочего колеса к валу. Наряду с расчетами произведено технико-экономическое обоснование проекта, даны рекомендации по использованию оборудования, произведен расчет шумоизоляционного кожуха.

В связи с переработкой в целлюлозно-бумажной промышленности не только балансов, но и низкокачественного древесного сырья, отходов лесопиления и деревообработки область применения рубительных машин значительно расширилась. Изменились и требования к рубительным машинам. Большое значение приобрели вопросы расчета и конструирования машин, а также их монтажа и эксплуатации.

Совершенствование процесса производства технологической щепы идет по двум направлениям: 1) совершенствуются существующие дисковые рубительные машины - улучшаются некоторые элементы; 2) создаются принципиально новые рубительные машины для производства технологической щепы, отличающиеся как кинематикой резания. Так и формой рабочих органов. Эти машины создаются с целью улучшения фракционного состава щепы и равномерности ее геометрических размеров.

В связи с тем, что очень много лесных массивов находится в северных районах и вырубки ведутся в основном зимой и летом, то рассматривается возможность переработки древесины в щепу в основном воздухосушных и мороженных балансов. Для этого разработаем рубительную машину с безударным выбросом щепы.

1. Технико-экономическое обоснование проекта

1.1 Назначение и область применения оборудования

Рубительные машины различных типов применяются для измельчения круглых лесоматериалов (балансов) и отходов в технологическую щепу, используемую для химической переработки, производства древесноволокнистых плит и другой продукции. Используются установки для получения щепы из фаутной и дровяной древесины.

1.2 Виды технологической щепы

В зависимости от назначения щепа может быть классифицирована следующим образом (рис. 1.1).

Рисунок. 1.1. Классификация щепы по назначению

Щепа марок Ц-1, Ц-2 и Ц-3 предназначена для использования в целлюлозно-бумажной промышленности для производства сульфатной, сульфитной и бисульфитной целлюлозы, различных видов полуцеллюлозы и древесной массы, направляемых на изготовление различных видов бумаги и картона:

· марки Ц-1 - для производства сульфатной целлюлозы и древесной массы, направляемой на изготовление бумаги с регламентируемой сорностью;

· марки Ц-2 - для производства сульфитной целлюлозы и древесной массы, направляемой на изготовление бумаги и картона с не регламентируемой сорностью, а также сульфатной и бисульфатной целлюлозы, направляемой на изготовление бумаги и картона с регламентируемой сорностью;

· марки Ц-3 - для производства сульфатной целлюлозы и различных видов полуцеллюлозы, предназначенных для изготовления бумаги и картона с не регламентируемой сорностью.

Размеры щепы и степень ее деформации обусловливаются процессом измельчения древесного сырья в рубительных машинах. Чем короче и тоньше щепа, тем быстрее она пропитывается варочным раствором. Однако наличие в щепе большого количества опилок, образующихся в результате измельчения древесины, отрицательно влияет на выход и качество целлюлозы.

Щепа марок ГП-1, ГП-2, ГП-3 предназначена соответственно для производства:

· марки ГП-1 - спирта, дрожжей, глюкозы и фурфурола;

· марки ГП-2 - пищевого кристаллического ксилита;

· марки ГП-3 - фурфурола и дрожжей при двухфазном гидролизе.

Щепа марок ПВ и ПС предназначена для использования в плитных производствах:

· марки ПВ - для производства древесноволокнистых плит;

· марки ПС - для производства древесностружечных плит.

Требования к щепе для целлюлозно-бумажного и гидролизных производств, изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит регламентируются ГОСТ 15815-83 "Щепа технологическая. Технические условия". Размеры щепы в зависимости от марок приведены в табл. 1.1. Щепа для целлюлозного производства и производства древесноволокнистых плит должна быть без мятых кромок, угол среза равен 30-60? , количество щепы, не соответствующей этим требованиям, не должно превышать 30 % от объема партии.

