Окорка при помощи канатов и цепей

Продольные канатные окорочные станки

В продольных канатных станках скорость подачи бревен незначительно влияет на качество их работы, а потому они более производительны. Повысить эффективность этого оборудования можно за счет увеличения скорости подачи бревен и мощности привода станка. Надежное удаление коры с сосновых и еловых бревен, при влажности 100% и толщине коры до 15 мм обеспечивается при интенсивности давления каната на поверхность бревна 50–90 кН/м, а коэффициент сопротивления окорке составляет около 0,4.

Увеличение интенсивности давления выше 90 кН/м не приводит к сильным повреждениям поверхностного слоя древесины. Но для решения задачи окорки круглых лесоматериалов с дефектами формы они подходят плохо, так как при взаимодействии каната с пеньками от сучьев они затрудняют их огибание и вокруг остатков сучьев остаются пятна коры. Кроме того, из-за сложности вывода канатов на поверхность бревна недостаточное качество окорки наблюдается в зоне, прилегающей к переднему торцу бревна. На продольных канатных окорочных станках могут использоваться и вращающиеся канатные головки – канатные фрезы. Они позволяют выполнять качественную окорку за счет увеличения кратности обработки поверхности бревен.

По характеру расположения канатов относительно оси вращения канатные фрезы подразделяются на цилиндрические и гиперболоидальные. Последние позволяют получать более равномерную обработку поверхности бревна. Еще одним достоинством гиперболоидальных канатных окорочных фрез является простота механизма натяжения канатов, которое может быть как индивидуальным, так и групповым. Кроме этого, использование гиперболоидальных канатных окорочных фрез снижает энергоемкость процесса окорки за счет равномерной обработки поверхности бревен. Необходимая кратность обработки – коэффициент перекрытия фрезы, который показывает, сколько раз рабочие органы пройдут по одному и тому же месту бревна, – при которой будет достигаться требуемое качество окорки, зависит от состояния древесины и интенсивности давления каната на поверхность бревна, которое достигается при монтажном натяжении каната с усилием 5–20 кН. В результате экспериментальных исследований, выполненных в Ленинградской лесотехнической академии им. С.М. Кирова (ЛЛТА) В.К. Карповым, под руководством профессора С.П. Бойкова, была определена необходимая кратность обработки, обеспечивающая 100%-ное качество окорки (табл. 1).

Влияние диаметра бревна на интенсивность давления каната двояко: с одной стороны, интенсивность давления обратно пропорциональна диаметру бревна, с другой – увеличением диаметра растет усилие в канате и возрастает кратность обработки. Поэтому канатные окорочные фрезы позволяют обеспечить стабильное качество окорки при обработке бревен разных диаметров.

Продольные окорочные канатно-фрезерные станки могут обеспечить 100%-ное качество корки с минимальными потерями древесины при скоростях подачи 1–2 м/с. При обработке бревен с толстой и прочной корой канатные окорочные фрезы показали большую эффективность окорки по сравнению с традиционными роторными окорочными станками, оснащенными скребковыми короснимателями.

К недостаткам продольных окорочных канатно-фрезерных станков относятся конструктивная сложность исполнения при компоновке нескольких фрез на единый механизм подачи и сложность огибания канатами пеньков от сучьев, в результате чего появляются неокоренные участки и требуется установка специальных устройств, предотвращающих заклинивание бревна в окорочной головке. Канатный инструмент на продольных станках целесообразно использовать для обработки свежесрубленных и сплавных бревен, когда нет высоких требований к качеству окорки.

Гиперболоидальные фрезы позволяют выполнять полную обработку всей поверхности бревна на станке, оснащенном четырьмя окорочными головками. Однако при обработке бревен большого диапазона диаметров, включая тонкомеры, фрезы надо разносить по длине механизма подачи, что усложняет его конструкцию. Также необходимы специальные устройства для предотвращения заклинивания фрез при встрече канатов с пеньками от сучьев. Продольные окорочные фрезерно-канатные станки следует использовать при больших грузооборотах, когда требуются высокая производительность и качество окорки. В таком случае повышенная сложность станка оправдывается его большой производительностью. Окорочные станки данного типа могут составить серьезную конкуренцию окорочным барабанам, применяемым в древесно-подготовительных цехах, поскольку при меньшей стоимости и габаритах они обеспечивают повышение качества окорки и снижение потерь древесины.

