Режим поступления и отгрузки древесины

Задания для выполнения практической работы

1) Разработать структурную схему технологического процесса нижнего лесопромышленного склада.

2) Определить запасы сырья и готовой продукции, объем отходов на складе. Построить интегральный график режима работы склада.

3) Определить объем штабеля сырья и готовой продукции, число штабелей.

4) Разработать схему расположения подъемно-транспортного оборудования на участках разгрузки и создания запасов сырья, штабелевки и отгрузки готовой продукции.

5) Вычислить показатели работы нижнего лесопромышленного склада.

Кабельные краны

 

Натяжение несущего каната. Схема кабельного крана представлена на рис.2.4. Натяжение несущего каната (рис.2.5) определяют с учетом его нагрузки: равномерно распределенной от собственного веса и сосредоточенной от веса тележки с грузом. Тележка с грузом находится в точке с на расстоянии x от опоры а. Натяжение каната в точке а равное z разложим на вертикальную v и горизонтальную h составляющие. При определении влияния собственного веса несущего каната длину линии авс принимаем приблизительно равной ав, соединяющей вершины мачт, т.е. полагаем, что авс l, где l - расстояние по горизонтали между точками крепления несущего каната к опорам.

 

Рис.2.4. Схема кабельного крана

Рис. 2.5. Расчетная схема к определению натяжения
несущего каната

 

Для определения вертикальной составляющей v составим уравнение моментов всех сил относительно точки в:

, (2.14)

где вес равномерно распределенной нагрузки от собственного веса, приходящийся на 1 пог. м. несущего каната, Н/м; q - сосредоточенная нагрузка, приходящаяся на один несущий канат, Н.

Для кабельного крана с двумя несущими канатами, учитывая, что вес поднимаемой пачки неравномерно распределяется между ними, q =0,6, ; где вес грузовой тележки, Н; вес подвижной части полиспаста с захватным устройством, Н.

Для определения горизонтальной составляющей н рассекаем канат в точке с, отбрасываем правую часть, заменив ее условным натяжением и рассматриваем условие равновесия левой части несущего каната:

, (2.15)

где провес несущего каната на расстоянии x от левой опоры, м.

 

Расчет ведем для наиболее нагруженного сечения каната.

Горизонтальная составляющая h будет иметь максимальное значение, когда тележка с грузом находится в середине пролета, при этом и , где максимальная стрела провеса.

Принимая , где отношение максимального провеса несущего каната к пролету, получим

. (2.16)

Вертикальная составляющая v при нахождении тележки посредине пролета определяется из выражения

. (2.17)

Полное натяжение несущего каната определяется по формуле:

. (2.18)

Коэффициент запаса при выборе несущего каната принимается равным 3,5.

Натяжение грузоподъемного каната. Натяжение грузоподъемного каната определяется по формуле:

, (2.19)

где кратность полиспаста; кпд блока; m1 - число блоков, огибаемых грузоподъемным канатом и вращающихся при подъеме груза.

По подбирается сечение грузоподъемного каната. Коэффициент запаса прочности принимается равным 5.

Мощность для подъема груза кабельным краном определяется по формуле:

, (2.20)

где число несущих канатов на кабельном кране; скорость подъема груза, м/с; кпд передач от двигателя к грузоподъемному барабану лебедки крана.

Натяжение тягового каната. Натяжение тягового каната складывается из усилий , и .

Усилие , необходимое для преодоления сопротивления трения тележки при ее движении с грузом на подъеме под углом , равно

, (2.21)

где коэффициент трения скольжения в опорах катков тележки (0,1 - при бронзовых втулках; 0,01…0,15 - при шариковых подшипниках); и диаметры ходового колеса тележки и его оси, м; коэффициент трения качения катка тележки по несущему канату (для канатов открытой конструкции 0,0005…0,0006 м; для канатов закрытой конструкции 0,0003….0,0004 м); угол между касательной к несущему канату в месте нахождения тележки и линией, соединяющей вершины мачт.

Усилие монтажное натяжение, придаваемое тяговому канату, чтобы он провисал под влиянием собственного веса не больше, чем несущий канат. Усилие может быть определено по формуле:

, (2.22)

где вес 1 п. м тягового каната, Н/м.