Таблица 1.1 Геометрические размеры щепы

Толщина щепы, мм, не более

Изучение процесса измельчения древесного сырья в щепу показало, что процесс резания древесины в дисковых рубительных машинах можно осуществить таким образом, что наиболее опасный вид деформации щепы-сжатие вдоль волокон резко снизится за счет увеличения поперечного сжатия 3.

1.3 Классификация рубительных машин

Классификация рубительных машин представлена на рисунке 1.2

Рисунок. 1.2 Общая классификация рубительных машин в зависимости от типа рабочего органа (механизма резания)

· дисковые рубительные машины, рабочий орган которых выполнен в виде плоского или профильного (геликоидального) диска с ножами на нем;

· барабанные рубительные машины, рабочий орган которых выполнен в виде барабана с ножами на внешней поверхности:

o машины с рабочим органом в виде цилиндра;

o машины с рабочим органом в виде конуса;

o машины с рабочим органом в виде двух конусов, расположенных

o на одной оси и соединенных друг с другом вершинами

· передвижные (прицепные, полуприцепные, смонтированные на раме базового трактора);

по способу загрузки древесины:

· рубительные машины с горизонтально расположенным питающим патроном, древесину в который подают цепным или ленточным транспортером, рольгангом или шнеками;

· рубительные машины с питающим патроном, наклоненным в вертикальной плоскости, древесина в котором перемещается за счет гравитационных сил;

· рубительные машины с комбинированной загрузкой, оснащенные двумя патронами;

Подача древесины к ротору машины обеспечивается:

· при наклонном патроне - под действием силы тяжести;

· при горизонтальном - при помощи горизонтальных и вертикальных вальцов или гусеничного механизма (горизонтальный патрон размещают ниже оси вращения барабана перпендикулярно к ней или под углом 30-35°).

по способу удаления щепы из машины:

· удаление щепы вверх по щепопроводу с помощью воздушного потока;

· удаление щепы вниз на транспортер;

· "безударное" удаление щепы, происходящее примерно по направлению подачи сырья в машину.

В основе процесса работы рубительных машин лежит рубка древесины в торцово-продольно-поперечном направлении.

По конструктивным признакам рубительные машины подразделяются на барабанные и дисковые.

1.4 Барабанные рубительные машины

В барабанных рубительных машинах режущие ножи размещены на поверхности вращающегося барабана. При рубке эти ножи совершают кругообразные движения, врезаясь в древесину под разными углами наклона, зависящими от толщины перерабатываемого древесного сырья. Вследствие этого щепа, получаемая на этих машинах, обычно имеет неодинаковое направление среза и неоднородна по фракционному составу.

Барабанные машины предназначены для измельчения на щепу сучьев, вершин, горбылей и реек и снабжены рабочим органом в виде барабана с ножевыми впадинами (рис. 1.3 а) или подножевыми прорезями (рис. 1.3 б), в последнем случае барабан делают пустотелым. Барабан снабжают 2-8 ножами, диаметр барабана 0,6-1 м, угловая скорость 60-120 рад/с.

У машин с барабанами, имеющими ножевые впадины, щепа подается вниз на транспортер. Если барабан имеет ножевые прорези, то щепа поступает внутрь его и вентилятором выносится в циклон по трубопроводу.

Рисунок. 1.3 Схемы переработки древесины в барабанных рубительных машинах: а- щепа поступает в подножевые впадины; б- щепа поступает в барабан; в- схема для расчета барабанной машины; 1- барабан; 2- нож; 3- загрузочный патрон; 4- контрнож; 5- подножевая впадина; 6- щепоотводящий патрубок.

1.5 Классификация дисковых рубительных машин

Классификация дисковых рубительных машин представлена на рисунке 1.4

Рисунок 1.4 - Классификация дисковых рубительных машин

Рисунок. 1.5 - Дисковые машины с наклонным (а) и горизонтальным (б) расположением патрона: 1 - подача древесины; 2 - патрон; 3 - подшипник; 4 - выход щепы; 5 - корпус; 6 - привод.

