обработка древесины. Курс лекций для студентов iii курса направления подготовки
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
2. Структура деревообрабатывающего предприятия Деревообрабатывающие предприятия, как отмечалось выше, специализируются на выпуске определенного вида продукции и изделий из древесины, поэтому они носят соответствующие наименования: лесопильно-деревообрабатывающий или мебельно-сборочный комбинат, мебельная фабрика, домостроительный комбинат или завод, лыжная фабрика, фабрика музыкальных инструментов. В состав деревообрабатывающего предприятия входит ряд цехов и подразделений. Цехи делятся на: основные и вспомогательные, К основным относятся цехи, в которых вырабатывают полуфабрикаты (пиломатериалы, заготовки, плиты) или основную готовую продукцию (столярные изделия, мебель). На деревообрабатывающем предприятии основными цехами являются: лесопильный; сушильный; раскройный, или заготовительный; станочный, или машинной обработки заготовок и деталей; сборочный и отделочный. Количество основных цехов или отделений на предприятии зависит от объема производства, номенклатуры и конструкции выпускаемых изделий и местных условий. К вспомогательным цехам относятся такие, которые не выпускают основной продукции, но обслуживают основное производство, обеспечивая его нормальную бесперебойную работу: склады сырья, пиломатериалов и готовой продукции, пилоправная и ножеточильная мастерские, ремонтно-механическая, шорная и электромеханическая мастерские или цехи, цехи использования отходов. В состав деревообрабатывающего предприятия могут входить: котельная, электростанция, трансформаторные под станции, водонапорная башня, материальный склад, гараж, склад горючих и смазочных материалов, медицинский пункт, бытовые помещения (столовая, красный уголок), пожарное депо, помещение для сторожевой охраны, водопровод и канализация, электросеть, телефонная сеть, административные здания (контора и др.), поселок. Размещение цехов, зданий и сооружений на промышленной площадке определяется последовательностью этапов технологического процесса. Склады сырья, пиломатериалов и готовой продукции располагаются на обособленных площадках, у путей, по которым вывозится готовая продукция. Склад готовой продукции чаще всего устраивают в отдельном здании, реже в одном здании с цехом, выпускающим готовую про- дукцию. Он должен быть рассчитан на хранение десятидневного запаса готовой продукции. 3. Технологические схемы и состав оборудования на складах сырья Для складов сырья создано такое оборудование, как: сортировочные линии БС-60, козловые краны ККЛ-8, ККЛ-12,5, ККЛ-32, колесные погрузчики ЛТ-142-12,5 и ЛТ-142-25, разборщики пучков бревен ЛТ-80, устройство для разворота бревен ЛТ-90. Созданы различные типы око- рочных станков ОК-40-1, ОК63-1, ОК80-1 и ОКЮО-1. В качестве грузоподъемного оборудования применяются мостовые и башенные краны. При разработке технологического процесса, выборе оборудования и его планировке обращают внимание на вид и состав доставляемого сырья, способ его доставки, объем производства, территориальные и климатические условия. На рисунке 1 приведена планировка оборудования для склада сырья с годовым объемом распиловки сырья до 160 тыс. м 3 в год при доставке его железнодорожным транспортом. Вагоны с пиловочным сырьем подаются на железнодорожный тупиковый путь 11. Выгруженные башенным краном КБ-572 бревна укладываются в штабеля 9, в которых создается двух-, трехнедельный запас несортированного сырья. Рис. 1. Технологическая схема склада с объемом сухопутной поставки сырья до 160 тыс. м 3 в год: 1, 8 – разборщики пучков бревен; 2 – штабель операционного запаса бревен; 3 – сортировочный лесотранспортер; 4 – поперечный конвейер с механизмом загрузки; 5 – окорочный станок; 6 – устройство для групповой подсортировки бревен; 7 – разворотное устройство; 9 – штабель несортированных бревен; 10 – башенный кран; 11 – железнодорожный тупиковый путь Из этих штабелей бревна подаются в линию для подготовки сырья к распиловке, которая включает разборщик пучков бревен 8, разворотное устройство 7 (ЛТ-90), устройство 6 для подсортировки бревен перед окоркой, два окорочных станка 5, поперечный конвейер 4 и сортировочный лесотранспортер 3 (БС-60). Окоренные и сортированные бревна вторым башенным краном укладываются в штабеля операционного запаса 2, а после накопления объема, равного полусменной производительности лесопильного