Автоматизация окорки бревен в барабанах

При подготовке древесины к переработке на щепу для использования в ЦБП окорка производится преимущественно с использованием оборудования барабанного и бункерного типов, основанного на групповой обработке древесины. Однако существующее оборудование является весьма энергоемким. А неоптимальность режимов его работы приводит к значительным экономическим и сырьевым потерям при групповой обработке лесоматериалов.

В связи с этим за рубежом и в России активно ведутся работы по совершенствованию данного оборудования, а также разрабатываются новые технические решения, повышающие эффективность подготовки древесины к переработке на щепу. Окорочные барабаны хорошо обрабатывают балансовую и низкокачественную древесину различных пород в любой период года. Причем их производительность может достигать значительных величин в зависимости от размеров барабана и древесины. Так, в лесной промышленности производительность барабанов составляет 6–20 пл.м3/час, а для барабанов в целлюлозно-бумажной промышленности 60–400 пл.м3/час. Качество окорки Y в барабанах находится в пределах 90–95% и определяется по формуле:

Y= S – ∑ Ski • 100%,

S

где S – площадь боковой поверхности (м2), ∑ Ski – сумма площадей пятен оставшейся коры на поверхности бревна (м2).

Целью окорки в барабанах является снятие коры с поверхности бревен раз-личного диаметра (от 6 до 60 см и более), с повышенной кривизной, сучковатостью, сбежистостью и с другими пороками с минимальными потерями древесины. Помимо коры в процессе окорки в отходы попадает и древесина. Она отделяется от переферии торцов бревен при их ударении о стенки барабана, об окорочные ножи и о другие бревна. Древесина в виде лучин, отщепов и сколов отделяется от боковой окоренной поверхности бревен при трении бревен друг о друга.

Так как отходы древесины при окорке смешиваются с корой, то определение отходов древесины при окорке представляет собой трудоемкую работу. Существуют различные методики определения качества окорки и количества отходов древесины при окорке в барабанах. Например, из щепы, нарубленной из окоренных лесоматериалов, отсортированной на плоскоситовой гирационной сортировочной установке и направляемой по ленточному транспортеру в производство целлюлозы или древесной массы, через равные промежутки времени (5, 10 или 15 мин) отбирают порции щепы по 3–5 кг.

Порции щепы, отобранные, например, за 1 час, собирают в одну кучу. Щепу в куче перемешивают и методом квартования отбирают одну представительную навеску, массой около 2,5 кг. Навеску сортируют на лабораторном анализаторе щепы АЛГ-М в течение одной минуты. Анализатор имеет сита с отверстиями диаметром 30, 20, 10, 5 мм и поддон. Щепу с каждого сита и из поддона взвешивают и определяют фракционный состав. Щепу с сит с отверстиями диаметром 10 и 20 мм вручную перебирают с целью отбора коры. Если кора не отделилась от щепок во время рубки, то ее отделяют от щепок вручную. В дальнейшем кору взвешивают и определяют ее содержание в щепе по формуле:

Xк = mк 100%,

mн

где: тк – масса коры, тн – масса навески щепы с корой на ситах с отверстиями диаметром 10 и 20 мм.

Однако при этом способе из-за длительности анализа информация о качестве выполнения окорки древесины поступает в цех с существенной задержкой, в течение которой может быть произведено большое количество бракованной щепы. Наиболее простой и точный способ определения отходов древесины – весовой.

В этом случае взвешивают всю партию поступивших на окорку балансов, например, в течение часа или смены или определенный объем и определяют их массу с корой, окаривают сырье, а после окорки взвешивают все окоренные бревна. Собирают все отходы окорки и вручную разбирают их на кору и древесину, после чего взвешивают. Далее из массы сырья, поступившей на окорку, отнимают массу коры. Тем самым определяют массу древесины, поступившей на окорку. Далее все расчеты ведутся по формулам:

М = Мк + Мд

Мд = М – Мк

Мд = Мод + Мо,

где: M – масса древесного сырья, поступающего на окорку с корой (кг), Mк – мас-са коры (кг), Mд – масса древесины, поступившей на окорку (без коры) (кг), Mод – масса окоренной древесины (кг), Mо – масса отходов древесины (без коры) (кг).