1.6 Анализ конструкций основных типов дисковых рубительных машин

В дисковых рубительных машинах режущие ножи расположены на вращающемся в вертикальной, горизонтальной или наклонной плоскости диске под постоянным углом наклона как к поверхности диска, так и к направлению подачи. Резание древесины в этих машинах осуществляется под одинаковым углом к плоскости диска, а также при постоянных соотношениях режимов резания и затягивания балансов к ножам независимо от их толщины. Вследствие этого полученная щепа имеет практически одинаковое направление среза и по сравнению со щепой, нарубленной в барабанных машинах, более равномерна по фракционному составу. На рисунке 1.6 представлены углы резания и элементы щепы: б1-угол наклона патрона к горизонтальной плоскости; ц1-угол резания; в-Угол заточки ножа; hщ- толщина щепы; lщ- длина щепы; h- величина выступа ножей.

Рисунок. 1.6 Схема образования элементов щепы в рубительной машине:

Существует несколько модификаций дисковых рубительных машин, отличающихся по условиям подачи древесины, форме поверхности диска, режиму резания и др.

Различают дисковые рубительные машины с прерывистым и непрерывным процессом резания. Машины с прерывистым режимом резания снабжены тремя-четырьмя ножами, процесс резания чередуется с прекращением подачи балансов. При таком режиме неизбежны удары в момент внедрения ножа в древесину, что ухудшает фракционный состав щепы и приводит к смятию поверхности реза. В машинах с непрерывным режимом резания ножи постоянно находятся в контакте с древесиной, что создает более благоприятные условия резания и обусловливает получение щепы лучшего качества. Непрерывное резание древесины обеспечивается большим числом (10-16) режущих ножей на диске, приближенных к центру диска.

По форме рабочей поверхности диска многоножевые машины делятся на машины с плоской (рис. 1.7, б) и геликоидальной (рис. 1.7, в) поверхностями. На рисунке 1.7 представлены схемы резания древесины в дисковых рубительных машинах.

Рисунок. 1.7 Схемы резания древесины в дисковых машинах: а- общая схема;? б- схема взаимодействия измельчаемой древесины с плоским диском; в- схема взаимодействия измельчаемой древесины с геликоидальным диском;?1- нож; 2- ножевой диск; 3- измельчаемый материал; 4- кожух ножевого диска; 5- загрузочный патрон; 6- подножевая щель; 7- контрнож.

По способу подвода балансов к ножевому диску различают рубительные машины с наклонным и горизонтальным питающими патронами. Патрон имеет угол наклона к горизонту 45-52°, а также разворот от продольной оси вала машины на угол 10-30°. В этих машинах резание осуществляется под углом к оси бревна. Подобного типа машины в основном служат для рубки балансов длиной до 3 м. Для рубки длинных балансов

(6-6,5 м и более) применяются машины с подачей в горизонтальной плоскости.

Рубительные машины изготовляются с верхним или нижним выбросом щепы. При верхнем выбросе щепа специальными лопатками направляется по трубопроводу (щепопроводу) в циклон или бункер. При нижнем выбросе щепа попадает на расположенный под машиной транспортер или в бункер.

По мобильности рубительные машины подразделяются на передвижные (прицепные, полуприцепные, смонтированные на раме базового трактора) и стационарные.

Машина с наклонным диском - одна из дисковых машин с горизонтальной подачей. Эти машины вписываются в одноэтажную компановку древесного цеха, что снижает расходы на сооружение здания. Кроме того, в таких машинах отсутствуют удары балансов о диск. Все это является достоинством машины с наклонным диском.

Однако следует отметить, что наклонное расположение диска и привода вносят ряд недостатков в конструкцию машины. При наклонном положении диска появляются значительные осевые усилия на подшипники от сил инерции вращающихся звеньев машины. Эти силы вместе с силами затягивания древесины, возникающими в процессе рубки, достигают большого значения. Для восприятия этих сил приходится усиливать опоры вала. Усложняется также установка машины и двигателя. Недостатком этой конструкции является также вытекание смазки из наклонно расположенного корпуса подшипника. Появляются и дополнительные сложности при монтаже и обслуживании таких машин. По этим причинам машины с наклонными дисками не получили широкого распространения в промышленности.