Усилие возникает в тяговом канате вследствие сопротивления трения в блоках движущейся тележки, которые перекатываются по грузоподъемному канату.

Расчетная схема четырехкратного полиспаста приведена на рис. 2.6.

 

Рис. 2.6. Расчетная схема к определению натяжения
тягового каната

 

Если тележка движется вправо, определяется как разность между натяжением сбегающей и натяжением набегающей ветви грузоподъемного каната:

. (2.23)

Груз подвешен на четырех ветвях грузоподъемного каната, поэтому

. (2.24)

Так как ; и , то, подставляя их значение в выражение (2.24) и решая его относительно , получим

. (2.25)

По натяжению тяговый канат рассчитывается на прочность. Коэффициент запаса прочности принимается равным 4.

Мощность для передвижения тележек кабельного крана определяется по формуле:

, (2.26)

где число блоков, огибаемых тяговым канатом на участке между тележкой и лебедкой; скорость движения тележек, м/с; КПД передач от двигателя к тяговому барабану лебедки крана.

В формуле (2.26) при определении , и необходимо учитывать, что вес груза входит полностью, а , и умножаются на число несущих канатов.

Если подъем и передвижение груза могут производиться одновременно, общая потребная мощность определяется по формуле:

. (2.27)

Расчет размеров мачт и крепящих их растяжек. Для расчета размеров мачт и крепящих ее растяжек рассматриваем усилия, действующие на вершину одной из мачт (рис.2.7); при этом учитываем натяжение растяжек и несущего троса, а также грузоподъемного и тягового тросов, огибающих направляющие блоки, закрепленные на вершине и у основания мачты.

Рис.
2.7. Расчетная схема к определению усилия в мачте и натяжения в крепящих растяжках

 

Проецируя все силы на вертикальную и горизонтальную оси и приравнивая суммы проекций нулю, получаем:

, (2.28)

, (2.29)

где усилие в мачте, Н; суммарное натяжение растяжек, Н; угол наклона проекции растяжек на вертикальную плоскость, проходящую через несущий канат.

Из приведенных уравнений имеем:

, (2.30)

. (2.31)

По усилию т определяется сечение растяжек. При определении диаметра троса для растяжек запас прочности принимается равным 3…3,5. Если мачта удерживается двумя растяжками, усилие, приходящееся на одну растяжку, определяется по формуле:

, (2.32)

где угол между растяжками (в плоскости растяжек).

Мачта рассчитывается на продольный изгиб.

Высота мачты кабельного крана определяется по формуле:

, (2.33)

где наибольшая высота нагруженной единицы подвижного состава (или штабеля), м; l - длина стропов или высота грейфера, м; с - расстояние от несущего каната до поднятого грузоподъемного крюка, м; запас, приблизительно равный 0,5 м.

Задания для выполнения практической работы.

1) Определить натяжение несущего, грузоподъемного и тягового канатов кабельного крана.

2) Определить мощность необходимую для подъема груза кабельным краном.

3) Определить мощность необходимую для передвижения тележек кабельного крана.

4) Рассчитать размеры мачт и крепящих их растяжек.

 

 

2.3. Раскряжевочные установки
с продольным перемещением хлыста

 

Раскряжевочные установки с продольным перемещением лесоматериалов могут иметь различные варианты конструктивных решений. Принципиальное содержание их следующее: устройства для продольного перемещения распиливаемых лесоматериалов, пильный механизм, механизм надвигания (подачи) пилы и возврата ее в исходное положение, система отмера длин отпиливаемых отрезков, различные типы механизмов для удержания лесоматериалов и отпиливаемых отрезков в процессе пиления, исключения зажима пилы в пропиле, сброса отпиленных отрезков, системы управления работой установки и т.п. Как правило, эти установки реализуют индивидуальный метод раскроя хлыстов, в редких случаях – программный и обезличенный методы.