Преимущества

• равномерная обработка бревна

• простота механизма натяжения

• канатов

Недостатки

• конструктивная сложность при

• использовании нескольких фрез

• сложность огибания канатами

• пеньков от сучьев

Винтовые фрезерно-канатные окорочные станки

На винтовых фрезерно-канатных окорочных станках каждая фреза обрабатывает ленту поверхности бревна, ограниченную двумя винтовыми линиями. Эти станки оснащаются не более чем двумя фрезами, а скорость вращения бревна ограничена условиями обработки бревен неправильной формы. В этой связи для таких станков наилучшим образом подходят фрезы, обеспечивающие наибольшую длину пятна контакта. Его увеличение возможно только за счет увеличения диаметра фрезы при нулевом угле закрутки. Поэтому применение гиперболоидальных фрез на станках такого типа нецелесообразно, а лучше всего подходят цилиндрические фрезы больших диаметров.

Винтовые фрезерно-канатные окорочные станки по производительности значительно уступают продольным фрезерно-канатным, а потому они устанавливаются в небольших цехах. Их преимущество заключаются в том, что станки данного типа позволяют значительно снижать потери древесины при окорке. Из-за того что давление каната на поверхность бревна изменяется по длине каната, интенсивность окорки изменяется по ширине полосы, обрабатываемой одним канатом. Но при совместной работе нескольких канатов и большой кратности обработки достигается равномерная окорка всей поверхности бревна. При этом необходимая кратность обработки возрастает с увеличением диаметра бревен. Кроме этого, при обработке бревен больших диаметров увеличивается деформация упругих элементов и усложняется механизм натяжения канатов. Из-за этого становится целесообразной обработка бревен узкого диапазона диаметров.

Еще одно преимущество канатных роторных окорочных станков, по сравнению с продольно-фрезерными, заключается в том, что в качестве базы для них могут быть использованы традиционные роторные окорочные станки. При этом частично модернизируется только окорочная голова, а другие механизмы станка остаются без изменений. Недостатком использования канатного инструмента на роторных окорочных станках является повышенная опасность забивания корой ротора, что требует установки специальных устройств для доизмельчения отходов окорки и очистки от них концов канатов. На роторных станках канат менее подвержен усталостным разрушениям, поэтому достигается большая долговечность инструмента по сравнению с канатными фрезами.

Сотрудниками ЛЛТА (Е.В. Юн, К.А. Лонн, В.Н. Лоншаков и О.И. Сухоруков) была усовершенствована конструкция рабочего органа канатного роторного окорочного станка (авторское свидетельство СССР 1511127). Основная идея заключалась в том, чтобы разнести приводное и регулировочное кольца относительно друг друга вдоль продольной оси и обеспечить возможность поворота регулировочного кольца для изменения угла расположения канатов. Это позволяет регулировать усилие натяжения канатов, изменять ширину снимаемой полосы коры, обеспечивать автоматический заход канатов на поверхность бревна без обрывов и сколов торцов древесины, при этом снижаются динамические нагрузки и повышается качество окорки за счет постоянного прижима канатов к бревну.

Между приводным кольцом, установленным на вращающемся роторе, и регулировочным кольцом натянуты под углом к продольной оси устройства канаты. Кольцо смонтировано на дополнительном кольце с возможностью поворота для установки требуемого угла наклона канатов. Кольцо установлено подпружиненно на штангах, одни концы которых закреплены на приводном кольце, а другие – на подшипниковой опоре. При подаче бревна канаты охватывают его, а пружины обеспечивают требуемое натяжение. Образующийся при вращении канатов гиперболоид вращения обеспечивает повышение качества окорки.

