Устройство оценки состояния ножей рубительных машин при производстве щепы

По данным исследователей, более 50% себестоимости готовой продукции деревоперерабатывающих предприятий приходится на древесное сырье. И от его качества во многом зависит и качество готовой продукции предприятия, а следовательно, и его конечные финансово-экономические показатели. Древесно-подготовительные цеха предназначены для того, чтобы минимизировать отходы и вовлечь в основной процесс максимально возможный объем сырья. Основными требованиями, предъявляемыми к качеству технологической щепы, являются: массовая доля коры, массовая доля гнили, массовая доля остатков на ситах, обугленные частицы и металлические примеси, состав щепы по породам, массовая доля минеральных примесей, массовая доля щепы с мятыми кромками, угол среза. Содержание в технологической щепе коры, гнили и минеральных включений зависит от условий ее заготовки (таксационных характеристик, сезона и способа заготовки). А в случае переработки низкокачественной древесины еще и от качества выполнения окорки и облагораживания. Геометрические размеры щепы – длина, ширина, толщина, угол среза, а также процентное содержание кондиционной и некондиционной (крупной и мелкой) фракций щепы во многом зависят от настроек и оптимальности работы рубительной машины.

Согласно ГОСТ 23246-78 и ГОСТ 18110-72, длина щепы – это размер древесной частицы в направлении волокон древесины, а ширина – наибольший размер древесной частицы в направлении, перпендикулярном ее продольной кромке. Толщиной щепы принято считать наименьший размер древесной частицы в направлении, перпендикулярном ее продольной кромке. Кондиционная фракция щепы представляет собой совокупность древесных частиц, размеры которых соответствуют требованиям, предъявляемым к щепе в зависимости от ее дальнейшего назначения. Крупная фракция щепы – совокупность древесных частиц, оставшихся на сите с наибольшим (в соответствии с требованиями) проходным сечением отверстий сита сортирующих устройств, а мелкая фракция – совокупность древесных частиц, прошедших через сито сортировочных устройств, на котором задерживается кондиционная фракция. Угол среза щепы – угол, образованный поверхностью среза и направлением волокон.

Технологический процесс производства технологической щепы балансовой древесины включает в себя окорку балансов, рубку их на технологическую щепу и сортировку щепы на размерные фракции. Как правило, сортировка щепы производится при помощи плоскоситовых сортировок с поэтажной компоновкой наклонных сит, под которыми установлен поддон для сбора мелких частиц. Сита имеют определенные размеры ячеек. После сортировки крупная фракция щепы может подаваться назад в рубительную машину (или в дезинтегратор) для доизмельчения, кондиционная фракция поступает в дальнейшее производство, а мелкая – является отходом, отправляется на сжигание. Требование однородности щепы по размерам связано прежде всего с необходимостью получения конечной готовой продукции с однородными физико-механическими свойствами. Например, с точки зрения целлюлозно-бумажного производства при малых размерах щепы улучшается пропитка и нагрев, но увеличивается расход варочных растворов и ухудшаются физико-механические свойства целлюлозы как результат повреждения древесных волокон. Варка крупной фракции щепы дает целлюлозу с высокими прочностными свойствами, но с неравномерным проваром и повышен-ным содержанием непровара.

Рубка балансов в щепу производится при помощи рубительных машин различ-ной конструкции. В процессе работы рубительной машины происходит затупление ножей, что приводит к уменьшению выхода кондиционной фракции щепы, и увеличению процента выхода мелкой фракции. Признаками затупления ножей также являются: изменение звука при работе машины, увеличение токовой нагрузки на двигатель, ухудшение затягивания древесного сырья. В настоящее время степень затупления ножей рубительных машин при производстве технологической щепы определяют, измеряя радиус затупления режущей кромки ножей во время периодической остановки оборудования. Для определения степени затупления ножей используется несколько методов: визуальный осмотр, проверка остроты ощупью и создание слепков лезвий на свинцовых пластинах. Частота остановки назначается директивно, например, зимой – два раза в смену, летом – один раз. Однако такой подход к остановке оборудования и замене ножей не учитывает многие часто меняющиеся показатели – породу древесины, ее качество и количество. При этом каждая остановка машины приводит к большим потерям времени, к остановке всей поточной линии, затратам труда на осмотр ножей, особенно при их количестве 10 16 штук на одной рубительной машине.