Составляя принципиальную схему раскряжевочной установки, необходимо привести спецификацию ее основных узлов и механизмов. После краткого описания принципа работы установки в целом следует дать характеристику каждого узла и механизма, возможные варианты технических решений. Например, пильный механизм: маятниковая, балансирная, штанговая или цепная пила. Назначение – поперечная распиловка лесоматериалов, подача производится сверху вниз или снизу вверх.

Наибольшее распространение в пильных механизмах получили круглые пилы. Перед началом расчетов необходимо привести рисунок общего вида круглопильного механизма (рис.2.8).

Рис.2.8. Схема пильного механизма

 

Рис.2.9. График потребления мощности раскряжевочной установкой

 

Пример графика для числа перемещений хлыста перед каждым пропилом n_p=5 приведен на рис.2.9. Время отдельного продольного перемещения перед каждым пропилом t_п может быть определено как частное от деления на n_p. Суммарное время на один пропил складывается из времени, затрачиваемого непосредственно на пиление t_р, и времени на вспомогательные операции t_в.

Задания для выполнения практической работы

1) Составить принципиальную схему раскряжевочной установки, описать ее работу.

2) Рассчитать параметры пильного механизма.

3) Определить технологические параметры раскряжевочной установки, построить график потребления мощности раскряжевочной установкой.

 

2.4. Раскряжевочные установки
с поперечным перемещением лесоматериалов

Раскряжевочные установки с поперечным перемещением лесоматериалов делятся на слешеры и триммеры с пилением движущегося и неподвижного хлыста. Слешеры включают в свой состав пильный и подающий механизмы, устройство для ориентирования хлыста относительно пил и системы управления. Слешеры распиливают все хлысты по одной схеме раскроя и реализуют обезличенный метод раскроя. Триммеры с пилением движущегося хлыста в отличие от слешеров имеют еще механизм введения пил в работу. Схема раскроя будет зависеть от количества пил и их последовательности при раскряжевке того или иного хлыста. Пилы могут участвовать в пилении в любом сочетании друг с другом, при этом применяется программный метод раскроя. Триммеры с пилением неподвижного хлыста, кроме этого, имеют механизм зажима хлыста при пилении и сбрасывании отпиленных сортиментов, используют программный метод.

При расчете параметров раскряжевочных установок с поперечным перемещением лесоматериалов первоначально считаем, что шкивы пильных валов вынесены за пределы слешерной установки и их диаметр не влияет на выбор диаметра круглых пил. В этом случае диаметр пильного диска

, (2.55)

где d – максимальный диаметр распиливаемых хлыстов и бревен, м; Н_п – расстояние от центра пильного диска до поверхности направляющих, по которым перемещаются хлысты и бревна (рис.2.10, a), м: Н_п ; e₁ – запас на износ пилы при ее заточке: e₁=0,10÷0,15 м; a₃ – запас на кривизну ствола, закомелистость, наплывы и пр., м: a₃=0,02÷0,03.

Диаметр пилы уточняется по ГОСТ 980-69 (табл. П.6.5). По данному диаметру, как и для раскряжевочной установки с продольным перемещением хлыстов, определяются толщина пильного диска S, число зубьев Z, шаг зубьев t, высота зубьев h, радиус межзубовых впадин r, ширина пропила B, диаметр шкива d₁= , диаметр прижимных шайб d₂= .

Если шкивы прижимных валов находятся под площадкой слешера, то расстояние от центра пильного диска до направляющих должно быть больше половины диаметра шкива, чтобы исключить трение обода шкива о настил площадки слешера, т.е. Н_п .

б)

а)

 

Рис.2.10. Схемы для определения: а - диаметра пильного диска; б - пути,

проходимого бревном или хлыстом при пилении

 

При пилении (от начала пропила до полного распиливания) бревно или хлыст проходит путь (рис.2.10, б)

, (2.56)

где – расстояние по вертикали между центрами пильного диска и бревна:

Расстояние между крюками подающего транспортера должно быть в 1,5÷2,0 раза больше максимального диаметра бревна или хлыста, чтобы хлысты и бревна с некоторой кривизной укладывались в ячейку, образованную двумя смежными рядами крюков. В то же время следующее бревно должно быть окончательно распилено данной пилой. Расстояние между крюками кратно шагу цепи t_ц. Эти условия можно представить в следующем виде:

(2.57)

где n₂ – число звеньев цепи между смежными крюками (любое целое число).

