Правила выбора измельчителей древесных отходов

Для переработки древесных отходов используются различные виды измельчителей: мульчеры, рубительные машины, шредеры и т.д. Измельчитель (англ. chopper) – это устройство для измельчения чего-либо. Это слово имеет синонимы – дробилка (crusher), шредер (schroeder), мельница (mill), рубительная машина (chipper), щепорез (deport). Но технически они имеют отличия в устройстве и эксплуатации. В зависимости от вида и размеров перерабатываемого древесного сырья, условий процесса переработки и требований к качеству щепы рубительные машины имеют различные конструктивные исполнения. Основные характеристики этого оборудования: мобильность; тип рабочего органа, профиль его поверхности; вид и количество используемого режущего инструмента; способ и направление подачи древесного сырья на переработку; форма загрузочных устройств; способ отбора щепы; вид энергии, используемой для привода рабочего органа.

Типы и конструкции рубительных машин

По признаку мобильности рубительные машины делятся на стационарные и передвижные. Стационарные рубительные машины эксплуатируются на индивидуальных неподвижных основаниях (фундаментах). Рубительные машины, смонтированные на подвижных основаниях, принято называть передвижными установками. Они могут быть автотракторными, плавучими, железнодорожными. Автотракторные рубительные установки подразделяются на самоходные, прицепные, полупередвижные.

Самоходные рубительные установки компонуются путем размещения рубительной машины и необходимого вспомогательного оборудования непосредственно на самоходных шасси (автомобиль, трактор). Для обеспечения загрузки рубительной машины древесным сырьем на шасси устанавливаются механические или гидравлические манипуляторы, а также устройства для подачи древесины к механизму резания, включающие цепные и гусеничные конвейеры, вальцевые или иные механизмы обжима и принудительной подачи перерабатываемого материала. В ряде случаев на самоходном шасси устанавливают автономные энергетические установки для привода механизма резания и навесного технологического оборудования. Распространенным исполнением самоходной рубительной установки является вариант с использованием для привода механизмов собственного двигателя транспортного шасси.

Прицепными рубительные установки называются из-за способа адаптации их с базовой машиной. Сами рубительные машины в этом случае монтируются на одноосной колесной паре, они имеют небольшие габариты и, как следствие, небольшую (до 1500-3000 кг) массу. В качестве базовых машин в этом случае используют преимущественно колесные и гусеничные тракторы общего назначения, сельскохозяйственного и лесного исполнения. Привод рубительной машины осуществляется от раздаточной коробки трактора через карданный вал. Такие машины удобны для использования в культивируемых лесах при рубках ухода. Загрузка древесины в рубительные машины такого типа производится вручную двумя-тремя рабочими или с помощью манипулятора. Полупередвижными называются установки, технологическое оборудование которых монтируется на несамоходных многоосных платформах. Оно включает в себя механизмы, по функциональному назначению аналогичные самоходным рубительным установкам.

Полупередвижные рубительные установки оснащаются автономной энергетической установкой, чаще всего дизель-генераторной. Перемещают или транспортируют такие установки при помощи автотягача или трактора. Грузоподъемность специальных платформ под полупередвижные установки позволяет монтировать на них рубительные машины с рабочим органом большего диаметра, что при использовании энергетической установки высокой мощности обеспечивает переработку на щепу хлыстов или деревьев. Такие рубительные установки широко применяются в США, Канаде, как правило, при сплошных рубках малоценных или плантационных насаждений для использования древесины на производство целлюлозы, волокнистых материалов или в энергетических целях. В европейских странах используются преимущественно самоходные и прицепные установки на колесном ходу с механизированной подачей сырья на переработку.

Важные показатели процесса переработки древесины на технологическую щепу формируются механизмом резания рубительной машины, а потому в качестве основного классификационного признака обычно принимается конструктивная схема режущего органа машины. По этому признаку рубительные машины делятся на три основных класса – дисковые, барабанные и конические. В дисковых рубительных машинах механизм резания выполнен в виде вращающегося диска с расположенными на его рабочей поверхности режущими элементами.

По типу рабочей поверхности диска рубительные машины бывают с плоским или профилированным (геликоидальным) диском.

Дисковые рубительные машины делятся на малоножевые и многоножевые, а также многорезцовые. Их отличие состоит в количестве режущих ножей, установленных на диске, и в качественных особенностях резания древесины, происходящего в тех и других машинах. В малоножевых рубительных машинах процесс резания характеризуется цикличностью (прерывистостью). Многоножевые машины работают по принципу непрерывного резания, при котором очередной режущий нож входит в контакт с древесиной раньше, чем выходит из соприкосновения с древесиной предыдущий нож. Многорезцовые рубительные машины применяются в основном для рубки бревен диаметра 50 см и более. Отличительной особенностью такого режущего аппарата является расположение множества небольших резцов на диске по спирали. Благодаря этому машины такого типа могут рубить бревна большого диаметра. При этом количество затрачиваемой энергии снижается в пять раз. Однако и производительность такого оборудования будет в пять раз меньше.