Следующей разновидностью дисковых рубительных машин являются машины с горизонтальным диском. Такие машины вырабатывают щепу хорошего качества. К диску балансы подводятся одновременно по двум-четырем питающим лоткам. Благодаря этому достигается высокая производительность машины, а также выравнивается нагрузка на двигатель. Недостаток данной конструкции - необходимость вертикальной установки приводного двигателя.

Рубительные машины с безударным выбросом щепы применяется при рубке воздушносухих и особенно мерзлых балансов.

Особое внимание следует уделить рубительной машине с эвольвентными ножами. В обычных дисковых машинах прямолинейные ножи на диске распологаются по радиусу или под некоторым углом к нему. При такой форме режущей кромки ножа внедрение его в древесину осуществляется в переменной скоростью по всей длине лезвия. С увеличением расстояния от центра диска периферии скорость резания непрерывно возрастает и достигает до 30 м/с, т.е. в 3-4 раза превышает скорость резания у центра диска. Для обеспечения постоянной минимальной составляющей скорости рубки предложено режущие кромки рубительных ножей выполнить по эвольвентной кривой. При такой форме режущей кромки обеспечивается одновременное резание древесины несколькими ножами независимо от положения бревна относительно плоскости диска.

Для дисковых машин лучшие результаты по фракционному составу щепы, удельному расходу энергии, производительности и другим технико-экономическим показателям получены при измельчении балансов различных пород (ели, сосны, березы и осины) на многоножевых рубительных машинах и особенно на машинах с геликоидальной поверхностью режущих ножей и диска. Эти машины обеспечивают непрерывное резание для большей части измельчаемых балансов

Для коротких балансов (до 2 м) рекомендуются дисковые многоножевые машины с наклонным патроном, а для длинных балансов (4-6,5 м) - машины с горизонтальной подачей.

Для измельчения древесины в щепу необходимы специальные приспособления, причем форма и размер щепы зависят от типа и настроек этого оборудования.

Далее мы расскажем:

какие устройства применяют для переработки древесных отходов в щепу;
как работают эти устройства;
какой тип щепы они производят;
сколько стоят наиболее популярные модели;
можно ли их сделать самостоятельно.

Устройства, измельчающие древесину

Как мы уже упомянули, все агрегаты, предназначенные для получения древесной щепы, можно поделить на группы:

рубительные машины;
шредеры;
садовые измельчители.

Рубительные машины

Рубительные машины режут и рубят древесину с помощью ножей, закрепленных на дисках или барабанах.

Бензиновый или электрический мотор (иногда устанавливают даже дизельные двигатели, но они сильно увеличивают стоимость аппарата) раскручивают диск/барабан до скорости в 1–3 тысячи об/мин.

Когда нож встречается с древесиной, то на него воздействует огромная сила инерции диска или барабана, благодаря чему он рубит/разрезает довольно толстые куски древесины. Мощность мотора подбирают такую, чтобы ее хватало на быстрое раскручивание барабана, а также на эффективную резку древесины при падении скорости вращения маховика.

Чаще всего барабанные рубительные машины устанавливают на мощные мобильные или навесные щепорезы, предназначенные для переработки больших объемов древесины.

Они производят крупную щепу, пригодную для большинства видов применения, кроме изготовления арболита. Такая форма готового продукта получается из-за того, что нож движется перпендикулярно измельчаемому материалу и входит в него под углом, близким к прямому.

Подробней о способах применения измельченной древесины вы сможете прочитать тут.

Дисковые рубительные машины устанавливают на щепорезах любой производительности и конфигурации, а их основное преимущество в том, что щепа приобретает форму, близкую к игольчатой, поэтому подходит даже для изготовления арболита.

Это связано с тем, что древесина поступает к ножу под углом, поэтому у срезанного материала годичные кольца расположены со сдвигом и слабо скреплены друг с другом.

В большинстве случаев такой материал разделяется на длинные узкие пластинки, которые полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к арболитовой щепе.