потока, через разборщик 1 подаются в распиловку. В этой схеме предусматривается установка для антисептирования (химической защитной обработки) окоренных бревен малоходовых размеров, которые накапливаются в нужном объеме медленно (более 7 сут.). Эта установка сооружается в конце сортировочного лесотранспортера 3 перед последним его накопителем. Проходящие через установку бревна опрыскиваются раствором антисептика, который предохраняет их от повреждений на период хранения в окоренном виде (до распиловки). Схема склада с водной поставкой пиловочного сырья мощностью до 400 тыс. м 3 в год показана на рисунке 2. Выгрузка сырья производится двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 30 т. В летний период пучки бревен мостовыми кранами 1 подаются на участок тепловой обработки 2, а затем на разборщики пучков бревен 3 и далее с помощью продольных лесотранспортеров направляются в окорочные станки 6. После окорки бревна поступают на сортировочный лесотранспортер 8 (БС60-2) с двусторонним сбросом, управление которым осуществляется из операторской 7. Колесные челюстные погрузчики 9 (ЛТ-163) укладывают сортированные бревна в штабеля 10 межнавигационного запаса или на разборщик пачек бревен И, с которого бревна поступают на разворотное устройство 12 (ЛТ-90) и вершинным торцом вперед подаются в лесопильный цех 13. Рис. 2. Технологическая схема склада сырья с водной поставкой пиловочника объемом до 400 тыс. м 3 в год: 1 – мостовой кран; 2 – участок тепловой обработки бревен; 3, 11 – разборщики пучков бревен; 4 – приводная станция; 5 – транспортная тележка; 6 – окорочный станок; 7 – операторская; 8 – лесотранспортер; 9 – погрузчик; 10 – штабель операционного запаса; 12 – разворотное устройство; 13 – лесопильный цех; 14 – козловой кран; 15 – штабель межнавигационного запаса В штабеля 15 межнавигационного запаса бревна укладываются тремя козловыми кранами 14 (ККЛ-8). Для этого мостовые краны подают сплавные пучки на транспортные тележки 5 с приводной станцией 4, которые транспортируют их к соответствующим козловым кранам, а последние с помощью грейферов разгружают тележки и укладывают бревна в штабеля. При разборке этих штабелей в зимнее время бревна пачками грузят на транспортные тележки, доставляющие их к участку выгрузки мостовыми кранами. Мостовые краны подают бревна на участок тепловой обработки, откуда после оттаивания бревна поступают в линию окорки и сортировки. В дальнейшем бревна подготавливаются к распиловке, как и летом, и подаются в цех на распиловку. Лекция 16. «Переработка отходов деревообработки» Одним из способов переработки отходов деревообработки является производство топливных брикетов и гранул, а также производство композиционных древесных материалов. Сырьем для производства прессованных и композиционных материалов являются любые древесные отходы. На выбор технологического процесса прессования древесных отходов влияют влажность и крупность материала. Прессованию поддается сырье влажностью 6—12%. При изготовлении брикетов и гранул необходимо соблюдать не только определенную влажность прессуемых частиц, но и их крупность. Например, при прессовании опилок получаем высокое качество брикетов или гранул. При измельчении кусковых отходов в брикетирующую массу крупность ее частиц должна быть не более 1,0 мм (объем частиц крупностью 1—5 мм — не более 25%). Брикеты по своей форме бывают шашечные и брусковые. Шашечные брикеты имеют сплошное сечение определенной формы (по форме матрицы) размером от 20 х 20 до 100 х 100 мм. Толщина их бывает от 20—30 мм до 100 мм. Плотность этих брикетов находится в пределах 650— 1000 кг/м 3 . Изготавливают шашечные брикеты на штемпельных (матричных) прессах периодического действия. Брусковые брикеты имеют продольное сквозное отверстие диаметром 13—22 мм. Форма сечения может быть круглая, квадратная, шестигранная. Размеры сечения — от 30 х 30 мм до 90 х 90 мм, длина бруска — от 30 до 1000 мм. Изготавливают эти брикеты на шнековых прессах (экструдерах). Плотность брикетов находится в пределах 1000- 1400 кг/м 3 . В шнековых прессах наименьшее давление — 100 МПа, оптимальное — 150-200 МПа при влажности прессуемого материала 6—12%. Калорийность брикетов определяется их плотностью и влажностью. С повышением влажности калорийность снижается. Например, при влажности 30-40% калорийность составляет 2500—2700 ккал/кг, а при влажности 6—12% она равна 4500—4 700 ккал/кг. Технологии подготовки древесного