По этим формулам при известных параметрах цепи, L_п и D рассчитывается расстояние между крюками и числом звеньев между смежными крюками. Параметры цепи, в частности шаг t_ц, выбираются по условному типу цепи из табл.П.6.6.

Число цепей подающего транспортера определяется из условия, что каждый выпиленный сортимент должен опираться не менее, чем на две цепи, т.е.

, (2.58)

где n_п – число пил на слешере.

Для равномерной загрузки привода слешера необходимо, чтобы моменты вступления в работу отдельных пил были сдвинуты по времени друг относительно друга. Это положение соблюдается, если смежные валы располагаются один от другого на расстоянии

, (2.59)

где m – любое целое число, включая ноль.

Расстояние между смежными валами, у которых пильный диск одного вала может пересекать другой вал (рис.2.11, а), должно соответствовать условию

, (2.60)

где d_в – диаметр пильного вала: d_в =0,08÷0,10 м; C₁ – запас между режущей кромкой пильного диска и валом: C₁=0,012÷0,015 м.

В этой связи расстояние между пильными валами, определенное по формуле (2.59), при необходимости следует проверять по условию (2.60). На рис.2.11, б показан пример рационального расположения пильных валов. Расстояние между пильными валами 1 и 2 путем подбора m выбиралось в соответствии с условием (2.60). Расстояние между валами II и III не требует проверки, так как пильный диск любого из этих валов не пересекает другой вал, поэтому можно принять m=0. Расстояние между валами III и IV должно быть таким, чтобы пильный диск IV-го вала не пересекал II вал, т.е. нужно учесть расстояние между валами II и III. В такой последовательности рассчитывается расстояние между валами для слешеров с любым количеством пил.

б)

а)

Рис.2.11. Расчетные схемы слешера:

а – определение расстояния между пильными валами;

б – рациональное размещение пильных валов

 

Усилие резания Р_р , Н, определяется по формуле (2.37). Значение удельной работы резания К и скорости резания находится соответственно из выражений (2.41) и (2.42). Окружную скорость пильных валов ω следует принять равной окружной скорости пильного вала раскряжевочной установки с продольным перемещением хлыстов. Скорость цепей подающего транспортера будет представлять собой скорость подачи u.

Мощность N_p, расходуемая на пиление одной пилой, находится по формуле (2.51). Мощность, расходуемая на пиление слешерной установкой,

, Вт, (2.61)

где – коэффициент одновременности работы пил слешера. При рациональном размещении пильных валов с использованием выражения (2.59)

. (2.62)

Производительность слешера может быть подсчитана по формуле

, м³/см, (2.63)

где φ₁ – коэффициент использования времени смены: φ₁=0,80; φ₂ – коэффициент загрузки крючьев подающих цепей: φ₂=0,60÷0,80; V – средний объем одного бревна или хлыста, м³.

Задания для выполнения практической работы

1) Составить принципиальную схему слешерной установки, описать ее работу.

2) Выполнить расчет пильного механизма пильного механизма.

3) Определить параметры подающего цепного транспортера, размещение пильных валов.

4) Определить технологические параметры слешера.

 

 

Окорка лесоматериалов

 

На лесных складах окорке подвергают следующие лесоматериалы: балансы; рудстойку; низкокачественную древесину и кусковые отходы перерабатываемые на технологическую щепу; бревна пиловочные, тарные и шпальные кряжи, подлежащие продольной распиловке на лесном складе; шпалы, выпиленные из неокоренных шпальных кряжей.

Рис.2.13.
Ротор станка ОК-35К:

1 - кольцо ротора; 2 - стаканы; 3 - коросниматели; 4 - шкив; 5 - проволочный подшипник; 6 - наружная обойма; 7 - регулировочное кольцо; 8 - стопорный винт; 9 - проволочное кольцо; 10 - шарики; 11 - внутренняя обойма; 12 - грязеотражающее кольцо

 

Ротор окорочного станка ОК-35К представлен на рис.2.13. Для высокого качества окорки и снятия коры со всей поверхности окариваемого кряжа необходимо, чтобы траектории, описываемые каждым скребком на поверхности кряжа, перекрывали друг друга. Скорость подачи кряжа (м/с) определяют по формуле:

, (2.74)

где угловая скорость ротора, с^-1; число одноименных короснимателей на роторе; ширина скребка, м; коэффициент перекрытия.