Укор У или потери древесины при окорке в барабанах в процентах определяют по формуле:

У = Мд – Мод •100%

Мд

Однако такой метод можно применять лишь при небольших объемах окорки и только для одиночного опыта. При больших объемах для определения отходов барабанной окорки разработаны другие методики, где на основании определения количества коры на древесине и по соотношению в отходах коры и древесины определяют укор. Но эта методика также трудоемка, так как предусматривает ручную разборку отходов на кору и древесину, хотя и отдельных порций (навесок). Повторность опытов для достоверных показателей должна быть не менее 120 раз.

Очевидно, что в зависимости от соотношения коры и древесины меняется цветовая гамма самих отходов. Например, при окорке еловой древесины с перво-начальным содержанием коры 10% в самом начале процесса цвет отходов коричневый. Если кора в отходах превышает 90%, а затем при степени окорки 70–75% – ее уровень достигает 80%, а далее при степени окорки 80% содержание коры уменьшается до 70%, то отходы приобретают бледно-коричневый цвет. При степени окорки 90% в отходах окорки коры менее 60%, а цвет – бледно-серый.

При степени окорки древесины свыше 95% цвет отходов приобретает цвет самой древесины, подвергаемой окорке. Таким образом, если брать пробы отходов, выходящих с разных участков из-под барабана, можно по цвету отходов иметь представление о процессе окорки, проходящем внутри барабана. Кроме того, по цвету отходов окорки можно судить и о том, как проходит процесс окорки в целом. Если отходы имеют коричневый цвет, то степень окорки неудовлетворительна, если же они имеют цвет окоренной древесины, то процесс окорки идет с переукором. Наиболее приемлемый цвет отходов окорки – бледно-серый. Эту цветовую гамму необходимо поддерживать и желательно в автоматическом режиме.

Отходы окорки имеют различные составляющие, и для превращения их в однородную смесь отходы необходимо измельчить на корорубке. Кроме того, для оценки отходов по цветовой составляющей их слой на транспортере должен быть определенной толщины, так как от толщины слоя зависит и цвет отходов.

Основываясь на приведенных показателях, сотрудниками Лесоинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета (СПбГЛТУ) предложено оригинальное техническое решение, которое защищено патентом на полезную модель №128549 от 27.05.2013 г.

Устройство для окорки лесоматериалов включает в себя последовательно установленные и технологически связанные узел подачи неокоренных лесоматериалов, окорочный барабан с приводом, с загрузочным и выгрузочным отверстиями, шандором (заслонкой) для регулирования степени заполнения барабана древесиной, производительности барабана и качества окорки. Барабан имеет привод, узел подачи теплоносителя в барабан, а также привод шандора и узел выгрузки окоренных лесоматериалов.

Устройство оснащено узлом приема отходов окорки из-под барабана. Этот узел снабжен измельчителем и выносным транспортером для измельченных отходов, на котором расположено приспособление, обеспечивающее дозированный слой отходов. Кроме того, этот узел имеет сканер, установленный над транспортером, блок информации и блок программирования, который связан с приводами вращения окорочного барабана приводом системы подачи теплоносителя в барабан, а также с приводом шандора и приводом узла подачи неокоренных лесоматериалов.

Разработанное устройство для окорки лесоматериалов работает следующим образом. При включении всех узлов в работу узел подачи неокоренных лесоматериалов через привод загружает лесоматериалы в окорочный барабан. Барабан вращается благодаря приводу и окаривает находящиеся в барабане лесоматериалы.

В барабане непрерывного действия лесоматериалы постепенно перемещаются от загрузочного отверстия к выгрузочному отверстию, окариваются благодаря трению друг о друга и подачи теплоносителя через вентиль, преодолевают шандор с приводом и попадают на узел приема окоренных лесоматериалов. Благодаря приводу появляется возможность регулировать интенсивность загрузки барабана лесоматериалами и степень его заполнения древесиной.

Средняя степень заполнения барабана лесоматериалами должна поддерживаться на уровне около 50%. Если барабан имеет регулируемый привод, то появляется возможность влиять на интенсивность окорки лесоматериалов, меняя скорость вращения барабана. Кроме этого, за счет регулировки подачи теплоносителя (или увлажнителя) с помощью вентиля можно влиять на интенсивность окорки, особенно в зимний период, когда ее процесс сильно затруднен, и на величину потерь древесины.