Иногда помимо дискового щепореза устанавливают и молотковую дробилку, благодаря чему вся измельченная древесина приобретает игольчатую форму и идеально подходит для изготовления арболита.

Этот тип измельченной древесины по своей форме также максимально соответствует требованиям, предъявляемым к технологической щепе.

Часто именно этот тип измельчителей называют щепорезами.

Вне зависимости от типа измельчающего механизма, щепорезы изготавливают как в стационарном, так и мобильном варианте.

Стационарные устанавливают на деревообрабатывающих предприятиях и используют для превращения любых древесных отходов в более востребованный материал, то есть щепу.

Мобильные используют там, где нет возможности установить стационарное устройство, то есть в лесничествах и на предприятиях, занимающихся уходом за лесопосадками.

Шредеры

Шредеры работают по другому принципу. Мощный редуктор преобразует высокоскоростное вращение вала в низкоскоростное с огромным крутящим моментом и передает его рабочему органу, в качестве которого выступают 1–2 вала (зависит от типа устройства).

Рабочий орган шредера – это мощный вал, на котором установлены ножи. Причем ножи могут быть установлены как в качестве внешних деталей (их крепят к валу болтами), так и быть частью наборного вала.

Более подробную информацию о разновидностях шредеров вы найдете тут.

Когда древесина попадает между ножом и контрножом, который неподвижно закреплен на станине (иногда функцию контрножа выполняет сама станина, но при ее повреждении требуется сложный и дорогостоящий ремонт), механизм одновременно режет ее и дробит.

Чем дальше нож от контрножа (в двухвальных шредерах функцию контрножа выполняют специальные пазы на противоположном валу), тем сильней проявляется дробящий эффект. Однако в зоне контакта ножа и контрножа возникает эффект ножниц и раздробленные куски древесины разрезает на одинаковые по размеру куски.

Садовые измельчители

Этот тип устройств предназначен для измельчения тонких веток (максимальный диаметр 40–50 мм).

Чаще всего на садовые измельчители устанавливают дисковый механизм, такой же, как рубительных машинах, только меньшего размера.

Встречаются также разновидности шредеров, которые отличаются размером и особой формой ножевого вала.

Наиболее популярные из таких валов:

Шестеренчатый измельчающий механизм называют также колесным. Его основа – шестерня с острозаточенными зубцами, которая работает в паре с металлическим контрножом.

Когда ветка попадает между шестерней и контрножом, шестерня начинает резать и дробить ее на небольшие куски, а благодаря тому, что процесс завершается лишь в месте контакта зубьев и контрножа, шестерня создает эффект затягивания.

Ее зубцы не только режут ветку на куски, но и затягивают ее, ведь сначала зубец цепляет ветку, затем постепенно прорезает и этот процесс происходит постоянно.

Турбинный работает также, только вместо шестерни устанавливают специальную фрезу, которая отличается формой от шестерни, но выполняет ту же задачу.

Более подробная информация о садовых измельчителях есть в этой статье.

Тип двигателя

На любых измельчителях дерева устанавливают один из следующих двигателей:

электрический;
бензиновый;
дизельный;
вал отбора мощности (ВОМ).

Электрические

Устройства с электромотором отличаются минимальной ценой и минимальным затратами для переработки одного и того же объема древесины. Однако их минус в зависимости от сети переменного тока или соответствующего генератора.

Мощные аппараты, предназначенные для измельчения древесины в щепу, для присоединения к сети оснащают либо пятиконтактной вилкой для трехфазной проводки, либо клеммами.

Бытовые и садовые щепорезы оснащают коротким шнуром или специальной розеткой с фиксатором. Для подключения этих устройств к обычной розетке необходим специальный кабель.

Более подробную информацию об этих устройствах вы найдете в статье «Электрические садовые измельчители«.

Кроме того, вам будут полезны эти статьи:

В них мы рассказывали о различных брендах электрических садовых щепорезов, а также о влиянии громкого бренда на характеристики устройств.