В обычных условиях принимается равным 2; при окорке мерзлой древесины без оттаивания величина коэффициента перекрытия должна быть доведена до 3 - 5.

Мощность (вт), необходимую для приведения в действие короснимающего механизма, определяют по формуле:

, (2.75)

где сила сопротивления окорке на одном короснимателе, Н; скорость окорки, м/с; вес ротора, Н; коэффициент трения в подшипнике ротора; окружная скорость подшипника ротора, м/с; кпд передачи от двигателя к ротору.

Скорость окорки определяют из выражения , где окружная скорость короснимателя. В связи с тем, что величина во много раз превышает , практически можно считать что ; следовательно, , где диаметр окариваемого кряжа, м.

Окружная скорость подшипника ротора равна , где диаметр подшипника ротора, м.

Сила сопротивления окорке (Н) на одном короснимателе состоит из усилия, затрачиваемого на отделение коры и силы трения:

, (2.76)

где ширина полосы коры, снимаемой одним короснимателем, м; линейное сопротивление окорке на 1 м ширины снимаемой полосы коры, Н/м; усилие прижима короснимателя к поверхности кряжа, Н; коэффициент трения короснимателя о древесину (0,18….0,2).

Величину (м) определяют по формуле:

. (2.77)

Величина зависит от состояния древесины, породы и (рис. 2.14) или в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Удельное сопротивление k_О при окорке свежесрубленной
еловой древесины тупыми короснимателями на роторных окорочных станках, кН/м

Ширина полосы коры, снимаемой короснимателем, 10^-3 м
, кН/м	5,79	4,87	4,22	3,92	3,73	3,53

Примечание. При окорке сосны вводится поправочный коэффициент =0,7…0,8. Поправочный коэффициент принимается при окорке сплавной древесины 1,1…1,2; полусухой - 1,6; мерзлой - 5,5. Коэффициент трения короснимателя о древесину 0,2.

В роторных окорочных станках наиболее распространены вальцовые подающие механизмы. Они бывают трех- и четырехвальцовые.

Для надежного захватывания подаваемого кряжа вальцами и саморазведения вальцов их диаметр d_в должен удовлетворять следующему неравенству:

,

где наибольший диаметр окариваемых кряжей, м; расстояние между образующими сведенных вальцов (всегда меньше наименьшего диаметра окариваемого кряжа), м.

Вальцы на станке расположены до ротора (подающий механизм) и за ним (извлекающий механизм). От расстояния между подающими и извлекающими вальцами зависит минимальная длина кряжей, которые могут быть пропущены через окорочный станок. Подающие и извлекающие вальцы должны зажимать окариваемый кряж с такой силой, чтобы не допустить его вращения под действием усилий окорки. Это условие обеспечивается при соблюдении неравенства:

, (2.78)

где минимальное число вальцов, удерживающих наиболее короткий кряж; сила прижима вальца к окариваемому кряжу, Н; коэффициент сцепления вальца с кряжем; число короснимателей, взаимодействующих с кряжем; Р_р - сила сопротивления окорке на одном короснимателе, Н.

Отсюда можно найти необходимое усилие прижима вальца

. (2.79)

Кроме силы сопротивления окорке на коросниматель действует перпендикулярная ей сила сопротивления подачи (рис.2.15.):

, (2.80)

где угол подъема винтовой линии следа короснимателя на поверхности бревна.

Рис.2.15. Схема для определения сил сопротивления окорке

 

Мощность привода подачи определяют по формуле:

, (2.81)

где КПД передачи от двигателя к вальцам.

Производительность роторных окорочных станков (м³/ч) определяют по формуле:

, (2.82)

где скорость подачи кряжа, м/с; объем среднего кряжа, м³; коэффициент использования рабочего времени; коэффициент загрузки станка, учитывающий межторцовые разрывы.