сырья для изготовления топливных брикетов. Подготовка древесного сырья для производства топливных брикетов включает в себя следующие технологические операции: измельчение древесного сырья; сортировка измельченной древесной массы; сушка измельченной древесной массы. Измельчение древесного сырья. Для использования разноразмерных кусковых древесных отходов в производстве брикетов их необходимо измельчить. В зависимости от объемов кусковых отходов, их соотношения к опилкам, образующимся на предприятии, и планируемого задания по выпуску брикетов технология измельчения бывает: 1) одностадийная — измельчение кусковых отходов в мелкую древесную массу (опилки), пригодную для прессования; 2) двухстадийная — на начальном этапе кусковые отходы измельчают в щепу или дробленку, а затем их доизмельчают в опилки. Одностадийная технология может быть применена на предприятиях с годовым выпуском до 3 тыс. тонн брикетов, где имеются опилки и небольшие объемы кусковых отходов, так как известные измельчители кусковых отходов в мелкую древесную массу имеют небольшую производительность. Двухстадийная технология позволяет организовывать производство брикетов в более крупных масштабах. В данном случае кусковые отходы измельчают на щепу (дробленку), а затем доизмельчают в опилки. Для этих целей используются высокопроизводительные рубильные машины и измельчители. Для измельчения кусковых древесных отходов на щепу используются рубильные машины барабанного и дискового типа. Для измельчения короткомерных древесных отходов используются рубильные машины с наклонной загрузкой. Длинномерные отходы измельчают в машинах с горизонтальной загрузкой (подачей). Сортировка измельченной древесной массы. Измельченная древесная масса и опилки от различного деревообрабатывающего оборудования имеют неоднородный состав по крупности (в опилках находятся разные кусковые отходы и пр.). В связи с этим требуется произвести их разделение — сортировку по фракциям (очистить от крупных включений). Сортирующие машины можно разделить на четыре группы: механические, пневматические (воздушные), гидравлические и магнитные. Машины для механической сортировки снабжены ситами, решетками, колосниками. Их используют для разделения сыпучего материала на две или несколько фракций, различающихся по крупности. Число фракций зависит от количества сит, через которые был пропущен материал. Машины для пневматической сортировки основаны на принципе отделения в воздушном потоке: частицы выпадают под влиянием сил тяжести, центробежных сил или совместного действия тех и других. Машины гидравлической сортировки материалов по крупности основаны на различных скоростях падения частиц неодинаковой величины и удельного веса, находящихся во взвешенном состоянии в водной среде. Магнитные сортировки служат для отделения от материала металлических примесей. Для сортирования измельченной древесины применяются механические сортировки, которые разделяются на следующие типы: плоские, вибрационные, гирационные и барабанные. Наиболее широко распространены гирационные сортировки. Принцип работы сортировочных установок основан на механическом колебании каскада сит, причем колебания происходят с определенной частотой и амплитудой в горизонтальной плоскости. К таким сортировкам относятся напольные или подвесные гирационные установки, так как доступ к узлу привода и опорам ограничен. Сушка измельченной древесной массы. Установки для сушки измельченной древесины непрерывного действия работают при атмосферном давлении (конвективные). В зависимости от способа перемещения материала, сушилки бывают механические, пневмомеханические и пневма- тические. Сушилки с механическим перемещением (тарельчатые, ленточные) уже не используются. В сушилках с пневмомеханическим перемещением опилки находятся в полу- взвешенном состоянии, скорость агента сушки меньше скорости витания частиц. В сушилках с пневматическим перемещением материал находится во взвешенном состоянии, скорость агента сушки выше скорости витания частиц. По виду агента сушки сушилки бывают газовые и воздушные (с паровым обогревом). Воздушные сушилки мало применяются в промышленности из-за низкой производительности. Наиболее широко распространены конвективные сушилки с пневмомеханическим перемещением опилок. Это сушилки в виде барабанов (вращающихся или неподвижных) горизонтального или вертикального исполнения. Более подробно работа сушильных камер рассмотрена в главе 