Ведь зачастую недорогой китайский аппарат по своим основным характеристикам ничуть не уступает аналогам от известных европейских производителей и при правильной эксплуатации также надежен.

Тем не менее, изделия под известными брендами легче переносят перегрузки, поэтому для работы в экстремальных режимах лучше брать их.

Бензиновые и дизельные

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) устанавливают на любые типы измельчающих древесину устройств, разница лишь в мощности. На садовые щепорезы ставят моторы мощностью 2–5 л.с., причем в большинстве случаев работающие на бензине (ведь они дешевле и экономичней).

На полупрофессиональные устройства устанавливают такие же ДВС мощностью 10–30 л. с., также работающие на бензине.

А вот на профессиональные устройства, предназначенные для использования в садовых и парковых предприятиях, а также на местах добычи древесины используют аппараты, мощность которых составляет 30–100 л.с., причем доля бензиновых и дизельных моторов примерно одинакова.

Основное преимущество щепорезов с ДВС в том, что они могут работать в любом месте и не зависят от источника электроэнергии.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость измельчителя, а также то, что затраты на переработку одного и того же объема древесины гораздо выше, чем у электрических моделей.

Это вызвано как дороговизной жидкого топлива, так и ежегодными затратами на обслуживание, то есть замену масла, фильтров и свечей, а при интенсивном использовании это приходится делать несколько раз в год.

Больше информации о таких устройствах вы найдете здесь.

Щепорезы, работающие от ВОМ

Этот тип устройств используют только для переработки больших объемов древесных отходов и изготавливают в виде навесных агрегатов, которые затем устанавливают на тракторы.

В качестве режущего инструмента используют дисковые или барабанные измельчающие механизмы, причем барабанные более популярны.

Это связано с низкой скоростью вращения ВОМ и огромным крутящим моментом, присущим дизельному мотору трактора.

Основное достоинство щепорезов, работающих от ВОМ, в низкой цене, ведь производителю не приходится тратиться на покупку мотора и усложнять конструкцию, придавая ей мобильность. В качестве мобильной платформы выступает трактор.

Мобильность

Мобильными делают любые измельчающие машины, разница лишь в платформе, на которой они установлены.

Садовые измельчители к мобильным можно отнести лишь условно, ведь необходимую подвижность им обеспечивают 2–4 колеса, причем транспортировать их от места хранения до места работы приходится вручную.

Тем не менее, это гораздо проще, чем тащить аппарат, вес которого нередко преодолевает отметку в 50 кг, на руках. Однако на дальние расстояния их приходится перевозить в багажнике или кузове автомобиля, ведь их мобильная платформа предназначена лишь для передвижения по садовому участку.

Этот класс измельчителей необходимо регистрировать в ГИБДД, чтобы получить разрешение на передвижение по дорогам общего пользования.

Если мобильным щепорезом владеет юридическое лицо, то необходимо дважды в год проходить техосмотр, а также приобретать полис ОСАГО. Для измельчителей, которым владеют частные лица, эти процедуры не требуются.

Более подробную информацию по мобильным измельчающим устройствам вы найдете тут.

Стоимость наиболее популярных моделей

Мы подготовили таблицу, в которую включили наиболее популярные модели станков, предназначенных для переработки веток и изготовления щепы, а также их цену.

Можно ли сделать такое устройство самостоятельно?

Довольно высокая стоимость готовых устройств нередко становится причиной, по которой люди нередко предпочитают делать различные варианты щепорезов своими руками.

В качестве натурного образца используют фабричные устройства, а схемы и чертежи ищут на различных интернет-форумах, на которых пользователи рассказывают о своих самоделках, а также делятся опытом.

Чтобы сделать хороший измельчитель, необходимы:

качественные материалы;
понимание принципа работы устройства;
сварочные и слесарные навыки.

Для всех, кто решил самостоятельно сделать такое устройство или хочет лучше разобраться в процессе изготовления, будут полезны эти статьи:

Вывод

Щепорезы – это особый класс оборудования для производства щепы из древесных отходов.

Читайте также: