Лесопильные потоки на базе ленточнопильных станков

Ленточнопильные станки относятся к оборудованию первого ряда, то есть претендуют на одну из главных ролей на лесопильных потоках. Особенность станков данного типа в том, что в качестве режущего инструмента используется тонкая стальная бесконечная лента, на одной или обеих сторонах которой насечены режущие зубья. Она устанавливается на двух шкивах, расположенных в вертикальной или горизонтальной плоскости. В зависимости от технологического назначения ленточнопильные станки в деревообработке подразделяются на три основные группы: бревнопильные – для продольной распиловки бревен на пиломатериалы; делительные (ребровые) – для распиловки брусьев, горбылей и толстых досок на тонкие сортименты; столярные – для распиловки досок, брусков на заготовки.

Первые две группы ленточнопильных станков – бревнопильные и ребровые – относятся к оборудованию лесопильного потока, а ленточнопильные столярные – к универсальному оборудованию, широко используемому в различных областях деревообработки. Бревнопильные ленточные станки, в свою очередь, делятся на вертикальные и горизонтальные. Принципиальное отличие в конструктивном расположении механизма резания в пространстве соответственно – по вертикали и по горизонтали. При горизонтальном расположении чаще всего бревно жестко фиксируется, и пиление происходит за счет движения механизма резания по направляющим. При вертикальном расположении все наоборот: механизм резания станка неподвижен, а пиление осуществляется при надвигании на него бревна. У этих станков, как правило, нижний шкив притапливается в приямок, чтобы уменьшить высоту цеха. В зависимости от ширины пилы ленточнопильные станки условно делятся по классам: легкие (с шириной ленточного полотна 32–80 мм), средние (80–130 мм), тяжелые (130– 280 мм и более). Выпускаются модели с одним, двумя и даже несколькими пильными механизмами резания.

Базирование бревна в таких станках осуществляется в основном тремя различными способами:

– на тележке-манипуляторе с боковыми клыковыми захватами, удерживающими бревно по длине;

– по базовой стенке с прижимным роликом;

– на тележках (траверсах) с торцовыми захватами, когда пиление бревна производится сразу с двух сторон.

Вертикальные ленточнопильные станки

Вертикальный ленточнопильный станок с кареткой (рис. 1, а) предназначен для продольного распиливания бревен в лесопильном потоке, распиливания крупномерной древесины хвойных пород и раскроя древесины ценных твердолиственных пород. Он состоит из ленточнопильного станка, где механизм резания – ленточнопильный агрегат, приводной тележки 7 с реверсивной подачей по рельсовому пути 6, загрузочного конвейера по аналогии с артиллерийским орудием (механизм загрузки), пульта управления и разгрузочного роликового транспортера.

Станок включает нижний приводной 1 и верхний натяжной 4 шкивы, которые охватываются бесконечной (закольцованной) пильной лентой и смонтированы на плите 2 и стойке станины 3. Бревно с загрузочного конвейера поступает на рельсовую тележку 7 механизма подачи и фиксируется в нужном положении зажимами, расположенными на стойках 5 тележки. После этого тележка перемещается по рельсовому пути и происходит продольный рез. По окончании реза тележка совершает холостой ход, возвращаясь в исходное положение. Бревно подается в сторону пилы на величину, соответствующую толщине следующей отпиливаемой доски. Если лента имеет двухстороннюю насечку зубьев, то холостой ход исключается: при обратном движении каретки также отпиливается доска, что заметно повышает производительность станка. Однако станки с двухсторонней лентой используются гораздо реже, что, по мнению производителей оборудования, связано со сложностями подготовки и эксплуатации такого режущего инструмента.

На рис. 2 представлена кинематическая схема механизма резания отечественного ленточного бревнопильного станка ЛБ 150-1. Пильная лента 1 шириной 175–280 мм натянута на приводном 26 и натяжном 11 шкивах и приводится в движение от электродвигателя 20 через ременную передачу 21. Вал 25 нижнего приводного шкива закреплен стационарно в двух сферических роликоподшипниках. Нижний шкив выполняется более массивным и служит маховиком, не давая ослабиться натяжению ленты в верхней зоне в случае ее торможения при пилении.

Верхний шкив – ведомый, облегченный. Его вал 10 также смонтирован в двух сферических роликоподшипниках, но их корпуса могут вертикально перемещаться с помощью винтов 7 и 15. Это перемещение осуществляется специальным механизмом, состоящим из электродвигателя 18, цепной передачи 19, вала 3 с двумя червяками 17 и 6, двучервячных гаекшестерен 24 и 8, взаимодействующих с винтами 7 и 15. Механизм наклона верхнего шкива, служащего для обеспечения правильного набегания ленты на шкив, состоит из маховика 9 и зубчатой муфты 2, установленной на валу 3. Когда зубчатая муфта выведена из зацепления, вращением маховика поворачивают левую гайку-шестерню 8, что приводит к изменению положения подшипников вала 10. Устройство для натяжения пильной ленты представляет собой систему рычагов 13, на одном конце которой находится верхний шкив, а на другом – груз 14 (пружина или пневмоцилиндр).

Груз обеспечивает постоянное натяжение ленты (1,2... 1,5 МПа), компенсируя удлинение ее в результате нагревания и мгновенных перегрузок. При смене ленты верхний шкив опускают, в результате чего рычаг с грузом поворачивается вниз и достигает упора 16. Для увеличения поперечной жесткости пилы под бревном и над ним предусмотрены направляющие, уменьшающие свободную длину рабочего участка пилы. Верхняя направляющая выполнена подвижной и устанавливается в зависимости от высоты пропила от электродвигателя 12 через винт 4. Нижний шкив при отключении электродвигателя 20 останавливается ленточным тормозом 23, приводимым в действие цилиндром 22.

Тележка механизма подачи перемещается по рельсам от канатнобарабанного привода. Бревно крепится на тележке стойками с захватами, срабатывающими от гидроцилиндров. Для придания бревну нужного положения на одной или нескольких стойках имеется кантователь. После завершения базирования кантователи утапливаются ниже плоскости стола. Стойки могут одновременно перемещаться все вместе на одну и ту же величину или индивидуально, каждая на свой размер. Существуют бревнопильные ленточные станки, в которых для более надежного базирования бревна используются подающие тележки, имеющие наклон стоек с захватами на угол 17 градусов. Аналогичным образом устанавливается и сам ленточнопильный станок.

С пульта дистационного управления оператор задает необходимые положения стоек для выпиливания бруса или доски определенной толщины. Последние модели станков снабжены компьютерными системами управления движением стоек. Данные от сканирующего устройства, определяющего геометрию бревна до его погрузки на тележку, поступают в компьютер и на мониторы перед оператором. Оператор выбирает наиболее выгодный из ряда вариантов поставов, который предлагает компьютер. Данная система автоматически обеспечивает базирование бревна (его разворот, перемещение стоек и т. д.) для продольного распиливания с учетом данных о породе и требований спецификации выпиливаемых пиломатериалов.

Типовые технические характеристики ленточнопильных станков для распиловки бревен

Диаметр пильных шкивов, мм.................... 1 250… 3000

Наибольшая ширина пильной ленты, мм .......... 175... 280

Мощность главного двигателя, кВт ..................... 55... 125

Наибольшая скорость подачи, м/мин:

при рабочем ходе ................ 80... 100

при холостом ходе ............ 125... 160

К преимуществам вертикальных ленточнопильных станков можно отнести следующее:

– высокий объемный, до 70%, и ценностной выход продукции за счет пропила толщиной не более 2,5 мм и возможности индивидуального раскроя бревна;

– высокое качество получаемых пиломатериалов как по геометрии, так и по шероховатости поверхности обработки, что обеспечивается малыми силами резания и жестким базированием бревна;

– высокая производительность, которая у наиболее мощных моделей превосходит в ряде случаев двухэтажные лесопильные рамы. Ширина пилы и отсутствие ее нагрева позволяет пилить на скоростях подачи до 80 м/мин. Отсутствует эффект выгибания бревна горбом в сторону отпиленной части, что освобождает от необходимости переворачивания бревен между пропилами;

– станки, как правило, не требуют специального фундамента и сортировки сырья;

– низкий уровень текущих расходов, который обеспечивается высокой степенью механизации и автоматизации производственного процесса, большим ресурсом режущего инструмента, высокой производительностью;

– низкая относительная цена (отношение абсолютной цены к производительности), обеспечиваемая высокой производительностью.

