Схема производства фанеры

Лекция 6 Схема производства фанеры. Производство лущеного шпона Одна из характерных черт производства фанеры – относительная стабильность технологического процесса. В мировой практике наиболее установившимся можно считать технологический процесс, изображенный на рис. 9. Рис. 9 Схема технологического процесса производства фанеры (поставка сырья – в кряжах) Этот процесс предусматривает снабжение завода сырьем в кряжах. В настоящее время большинство заводов, изготовляющих фанеру, имеют в своем составе цехи древесностружечных плит, которые могут полностью использовать отходы, образующиеся при раскрое кряжей на чураки. Кроме того, при раскрое кряжей неизбежно получаются укороченные чураки, которые можно перерабатывать на высококачественный шпон малых форматов, пригодный для изготовления из него фанеры любых размеров. Наконец, принятой схемой предусмотрена окорка сырья в кряжах, что значительно удобнее по сравнению с окоркой чураков. Следовательно, эта схема наиболее рациональна с точки зрения комплексного использования высококачественного сырья, каким являются фанерные кряжи. В технологическом процессе изготовления фанеры возможны следующие изменения: 1. Операция гидротермической обработки кряжей может располагаться после операции их окорки. Такая последовательность позволяет несколько сократить время гидротермической обработки, избавиться от загрязнений бассейнов корой, но осложняет сам процесс отделения коры от древесины (особенно березовой) в зимнее время года. Поэтому окорка сырья до его гидротермической обработки может иметь место только на заводах, перерабатывающих хвойное и ольховое сырье. 2. В случае лущения древесины хвойных пород после операции раскроя ленты шпона на листы может быть предусмотрена подсортировка сырого шпона на заболонный и ядровый. Необходимость этого возникает вследствие большой разницы во влажности листов такого шпона и поэтому требуется их сушка при разных режимах для получения одинаковой конечной влажности. Подсортировка сырого шпона имеет место и при лущении березовой древесины, содержащей ложное ядро. 3. Технологическим процессом сушка шпона может предусматриваться в ленте сразу же после ее получения на лущильном станке, и тогда раскраиваться будет сухой шпон. Это позволит увеличить выход шпона на 2-3% за счет более точного раскроя ленты на листы. 4. При переработке сырья больших диаметров и, особенно, высокого качества, может оказаться экономически более выгодной вырезка участков ленты шпона, содержащих крупные дефекты. В этом случае из технологического процесса выпадает операция починки шпона и вместо нее добавляется операция ребросклеивания полос шпона в форматные листы. Такой технологический процесс характерен, например, для заводов США, Канады и ряда других стран. 5. В случае применения фенольных смол типа С-1, С-35, СБТ и др. в составе технологического процесса появляется дополнительная операция сушки смолы после ее нанесения на шпон. 6. При изготовлении высококачественной (авиационной) фанеры некоторых марок из технологического процесса выпадает операция нанесения клея, так как листы бакелитовой пленки, применяемой взамен жидкого клея, будут укладываться в пакеты во время сборки. 7. При лущении чураков, особенно имеющих большую сбежистость и кривизну, часть шпона получается в виде коротких и длинных кусков. Поскольку периферийная зона сечения чураков содержит наименьшее количество пороков древесины, переработка кусков в форматные листы экономически себя оправдывает. В этом случае к рассмотренному технологическому процессу добавляются следующие операции: а) длинные куски сушат, прирубают по ширине, подбирают по цвету и текстуре, ребросклеивают в форматные листы, которые затем подвергают сортировке; б) короткие куски прирубают по ширине, прирезают по длине, сушат, ребросклеивают в неформатные листы, которые затем заусовывают и склеивают по длине в форматные листы. 8. Если завод изготовляет большеформатную фанеру, то в приведенном ранее технологическом процессе могут быть некоторые изменения. Так, при отсутствии больших лущильных станков, которые позволяли бы изготовлять цельные наружные слои фанеры, последние можно получить из двух соединенных на ус листов шпона. В этом случае в технологический процесс добавляются операции заусовывания торцовых кромок форматных листов шпона и склеивание их в узкоплитном прессе. Большеформатная фанера может быть получена также соединением двух листов фанеры на мини-шипы или на ус. В первом случае в технологическом процессе должны быть предусмотрены три операции: формирование на торцовых кромках листов фанеры мини-шипов; нанесение клея на их поверхности; выдержка стыкованных листов под давлением. Подготовка сырья к лущению Состав технологического процесса подготовки сырья к лущению и последовательность операций зависят от вида сырья, его состояния и применяемого оборудования. Если сырье поставляется в кряжах, то подготовка их к лущению включает гидротермическую обработку, окорку и раскрой на чураки. При поставке сырья в чураках их гидротермически обрабатывают и окоряют. Окорка сырья Кору, содержащую вкрапления песка, удаляют для уменьшения затупления лущильного ножа, предохранения зазора между ножом и прижимной линейкой от забивания лубом и частицами древесины, а также для возможности использования