6 данного учебного пособия. Средства для получения топливных брикетов. Основными средствами для получения топливных брикетов являются брикетировочные прессы. По способу формирования брикета брикетировочные прессы можно разделить на следующие группы: матричные, поршневые или штемпельные (циклического действия), винтовые (шнековые), вальцовые (непрерывного действия). К первой группе (матричные прессы) относится пресс марки Б-8320. Он широко распространен в торфодобывающей промышленности. Ранее такие прессы использовались и в лесной промышленности для брикетирования древесной коры. В прессах первой группы брикет формируется в сплошной матрице возвратно- поступательным движением поршня — брикет приобретает форму матрицы. Производительность в данном случае зависит от продолжительности цикла прессования. Ко второй группе относятся прессы с матрицей и пуансоном (поршнем), прессы штемпельного типа. Прессы этой группы изготавливают брикеты в виде цельного цилиндра диаметром 30—80 мм и длиной 20-200 мм. Внутреннего отверстия в этих брикетах нет, поэтому брикеты плохо горят (нет доступа кислорода во внутренние его части). Сами брикеты непрочные, плотность их находится в пределах 650—900 кг/м. В прессах второй группы брикет формируется враземной матрице в результате создаваемого давления и возникающего трения. Процесс прессования происходит скачкообразно в камере, имеющей цилиндрическую форму, переходящую в конусную. Производительность пресса зависит от диаметра поршня и числа ходов. Такой способ брикетирования позволяет прессовать измельченные деревянные ящики, поддоны, опалубку. Металлические и минеральные примеси отделяются в специальных устройствах. К третьей группе относятся прессы непрерывного действия с винтовым (шнековым) рабочим органом и многопрофильным подогреваемым каналом матрицы. Такие прессы выпускаются как за рубежом, так и в нашей стране. В прессах третьей группы брикет формируется способом непрерывного прессования винтовым рабочим органом (коническим шнеком) в обогреваемой матрице (температура нагрева — 200-350 °С). Производительность определяется диаметром матрицы, числом оборотов и шагом витков шнека. К четвертой группе относятся прессы, где древесное сырье уплотняется между вращающимися вальцами со специальным углублением, придающим форму брикету. Наиболее широко применяются поршневые (штемпельные) и винтовые (шнековые) прессы. На рисунках 1 и 2 показаны схемы таких прессов. В штемпельных прессах (рис. 1) материал поступает камеру 1 и при движении поршня 2 проталкивается в матрицу 4, затем поршень возвращается назад и проталкивает следующую порцию материала и так далее, пока пространство в матрице полностью не заполнится. Рис. 1. Пресс штемпельный: 1 – камера загрузочная; 2 – пуансон; 3 – корпус; 4 – матрица После этого начинается процесс прессования. Давление от поршня передается на исходную массу, и происходит выталкивание брикета. Толщина брикета в данном случае зависит от объема камеры. По длине матричный канал сужается, и за счет этого происходит поперечное уплотнение брикетов. Давление прессования зависит от сил сопротивления трения в матричном канале, поэтому оно не является постоянным. Удельное усилие прессования достигает величины 1000—1 300 кг/см, число ходов поршня — 60-90 в минуту. Поверхность брикетов под влиянием температуры покрывается блестящей глянцевой коркой. Вследствие разности температуры по сечению брикета в брикете на выходе из пресса появляются внутренние напряжения, а так как ограничений пространства, в котором находился брикет, больше нет, то происходит быстрое упругое расширение горячего брикета, что приводит к появлению глубоких трещин. Для получения прочного брикета штемпельные прессы, кроме водяного охлаждения, оснащаются специальными охладительными желобами. Охлаждение брикетов при продвижении по желобу приводит к снятию внутренних напряжений, а механическая прочность брикета при этом увеличивается. В шнековых прессах (рис. 2) исходная смесь проходит в загрузочном окне 1 через ворошитель 2 и ссыпается в камеру 3. В камере 3 расположен вращающийся подающий шнек 4 цилиндрической формы. Рис. 1. Пресс шнековый: 1 – загрузочное окно; 2 – ворошитель; 3 – камера; 4 – шнек цилиндрический; 5 – шнек конической; 6 – канал матрицы; 7 – коническая втулка; 8 – втулка; 9 – нагревательные элементы; 10 – термопара К этому шнеку примыкает конический прессующий шнек. 5, свободный конец которого входит