В дисковых рубительных машинах применяют два способа установки режущих ножей: периферийный и внутренний. При периферийной установке режущий нож располагают на лицевой (рабочей) поверхности диска в специальном посадочном месте и крепят сквозными болтами с потайными головками. В этом случае скошенная фаска является передней гранью резца. При внутреннем способе крепления режущий нож устанавливают в радиальной сквозной щели диска, на рабочей поверхности которого выступает только режущая часть ножа. Скошенная фаска ножа при этом выполняет роль задней грани ножа. Внутреннее крепление ножей чаще всего используют в многоножевых рубительных машинах, что позволяет разместить на диске необходимое число ножей. Преимущество такого способа заключается в большей безопасности крепления. Периферийный способ позволяет поддерживать стабильным угол заострения, так как заточка ножей происходит по передней грани, имеющей больший износ.

Кроме того, дисковые рубительные машины делятся по направлению подачи перерабатываемой древесины. Это машины с горизонтальной подачей (как правило, под углом к режущему диску для уменьшения усилия резания) и машины с наклонной подачей (в этом случае может быть два или один угол наклона оси подаваемого сырья относительно плоскости диска рубительной машины).

При горизонтальной подаче возможно нижнее относительно оси вращения диска и верхнее расположение загрузочного патрона.

В дисковых рубительных машинах возможна подача сырья горизонтально, без отклонения оси подачи от фронтальной плоскости диска. В этом случае осуществляется наклон вращающегося диска на 40–45°, и диск вращается не вертикально, а под наклоном. В рубительных машинах барабанного типа режущим органом является вращающийся барабан, на образующей которого устанавливаются режущие элементы. Так же как и в дисковых, в барабанных рубительных машинах применяют два способа крепления ножей: периферийный (тангенциальный) и внутренний, при которых роль заточной фаски ножа различна. В деревообработке используются два типа конструкций ножевых барабанов, отличающихся один от другого способом удаления из зоны резания срезанной щепы, щелевой и пазушный.

Щелевые барабаны делаются полыми, образующаяся в процессе резания щепа через подножевые щели поступает в полость барабана и затем удаляется вдоль оси вращения барабана через один из торцевых проемов.В барабанах пазушного типа срезанная щепа собирается во впадинах (пазухах), расположенных в «теле» барабана перед каждым режущим ножом. В этом случае ножевой барабан изготавливается сплошным и служит одновременно маховиком.Класс конических рубительных машин является промежуточным между дисковыми и барабанными машинами. Их отличительная особенность заключается в том, что механизм резания выполнен в виде одного или двух вращающихся усеченных конусов. При малом угле конусности режущего органа машина по конструктивной схеме приближается к барабанной рубительной машине, при большом – к дисковой. Режущие элементы располагаются на образующей поверхности конуса.

Совершенствование измельчительной техники, особенно специализированной, привело к созданию резцовых рубительных машин. Поэтому, помимо приведенных классификационных признаков, рубительные машины каждого из трех классов могут быть ножевыми или резцовыми. В ножевых рубительных машинах в качестве режущего инструмента применяются плоские ножи с односторонней заточкой. Длина режущей кромки ножей соответствует ширине рабочей поверхности ножевого диска (барабана, конуса). Это предопределяет воздействие режущего ножа одновременно на всю ширину сечения перерабатываемого материала. Резцовые рубительные машины отличаются от ножевых тем, что на рабочей поверхности диска (барабана, конуса) установлены резцы, режущие кромки которых в несколько раз короче ширины рабочей поверхности. Эта особенность существенно изменяет процесс резания, происходящий в рубительных машинах такого типа. В данном случае по ширине сечения перерабатываемого материала последовательно срезаются полосы шириной, соответствующей длине режущей кромки резцов. На ряде рубильных машин устанавливается сито, которое регулирует выходную фракцию щепы.

Если получаемую щепу в дальнейшем планируется доизмельчать на еще более мелкую фракцию, то используются молотковые мельницы. Дробление происходит маятниковыми молотками, вращающимися на скорости до 1500–3000 об/мин, в зависимости от габаритов ротора и требуемой производительности. Такие мельницы должны быть подключены к системам аспирации. Возможно исполнение молотковых мельниц без принудительной аспирации, но в этом случае они работают без сита и невозможно гарантировать однородность получаемого продукта. Линия для измельчения и доизмельчения отходов может быть единой или состоять из двух отдельных агрегатов, одного или разных агрегатов. Немецкая компания Rudnick & Enners Maschinen- und Anlagenbau GmbH выпускает двухступенчатый измельчитель Twin Chippe, в конструкцию которого входит как барабанная рубительная машина, так и молотковая мельница. Измельчитель используется для производства мелкой дробленки из круглых бревен, горбыля или кусковых отходов. Фракция измельченного материала хорошо подходит для последующей сушки, а в случае дальнейшего брикетирования не требует дополнительного измельчения.