С помощью шандора и его привода можно оперативно влиять на скорость прохождения лесоматериалов через барабан, степень загрузки барабана и тем самым влиять на качество окорки, величину потерь древесины и производительность всего устройства.

Отходы окорки (кора и древесина) через щели барабана попадают на узел ленточный транспортер. Так как отходы неоднородны по размерам, то они поступают на измельчитель, где их подвергают измельчению до величины 5–20 мм. Измельчитель может быть выполнен в виде молотковой корорубки с производи-тельностью, достаточной для измельчения всего потока отходов.

Измельченные отходы попадают на выносной транспортер, на котором смонтировано устройство для обеспечения дозированного слоя отходов. Над ним расположен сканер, определяющий цветовую гамму отходов и передающий сигналы на узлы информации и программирования и далее на приводы узла подачи, привод вентиля подачи теплоносителя, привод барабана и привод шандора. Это позволяет изменять параметры процесса окорки лесоматериалов в барабане, обеспечивая высокую производительность с минимальными потерями древесины.

Другой метод оперативной оценки качества окорки балансовой древесины, также разработанный сотрудниками Лесоинженерного факультета СПбГЛТУ, заключается в постоянном анализе потока щепы, выходящего из древесно-подготовительного цеха. Для этого разработано устройство, защищенное патентом на полезную модель №116087 от 20.05.2012 г.

В этом случае в отличие от существующих поточных линий для производства технологической щепы предлагается ввести в состав линии устройство для непрерывной автоматизированной оценки качества получаемой щепы и автоматического регулирования производственных показателей линии. Устройство представляет собой прозрачный наклонный склиз, по которому перемещается щепа в виде однорядной щети. Сверху и снизу склиза установлены сканеры и осветители.

Линия работает следующим образом: подготовленные к производству в устройстве лесоматериалы подают по транспортеру в окорочный барабан через загрузочное устройство. В барабан подается теплоноситель, количество которого регулируется с помощью привода. Скорость вращения барабана регулируется приводом. Окоренные бревна через шандор, соединенный с приводом, выходят из барабана на оборудованный металлоискателем ленточный транспортер, где происходит сортировка бревен. Плохо окоренные бревна сбрасываются на лоток и далее, с помощью наклонного цепного транспортера, возвращаются на доокорку в барабан. Хорошо окоренные бревна подаются в рубительную машину. Полученную щепу через циклон направляют на сортировочную установку.

Щепу сортируют на три фракции: крупную, кондиционную и отсев. Кондиционную щепу направляют на шнековое устройство, распределяющее ее в однорядную щеть, которая в дальнейшем направляется на прозрачный наклонный склиз, где сверху и снизу установлены сканеры. После склиза щепа поступает на транспортер и направляется в производство.

Поскольку в получаемой щепе может присутствовать кора, лежащая на склизе как коркой, так и лубом, то по цвету одним сканером невозможно выделить щепки с корой. Поэтому склиз выполнен прозрачным и оснащен двумя сканерами. С их помощью фиксируется площадь качественной щепы и площадь щепок с корой, проходящих по склизу за единицу времени. Данные о площади щепок с корой суммируется с двух сканеров, а площадь качественной щепы суммируется и делится на два. Расчет количества коры в щепе Хк производится по формуле:

Хк = Sк1 + Sк2_______ 100%,

( S1 + S2 + Sк1 + Sк2)

2

где: S1 – площадь щепы, фиксируемая первым сканером, S2 – площадь щепы, фиксируемая вторым сканером, Sк1 – площадь коры, фиксируемая первым сканером, Sк2 – площадь коры, фиксируемая вторым сканером.

Полученная от сканеров информация передается в блок обработки информации, после чего сигналы поступают в блок управления процессом окорки, который выдает сигналы на привод шандора, барабана и вентиля. Данная линия не позволяет предотвратить перекор обрабатываемой древесины, но не требует оборудования для измельчения отходов окорки и позволяет напрямую судить о качестве получаемой щепы. Таким образом, по цветовой гамме потока щепы и отходов окорки можно автоматизировать процесс окорки в барабанах. Особенно это актуально для предприятий ЦБП, где установлены барабаны производительностью свыше 100 пл.м3/час и любая задержка оперативной информации о качестве окорки может привести к значительным потерям древесины или ухудшению качества продукции.