в канал матрицы. Рабочий канал матрицы б состоит из конической части (втулки) 7 (на входе), переходящей в цилиндрическую или квадратную (две втулки) часть 8 (на выходе). По мере заполнения камеры 3 шнек 4 подает исходную сухую смесь в коническую часть канала матрицы, где происходит ее прессование, и выдавливание в цилиндрическую часть канала. Усилия от прессующего 5 шнека действуют в осевом направлении (горизонтальная плоскость) и в вертикальной плоскости. Эти усилия уплотняют смесь по всему сечению. Коническое исполнение хвостовика прессующего шнека также способствует повышению плотности брикета. В некоторых моделях прессов хвостовик цилиндрического исполнения, что приводит к снижению качества брикетов. Величину конусности шнека и втулки выбирают с учетом коэффициента трения древесины по металлу. Оптимальный угол конуса находится в пределах 6-12°. В конической части канала матрицы происходит формирование плотности брикета. Давление достигает 1500— 2100 кг/см 2 . На коническую поверхность втулки 7 канала матрицы действуют большие усилия, вследствие чего возникают силы сопротивления в виде сил трения. Для уменьшения сил трения канал матрицы находится в постоянно нагретом состоянии. Образование брикета и перемещение его по матричному каналу связано со значительными тепловыделениями. Брикеты на выходе из матрицы имеют температуру 80-90 С. Температура нагрева матрицы устанавливается для каждого режима прессования, который зависит от породы древесины, крупности и влажности частиц, наличия коры и пр. Величина этой температуры находится в пределах 200—350 °С. Поэтому наружная поверхность брикета приобретает блестящий коричневый цвет. На поверхности образуется защитный гидрофобный слой (поверхность обуглена). Науглероженный (обугленный) слой является своего рода смазкой и способствует более легкому проталкиванию брикета внутри матрицы. Под действием высокого давления и температуры в камере прессования выделяются газы (испаряется часть влаги, происходит выделение лигнина и пр.). Выделяемые газы удаляют с помощью вытяжки. Из матрицы брикет выходит непрерывной лентой и поступает на делительное устройство, где формируется длина брикета. Если в технологии предусмотрена распиловка и обрезка торцов брикетов, то лента может иметь длину до 1 200 мм. Полученные брикеты или ленты складируют для остывания «ряд через ряд» на 2 часа. Затем брикеты расфасовывают в отдельные пакеты весом 6—8 кг и отправляют на склад (ленты предварительно подаются к торцовочному станку, где их распиливают на мерные отрезки). Композиционные древесные материалы. Современные технологии позволили создать из древесных отходов такой композиционный материал, как экологически чистая древеснонаполненная пластмасса (ЭДНП), или древопласт. Исходным материалом для получения ЭДНП служат древесные опилки и другие отходы древесно-растительного происхождения. В качестве полимерного связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен) и их отходы. Производство изделий из ЭДНП осуществляется методом прессования или экструзии. Механические свойства материала с высоким содержанием древесины аналогичны плитам МДФ или ДВП, а с малым ее содержанием аналогичны свойствам пластмассы. Древопласты обладают стойкостью к неблагоприятным воздействиям внешней среды (ультрафиолетовому излучению, влаге, воде, минеральным растворам), устойчивы к воздействию микроорганизмов и насекомых. Материал обрабатывается так же, как и древесина. Некоторые древесно-полимерные композиты можно сваривать подобно пластмассе. Профили из этих материалов могут комбинироваться с металлическими или стеклопластиковыми профилями (полосами, трубами, уголками, таврами и т.п.) для создания прочных конструкций. Технологический процесс производства древесно-полимерных композитов состоит из следующих операций: 1) измельчение древесины; 2) при необходимости сушка измельченной древесины; 3) дозирование компонентов; 4) смешивание компонентов, грануляция; 5) экструзия; 6) торцовка по длине и деление по ширине; 7) укладка. Производство древопластов отличает низкая себестоимость. Используемое оборудование компактно, и для его размещения не нужны большие площади. Линия по производству древопластов является автоматической, и ее обслуживает один человек. Комплектация производства осуществляется па базе оборудования по переработке пластмасс экструзией или прессованием при незначительном объеме нестандартного оборудования. |