Задания для выполнения практической работы.

1) Определить мощность, необходимую для приведения в действие короснимающего механизма.

2) Определить мощность привода и производительность роторных окорочных станков.

Задания для выполнения практической работы

1) Составить принципиальную схему механического колуна с указанием его основных узлов и описанием работы.

2) Определить усилия, возникающие при раскалывании лесоматериалов.

3) Рассчитать мощность привода механического колуна и его производительность.

2.9 Расчет пневмотранспортных установок

 

Расчет пневмотранспортной установки
всасывающего типа для транспортировки стружки

 

1. Необходимый расход воздуха м³/ч на участке 1-II (рис.2.19) определяется по формуле:

, (2.95)

где производительность цеха производства стружки, м³/ч; весовая концентрация смеси; объемный вес воздуха.

Скорость воздуха на горизонтальных участках в м/c определяется по формуле:

, (2.96)

где коэффициент, зависящий от устройств, снижающих скорость воздуха (для транспортных установок 1,05…1,1); относительная транспортирующая скорость воздуха (для стружки 1,17); объемный вес стружки. Н/м³; коэффициент, зависящий от вида транспортируемого материала (для стружки 9).

Рис.2.19. Схема пневмотранспортной установки:

1 - цех производства стружки; 2 - циклон; 3 - цех производства древесностружечных плит; 4 – вентилятор

 

Скорость воздуха на вертикальных участках должна быть несколько больше и определяется по формуле:

, (2.97)

где скорость витания частиц, м/c, т.е. Скорость воздушного потока в вертикальном трубопроводе, при которой частицы будут находиться в этом потоке во взвешенном состоянии.

, (2.98)

где толщина частиц, м; коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения частиц ( 0,9…1,1).

Диаметр труб на вертикальных участках определяется по формуле:

, (2.99)

и округляется до двух значащих цифр после нуля.

Для горизонтальных участков диаметр труб определяется по этой же формуле и . Вследствие малой протяженности горизонтальных труб, их диаметр можно принять равным диаметру вертикальных труб.

По расходу воздуха на участке 1-II подбирается циклон. Скорость воздуха на входе в циклон в м/c определяется по формуле:

, (2.100)

где , соответственно высота и ширина входного патрубка, м.

2. Далее определяются потери давления в Па на участке 1-II, которые состоят из потерь на входе воздуха в приемник, потерь на прямолинейных участках, потерь в коленях, потерь на подъем материала вверх и потерь давления в циклоне, то есть

(2.101)

где местное сопротивление на входе в приемник ( 1,2); опытный коэффициент (); общая протяженность участка 1-II, м; число горизонтально-вертикальных переходов; коэффициент сопротивления горизонтально-вертикального колена; число вертикально-горизонтальных переходов; коэффициент сопротивления вертикально-горизонтального колена; k^/ опытный коэффициент; протяженность вертикальных труб на участке 1-II, м; относительная скорость воздуха в вертикальных трубах ( 1,66); коэффициент сопротивления циклона ( 2,5).

Далее рассчитывается участок II-III, по которому движется чистый воздух. Расход его, с учетом подсоса воздуха через циклон и неплотности трубопроводов, будет на 10 % больше, чем расход воздуха на участке 1-II. Скорость воздуха на участке II-III следует принять на 10…20 % меньше скорости воздуха на участке 1-II и определить диаметр трубопровода. Полученное значение диаметра округляется до двух целых цифр после нуля и находится уточненное значение скорости воздуха на участке II-III.

Потери давления в Па на участке II-III складываются из потерь на прямолинейных участках, потерь в коленах и потерь на выходе, то есть

(2.102)

где число колен на участке; коэффициент сопротивления одного выхода ( 1,2); коэффициент сопротивления выхода ( 0,64).

Суммарные потери давления выхода по всей установке определяются по формуле:

. (2.103)

Расчетный напор вентилятора определяется по формуле:

. (2.104)

Мощность электродвигателя в Вт для привода вентилятора определяется по формуле:

, (2.105)