Преимущества

• равномерная окорка бревна

• долговечность инструмента

• использование роторного

• окорочного станка в качестве базы

Недостатки

• забивание корой ротора

• деформация упругих элементов

• сложный механизм натяжения канатов

Цепной окорочный инструмент

Канатный окорочный инструмент оказывает на массив коры фрикционное воздействие, цепной – ударное. При обработке лесоматериалов цепным окорочным инструментом они имеют продольное перемещение, проходя мимо валов, на которых закреплены металлические цепи. За счет центробежной силы, получаемой при вращении валов, цепи сбивают кору с поверхности лесоматериалов, причем интенсивность воздействия может быть настолько мощной, что будут удаляться и пеньки, остающиеся от плохо обрезанных сучьев. Такой принцип окорки был реализован на ряде иностранных окорочных станков, например фирмы Morbark (США). Установки с цеповой окоркой лесоматериалов имеют ряд преимуществ. Они просты в изготовлении, надежны в эксплуатации и имеют малую металлоемкость.

За счет хорошего копирующего свойства (самообхвата поверхности) такие станки позволяют эффективнее окорять стволы с дефектами формы, по сравнению с другими известными рабочими органами окорочного оборудования. Движение цепи по поверхности ствола происходит вдоль волокон, где прочность коры максимальная, что способствует меньшему повреждению окоренной поверхности. Такое оборудование обладает большей степенью свободы у цепи, что обеспечивает «смягчение» удара, предохранение от перегрузок и удаление из рабочей зоны отходов окорки, а также создает потенциальную возможность управления качеством процесса окорки. Еще достоинствами таких станков являются простота рабочего органа – цепи, доступность и большая гамма выбора размерно-качественных характеристик выпускаемых цепей, а также возможность их самостоятельного изготовления лесопромышленными предприятиями.

При проведении экспериментальных исследований учеными из Сибирского государственного технологического университета (СибГТУ) удалось добиться показателя энергоемкости процесса цеповой окорки в 6,61 МДж/м3. Для сравнения: энергоемкость традиционных способов индивидуальной окорки выше – у фрезерования она составляет 15–17 МДж/м3, у строгания 10–12 МДж/м3, у бесцентрового точения (роторные окорочные станки) – 6,5–7,2 МДж/м3. Так же как и для продольных канатно-фрезерных окорочных станков, предпочтительный диапазон скоростей подачи для цеповых окорочных станков находится в пределах 1–2 м/с.

Производительность цепового окорочного станка зависит от длины и диаметра обрабатываемых лесоматериалов. Для увеличения производительности таких станков, при прочих равных условиях, требуется повышение скорости подачи и соответственное увеличение мощности привода. Производительность ограничивается только по условиям поштучной подачи лесоматериалов. При увеличении длины лесоматериалов повышается коэффициент загрузки цепового окорочного станка. Возможность дальнейшего роста производительности ограничена допустимой скоростью вращения окорочного вала с цепями, которая, в свою очередь, лимитируется по условиям допустимых инерционных нагрузок, действующих на цепы. Таким образом, преимущество цеповых окорочных станков наиболее полно реализуется при обработке длинномерных бревен больших диаметров.

Цеповые окорочные станки целесообразно применять для окорки долготья с высоким качеством окорки и повышенными требованиями к качеству окоренной поверхности. Это прежде всего пиловочные бревна, столбы линий электропередач и связи. Таким образом, цеповые окорочные станки могут быть конкурентоспособны по сравнению с ножевыми, фрезерными и роторными станками во всей области их применения. При этом можно ожидать качественной обработки лесоматериалов с дефектами формы и уменьшения потерь древесины. На этом базируется и разработанный исследователями ФГКП «ГНЦ ЛПК» способ производства балансов из низкокачественных круглых лесоматериалов с центральной внутренней гнилью (патент РФ 2202468), в котором предложено использовать цеповый окорочный станок для обработки длинномерных пластин, полученных при продольной распиловке сортиментов, содержащих внутреннюю гниль. Разработчиками способа отмечается, что цепной окорочный станок имеет приемлемые материалоемкость и установленную мощность.

Преимущества

• высокая интенсивность воздействия на бревно

• небольшое повреждение окоренной

• поверхности

• окорка стволов с дефектами формы

• простота рабочего инструмента – цепи

• низкая энергоемкость цеповой

• окорки – 6,61 МДж/м3

Недостатки

• возможность увеличения

• производительности ограничена