К недостаткам вертикальных ленточнопильных станков относятся:

– сложность эксплуатации станка и подготовки режущего инструмента. Требуется высокая квалификация производственного и обслуживающего персонала;

– высокая абсолютная цена с учетом стоимости монтажа, пусконаладочных работ, режущего инструмента, заточного оборудования;

– длительный срок запуска производства, требующий привлечения специалистов фирмы–производителя станков.

Возможности ленточнопильного станка лучше всего реализуются в сдвоенных ленточнопильных линиях при раскрое бревен средних и малых диаметров. Эти линии представляют собой два вертикальных ленточнопильных станка 2, 3 (рис. 1, б), установленных на подвижных каретках симметрично относительно продольной оси общего конвейера или каретки с возвратно-поступательным движением. Расстояние между станками изменяется по командам оператора с пульта управления или автоматически от измерительной системы с помощью гидравлических или электромеханических позиционеров 1.

Конфигурация вертикальных ленточнопильных станков

В лесопильной линии ленточнопильные станки или ленточнопильные агрегаты могут быть установлены в различной конфигурации: отдельный станок (Simple); сдвоенный, когда станки стоят последовательно друг за другом (Tandem); сдвоенный, когда станки стоят зеркально симметрично в одной плоскости (Twin); строенный, станки стоят последовательно друг за другом (Triple); счетверенный, с каждой стороны установлено зеркально по два станка по схеме Tandem (Quardо). Дальнейшей разновидностью схемы Quardо является схема Roboquad, где резание осуществляется при возвратно-поступательном движении бревна, закрепленного в торцевых зажимах траверсы, с помощью четырех станков с ленточными пилами, имеющими двухстороннюю насечку зубьев. Подача бревен может осуществляться кареткой или конвейером.

В первом механизме подачи каретка перемещается по рельсовому пути над бревном. Она имеет две опущенные вниз штанги с торцевыми упорами, одна из которых неподвижна, вторая – перемещается пневмоцилиндрами. По команде оператора бревно подается на кантователь, где оно разворачивается кривизной вниз и центрируется. После этого срабатывает пневмоцилиндр перемещения подвижной штанги и бревно зажимается торцевыми упорами. Каретка с зажатым бревном движется по верхнему рельсовому пути от электродвигателя постоянного тока, управляемого регулируемым приводом через редуктор, приводной барабан и канатную передачу.

На базе сдвоенных ленточнопильных станков созданы линии автоматизированного раскроя бревен. Они состоят из конвейерного подающего механизма с торцевым зажимом распиливаемых бревен и четырех сдвоенных ленточнопильных станков. Окоренные бревна поступают на поворотное устройство. Оператор, вращая бревно, осматривает его и поворачивает так, чтобы оно расположилось выпуклостью вниз. После чего сориентированное бревно фиксируется рычагами торцевых зажимов и проходит через электронное сканирующее устройство. Здесь с помощью сканеров измеряются диаметр и длина бревна. Информация о диаметре, длине и качестве используется компьютером для определения наилучшего варианта автоматической установки пил. Выбранный вариант сохраняется в памяти машины до тех пор, пока бревно не пройдет все пильные агрегаты. Вариантом компоновки лесопильной линии является установка перед первым сдвоенным ленточнопильным станком (рис. 3), пильные агрегаты которого установлены по схеме Twin, фрезерно-брусующего станка.

Его фрезерные головки измельчают в щепу горбыли с двух противоположных сторон бревна, а две пилы, установленные соосно с фрезами, формируют качественные поверхности боковых сторон бруса. Затем двумя ленточными пилами станка отпиливаются две крайние доски. Расстояние между пилами устанавливается по команде с пульта управления. Пильные агрегаты перемещаются по направляющим с помощью гидроцилиндров или шаговых электроприводов. Затем брус проходит через дватри последовательно расположенных ленточнопильных станка (рис. 4), на которых выпиливаются боковые доски, а также формируется сечение центрального бруса.