Шредеры для древесины

Отдельный вид измельчителей – шредеры (роторные измельчители). Они предназначены для работы с материалами, имеющими значительную толщину и обладающими высокими показателями сопротивления разрушению. Например, для переработки древесных отходов, содержащих металлические включения – скобы, шурупы, гвозди. На роторе наварены острые резаки, которые располагаются в форме лесенки или каскада, косого ножа или ласточкиного хвоста. Используются они для переработки шпал, обломков ящиков, мебели, кабельных барабанов, поддонов. Качество конечного продукта соответствует качеству исходного материала. Шредеры скорее не режут древесину, а «жуют» ее: чем мельче сито – тем дольше жуют, и будут «пережевывать», пока не измельчат до нужной фракции.

Производители такого оборудования, например Котельничский механический завод, предлагают различные модели шредеров как двухвальных с вертикальной, так и одновальных с горизонтальной загрузкой. В одновальных шредерах измельчаемый материал при помощи подающего транспортера и системы зубчатых вальцов поступает в зону вращающегося ротора с закрепленными на нем молотками. Здесь происходит разрушение материала на мелкие части. Измельченное сырье под действием силы тяжести падает на экран с ячейками определенного размера, задающими величину конечной фракции. Фрагменты, оказавшиеся крупнее ячеек, захватываются роторными молотками и возвращаются в камеру измельчения на вторичный цикл переработки.

В двухвальных шредерах благодаря высоким показателям крутящего момента возможно измельчение материалов различной категории: от бумаги и картона до крупногабаритных отходов, полимеров, пластика, резины, стекла, синтетики и биологического сырья. Такие шредеры применяются для переработки мягкого пластика, упругих материалов, резинотехнических изделий и покрышек.

Линии измельчения древесных отходов, помимо измельчителей, нуждаются в оборудовании для подачи отходов на измельчение, сепарации дробленки (щепы) и ее транспортировки. К транспортному оборудованию линий измельчения относятся: трубчатые ленточные транспортеры (подходят для транспортировки сыпучих материалов на расстояние от 300 м); лотковые цепные транспортеры, ленточные транспортеры, шнековые транспортеры; вибрационные транспортеры для кусковых отходов – горбыли, рейки, обаполы; ленточные ковшовые элеваторы для вертикального перемещения сыпучих материалов. Для сепарации и просеивания дробленки могут использоваться: сотрясательные сита, которые позволяют сепарировать материал на пять фракций за один рабочий проход; барабанные сита, которые устанавливаются непосредственно над бункером и обеспечивают подачу и разделение сыпучих материалов на несколько фракций; вибрационные сита, которые подходят для встраивания в вибрационные лотки или подающие шнеки; дисковые грохоты для отделения грубых фракций или фракций нестандартного размера в потоке подаваемого материала.

Правила выбора

Измельчители выбираются в зависимости от исходного сырья – объема переработки, размера отходов, включения в древесину инородных предметов – и условий их эксплуатации. При выборе модели рубительной машины применительно к условиям производства следует учитывать их конструктивные и технологические особенности. В машинах с наклонным загрузочным патроном улучшаются условия подачи сырья на ножевой диск за счет влияния массы перерабатываемой древесины. По сравнению с машинами, имеющими горизонтальный загрузочный патрон, рубительные машины с наклонной подачей сырья обеспечивают некоторое повышение выхода кондиционной фракции щепы, они менее чувствительны к затуплению режущих кромок ножей или резцов. Однако наклонное расположение загрузочного патрона усложняет размещение машины в цехе, так как для этого требуется более высокое помещение, перед патроном необходимо направляющее устройство (воронка), форма и конструкция которого влияет на работу машины.

При горизонтальном загрузочном патроне упрощается технологическая привязка машины. Оборудование можно установить как на первом, так и на втором этаже цеха. Отходы загружаются в патрон непосредственно с транспортера, подающего, например, рейки и горбыли от лесопильных станков. Для эффективной переработки короткомерных отходов в машинах с горизонтальной подачей сырья необходимо обеспечить согласованную скорость загрузочного конвейера со скоростью затягивания отходов режущими ножами диска. Поэтому машины с горизонтальной подачей целесообразнее использовать для переработки длинномерных отходов – 1,5 м и более.

Также выбор той или иной модели рубительной машины обусловлен скоростью образования древесных отходов на предприятии. При медленном образовании древесных отходов, когда отсутствует необходимость в постоянной работе измельчителя, при образовании отходов на различных участках предприятия (верхние склады, лесные терминалы) можно использовать прицепную рубительную машину или навесной мульчер. Это позволяет применять их время от времени, используя энергетическую установку в другое время в качестве погрузчика, трелевщика и т.п.

При постоянном образовании древесных отходов небольшого сечения и в малых объемах лучше использовать малогабаритную стационарную рубительную машину с небольшим сечением загрузочного патрона. Она потребляет меньше энергии по сравнению с крупными машинами с большим сечением загрузочного патрона. В случае если на предприятии образуются отходы больших размеров, то их проще колоть или распиливать на размеры, подходящие для небольшого сечения загрузочного патрона.

В случае необходимости в измельчении отходов с металлическими включениями, кусковых отходов больших размеров лучше использовать шредер.Для измельчения отходов окорки, особенно от роторных окорочных станков, целесообразно применять специальное оборудование – мельницы для измельчения коры, которые позволяют в дальнейшем использовать ее в качестве топлива, изготовления мульчи.