Кроме того, при неполной загрузке рубительной машины директивные остановки и осмотры ножей не дают желаемого эффекта. Об этом свидетельствуют результаты исследований ученых Петрозаводского государственного университета, проведенных на Кондопожском ЦБК в августе–сентябре 2010 г. Во время эксперимента круглосуточно производился отбор проб щепы и оценивалась зависимость между временем отбора и фракционным составом. Замена ножей рубительной машины производилась директивно два раза в сутки. Данные, полученные в ходе этого эксперимента, позволили ученым сделать вывод об отсутствии влияния состояния ножей рубительной машины на качество щепы. Это объясняется тем, что ножи за время работы из-за небольшой загрузки не вырабатывают свой ресурс. Известны также устройства для определения степени затупления ножей рубительных машин, включающие средство измерения выбранного для оценки состояния ножей параметра, например, измерения зазора между ножами барабана и контрножом. Этот способ также требует периодической директивной остановки оборудования, а следовательно, всей поточной линии.

Суждение о степени затупления ножей рубительной машины по изменению потребляемой мощности также мало эффективно. Это связано с очень большими массами и, соответственно, инерцией рабочих органов агрегата, работающих как маховики. В связи с этим, при прочих равных условиях, изменение потребляемой мощности рубительной машиной по мере затупления ножей мало заметно. А с учетом частого изменения физико-механических свойств, подаваемых на измельчение балансов, – мало объективно.

Исследованиями, проведенными специалистами СПбГЛТУ, было установлено, что наиболее чувствительным показателем работы рубительной машины является фракционный состав щепы. А значит, именно по этому признаку можно судить о степени затупления ножей рубительной машины и принимать решение о необходимости ее остановки и замене ножей. Для повышения эффективности работы рубительных машин в поточных линиях древесно-подготовительных цехов деревоперерабатывающих предприятий ученые Лесоинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова (СПбГЛТУ) разработали новое технические решение (Патент на полезную модель № 117347, от 27.06.2012 г.). Предлагаемое устройство – это система оперативного определения степени затупления ножей по выбранному для этого параметру фракционному составу щепы. В него входит вычислительный модуль, а также весоизмерительные устройства для поступающего на переработку древесного сырья и для различных фракций полученной технологической щепы, при этом вычислительный модуль связан со всеми весоизмерительными устройствами и с приводом рубительной машины. Данное устройство позволит обеспечить повышение точности процесса определения степени затупления ножей, повышение качества получаемой технологической щепы за счет увеличения полезного выхода кондиционной щепы, повышение производительности процесса производства технологической щепы за счет сокращения простоев рубительных машин из-за необходимости проверки ножей. Устройство работает следующим образом. Древесное сырье – балансы подаются транспортером в рубительную машину для изготовления технологической щепы, при этом в весоизмерителе фиксируется масса поступившего на переработку древесного сырья, и эта информация поступает в вычислительный модуль. Изготовленная технологическая щепа поступает в сортировочное устройство и уже откуда в зависимости от ее фракции поступает на разные транспортеры. Так, кондиционная щепа направляется на транспортер, где количество ее фиксируется весоизмерительным устройством и информация об этом поступает в вычислительный модуль. Технологическая щепа мелкой фракции поступает на другой транспортер, где ее количество также фиксируется весоизмерительным устройством, а информация об этом передается в вычислительный модуль. Щепа некондиционная крупной фракции возвращается в рубительную машину на повторное измельчение. Готовая кондиционная щепа выносится из устройства транспортером на отгрузку.

Расчет момента остановки рубительной машины из-за чрезмерного затупления ножей:

где: В – выход кондиционной щепы, %; φ – количество мелкой фракции щепы, %; [φ] допускаемое количество щепы мелкой фракции, %; М – масса балансовой древесины, направленной на переработку; М1 – масса полученной кондиционной щепы; М2 – масса полученной мелкой фракции щепы, кг. В расчетах не учитывается крупная фракция щепы, так как она направляется на повторное измельчение.

Поскольку с увеличением степени затупления ножей рубительной машины возрастает и процент выхода мелкой фракции щепы, то достигнув предельно допустимых значений выхода мелкой фракции (табл. 3), по данным весоизмерительных устройств, вычислительный модуль может или дать сигнал оператору, или сразу подать сигнал выключения на двигатель привода рубительной машины. Предложенное устройство для оперативного определения степени затупления ножей рубительных машин позволит обеспечить высокую точность процесса определения степени затупления ножей, улучшить качество получаемой технологической щепы за счет увеличения полезного выхода кондиционной щепы, повысить производительность процесса производства технологической щепы за счет сокращения простоев рубительных машин для проверки ножей.