Производительность такой линии в среднем составляет порядка шести бревен в минуту. Как видно из приведенных примеров, ленточнопильные станки могут являться оборудованием как первого, так и второго ряда, в том числе в комбинации с другими видами лесопильных станков – фрезерно-пильных, фрезерно-брусующих, круглопильных многопильных. Лесопильный поток в общем виде может включать помимо оборудования для подготовки бревен к раскрою как один головной станок, являющийся станком первого ряда, например, лесопильную раму, ленточно- или круглопильный станок и др., так и последовательно установленные друг за другом станки первого и второго ряда. В этом случае на станке первого ряда, например, лесопильной раме, осуществляется продольный раскрой бревна на необрезные доски либо на боковые доски и центральный двухкантный брус. На станке второго ряда осуществляется раскрой двухкантного бруса на обрезные доски, а боковые доски раскраиваются на обрезные на двухстороннем обрезном станке.

Ленточнопильные вертикальные станки и линии на их основе являются наилучшим типом оборудования для промышленного лесопиления на крупных и средних предприятиях. В случае высокой стоимости сырья, например, при доставке по железной дороге, этот вариант не имеет альтернативы.

Горизонтальные ленточнопильные станки

Горизонтальные ленточнопильные станки тяжелого типа (см. рис. 1, в) применяют для раскроя твердолиственных пород диаметром свыше 1 м на кряжи. Тележка этих станков лишена стоек и механизма бокового перемещения бревна. После каждого реза оба пильные шкива 1 опускаются по колонкам 2 станины на толщину отпиливаемой доски. Бревно 3 на тележке 4 крепится торцевыми зажимами вдоль продольной оси и может быть повернуто необходимой стороной во время остановки между проходами. Однако станки такого типа не очень популярны. Значительно большее распространение получили станки легкого и среднего типа со шкивами небольшого диаметра (500–750 мм) и тонкой пильной лентой (толщиной 0,9– 2 мм), которые позволяют распиливать бревна диаметром до 90 см на необрезные и обрезные пиломатериалы заданной толщины со скоростью подачи до 30 м/мин. Ленточнопильный механизм резания среднего станка (рис. 5) смонтирован на каретке, перемещающейся вдоль бревна по направляющим сварной станины станка.

Он может перемещаться вертикально по двум ходовым винтам от электродвигателя на толщину отпиливаемой доски через клиноременную передачу. Этот размер устанавливается на управляющем дисплее, после чего механизм резания автоматически опускается на эту величину перед началом очередного реза. Привод пилы осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу (со скоростью 25 м/с). Бревно загружается в станок двухрычажным загрузчиком, затем выравнивается манипулятором-кантователем и фиксируется упорами с регулировкой высоты. Все эти перемещения инициируются от гидросистемы оператором с пульта. Скорость подачи механизма резания осуществляется от электродвигателя и плавно регулируется с помощью преобразователя частоты. Текущее значение скорости отображается на дисплее и контролируется также по амперметру загрузки электродвигателя, а при превышении оптимального ее значения дублируется звуковым сигналом.

Специальная дисковая пила с пластинами твердого сплава смонтирована на рычаге и приводится во вращения электродвигателем. Она прорезает в бревне перед ленточной пилой паз, удаляя из коры и с поверхности бревна загрязнения и посторонние включения, которые могут вызвать ускоренный износ ленточной пилы или даже ее поломку. Горизонтальные ленточнопильные станки в основном выполняются одноленточными с расположением пильного агрегата над бревном, брусом или горбылем (рис. 6, а), с последовательным расположением ряда пильных агрегатов (до 6 штук) над брусом (рис. 6, б), со спаренным расположением пильных агрегатов в одной плоскости, один из которых расположен над, а второй – под столом или конвейером (рис. 6, в). Станки, работающие по схеме в, являются более компактными и занимают меньшую площадь.

Ленточные пилы обоих пильных механизмов движутся в зоне резания в одном направлении, прижимая подаваемую заготовку к направляющей линейке, которая показана справа. Изменяя расстояния А и В перемещением пильных агрегатов по высоте относительно плоскости С подающего конвейера получаем возможность раскроя бруса или доски за один проход на заготовки различной толщины. Так, на ряде деревообрабатывающих предприятий с помощью таких станков осуществляется раскрой доски 50 мм по толщине на три одинаковых заготовки для производства обшивочной доски – евровагонки. Принцип работы легких станков тот же, что и средних, но конструкция значительно проще. Кресло оператора размещается на раме механизма резания и перемещается вместе с ним. У совсем простых станков это перемещение осуществляется самим оператором, идущим вдоль бревна. Настроечные перемещения на толщину доски и установка бревна производятся вручную с помощью специальных приспособлений. Производительность таких станков – до 6–8 м3 в смену.

Главными достоинствами горизонтальных ленточнопильных станков является низкая абсолютная цена, малая потребляемая мощность и простота установки. Для них не требуется фундамент, и часто их монтируют на автомобильном прицепе. Кроме того, индивидуальный раскрой и узкий (2–2,5 мм) пропил обеспечивают высокий выход продукции, а жесткое базирование и пренебрежимо малые усилия резания – высокое качество продукции. Не требуется сортировка сырья и высокая квалификация персонала по подготовке режущего инструмента.

К недостаткам можно отнести следующее:

– низкая производительность из-за малой скорости подачи и множества ручных операций (на легких станках). Скорость подачи ограничена способностью пильной ленты сохранять устойчивое положение в пропиле. Поскольку выброс опилок при пилении в горизонтальной плоскости затруднен, при увеличении скорости подачи межзубовые впадины не справляются с выводом опилок из пропила, происходит нагрев полотна пилы и, как следствие, отклонение от ее нормального положения. В результате пиломатериалы приобретают волнистую поверхность. Подобные отклонения пилы происходят и при ее первоначальном врезании в бревно. Эти факторы определяют скорость подачи для узкой (35–50 мм) ленты на уровне 10–20 м/мин. С увеличением ширины ленты на средних станках скорость подачи увеличивается до 25 м/мин, а производительность вырастает до 15–20 м3/смену;

– выгибание бревна под действием внутренних напряжений в древесине. Выгибание, обычно горбом в сторону отпиленной части, происходит в процессе обработки, когда бревно частично распилено с одной стороны. Дальнейшая распиловка приводит к существенной разнотолщинности доски, поэтому приходится регулярно переворачивать бревно для симметричного распиливания с обеих сторон;

– потери времени на ручные операции, такие как укладка и закрепление бревна, кантование, удаление пилопродукции. Попытки же все механизировать и автоматизировать лишают станки их главного преимущества – низкой цены;

– малый ресурс режущего инструмента, вызванный небольшой шириной ленты и неблагоприятными условиями ее работы на шкивах малого диаметра;

– высокие текущие расходы и очень высокая относительная цена вследствие низкой производительности, большой доли ручного труда и малого ресурса режущего инструмента; – сложность встраивания в лесопильные потоки, т.к. отпиленную доску приходится убирать с бревна вручную.

Анализ достоинств и недостатков позволяет прийти к выводу, что легкие горизонтальные ленточнопильные станки идеально подходят для использования в условиях малых предприятий, для чего они изначально и задумывались. Недаром такие станки называют фермерскими вариантами. Промышленное лесопиление с ними представляется нецелесообразным изза малоэффективной экономики такого производства. Средние ленточнопильные станки можно использовать на предприятиях малой мощности.

Делительные ленточнопильные станки

Делительные, или ребровые, ленточнопильные станки предназначены для распиливания поставленных на ребро брусьев, толстых досок и горбылей. Механизм резания незначительно отличается от механизма резания бревнопильного станка, но меньше по размерам, диаметр шкивов 1250 мм. Механизм подачи имеет вертикальное исполнение (рис. 7). Он смонтирован на столе станка и состоит из базового суппорта 1, механизма установки на размер и прижимного суппорта. Базовый суппорт представляет собой пластинчатый конвейер 4, приводимый в действие от гидромотора через редуктор и зубчатую передачу. Скорость подачи в диапазоне 5...90 м/мин регулируется бесступенчато.

Базовый суппорт перемещается на размер обработки по направляющим 6, получая движение от гидроцилиндра 5. Прижимной суппорт обеспечивает надежный прижим распиливаемого материала 10 к базовой поверхности конвейера и состоит из одного приводного рифленого вальца 5 и трех сдвоенных гладких прижимных вальцов. Приводной валец получает вращение от того же привода, что и базовый конвейер. Перемещается прижимной суппорт по направляющим от гидроцилиндра 7. В случае симметричного распила оба суппорта разводятся на одинаковое расстояние от пилы 3 с помощью специального настроечного механизма с согласующим зубчатореечным устройством. Применение в лесопильном производстве ребровых станков позволяет увеличить коэффициент выхода пилопродукции, а также уменьшить отходы лесопиления.