шпона-рванины в производстве древесно-стружечных плит. Окорку выполняют на окорочных станках различного типа (ножевых или с тупыми короснимателями, гидравлических, пневматических) или на лущильных станках упрощенной конструкции. Принцип работы некоторых из указанных станков показан на рис.10. Рис. 10. Принципиальные схемы работы окорочных станков: а – удаление коры вращающимися резцами; б – то же, с помощью воды, подаваемой под большим давлением; 1 – окоряемый чурак; 2 – вращающиеся резцы; 3 – винтовой валик для продольного перемещения чурака; 4 – сопла; 5 – рифленый валик, вращающий чурак На рис. 10, а изображена схема работы роторного окорочного станка. Его режущая головка, представляющая собой кольцо, внутри которого находятся четыре-восемь самоцентрирующихся затупленных короснимателей (r > 0,5 мм), совершающих вращательное движение (n = 200– 500 об/мин). Скорость прохода древесины через ротор и=6–60 м/мин. Станки такого типа могут окаривать кряжи диаметром до 660 мм. Они интересны тем, что отделяют кору от древесины по камбиальному слою, сохраняя нетронутой более ценную для производства фанеры заболонную древесину. Качество окорки зависит от силы сцепления коры с древесиной: чем выше влажность древесины (W 50%), температура коры, тем меньше сила сцепления и, следовательно, выше качество окорки. На рис. 10, б изображена принципиальная схема гидравлического окорочного станка с неподвижными соплами. Вода, отделяющая кору от древесины, подается под давлением 4-8,5 МН/м2. Скорость подачи зависит от диаметра окоряемого сортимента и равна 11-16 м/мин. Диаметр окоряемого чурака может быть 1000 мм и более. Качество окорки гидравлическими окорочными станками очень хорошее, причем исключается возможность повреждения поверхности древесины, правда, расход энергии значительный. Производительность станка 30-90 м3/ч. Для окорки твердых пород древесины, в том числе произрастающих в тропиках, наиболее пригодны роторные и фрезерные окорочные станки. Часовая производительность роторных окорочных станков определяется по формуле: , (2) где V – объем кряжа (чурака) среднего диаметра, м3; и – скорость подачи, м/мин; l – длина кряжа (чурака), м; Кв – коэффициент использования рабочего времени (0,8-0,85); К3 – коэффициент загрузки станка, учитывающий межторцовые разрывы (0,7-0,85). Обслуживает окорочный станок один рабочий. Производительность окорочных станков при работе на сырье среднего размера 20-40 м3/ч. Применение окорки сырья повышает производительность лущильных станков на 4-5%, уменьшает износ лущильных ножей на 15-20%, улучшает качество поверхности шпона. Разделка сырья на чураки Фанерное сырье поступает на завод в чураках, кряжах кратной длины и в долготье. Все сырье сортируют по длинам и разделывают на чураки. Раскрой кряжей может быть групповым и индивидуальным. При групповом раскрое все кряжи независимо от качества раскраивают по длине на многопильных станках по заранее установленной схеме. Данный способ позволяет применить высшую степень автоматизации всего процесса, однако качество вырабатываемых чураков может снижаться. В производстве фанеры наиболее приемлем индивидуальный раскрой, при котором каждый кряж раскраивают в зависимости от качества древесины и расположения пороков по наиболее выгодной схеме, обеспечивающей максимальный выход чураков при минимальном отпаде древесины и максимальном качественном выходе. Такой раскрой наиболее распространен на действующих предприятиях. Схема индивидуального раскроя: торцевание (по мере необходимости), поперечный раскрой кряжа на заготовки с выпиливанием некондиционной части. При раскрое чураков в ряде случаев возникают различные дефекты обработки торца (табл.6). Кряжи распиливают на чураки в зависимости от определенного размера шпона и применяемого оборудования. Качество, размеры и допуски на длину чурака регламентируются ГОСТ 9462-71 «Лесоматериалы круглые лиственных пород. Размеры и технические требования» и ГОСТ 9463-72 «Лесоматериалы круглые хвойных пород». Общие потери древесины при разделке кряжей на чураки составляют 1 – 3% в зависимости от породы древесины. Таблица 6 Дефекты при разделке сырья и способы их устранения Дефекты Причины Последствия Способы предупреждения и устранения Скол и отщеп чурака Распиловка на весу, поднятие рычагом чурака при окончании распиловки Потеря самой лучшей части чурака Не допускать распиловки на весу Косой рез чурака Неправильный развод пилы. Неравномерный нажим на полотно пилы Переобрез фанеры (уменьшение выхода форматных листов) Проверить развод пилы и соблюдать режим распиловки Неправильная длина чурака Косой рез. Неправильная разметка кряжей То же Проверить развод пилы, соблюдать режим распиловки, периодически проверять разметочную линейку, проверить крепления выдвижных упоров Разрез на выпадающих сучков Неправильная разметка кряжей То же Соблюдать правильную разметку Оборудование для разделки сырья можно условно разбить на три группы: круглопильные станки, станки с возвратно-поступательным движением пилы, станки с цепной пилой. Наиболее распространена первая группа пил с круглым пильным диском (балансирные и маятниковые). К их числу относятся полуавтоматическая балансирная пила АПЗ (пила Зеленкова), АЦ-1, АЦ-3С, ФП-220 и др. Гидротермическая обработка сырья Гидротермической обработке (ГТО) подвергается вся древесина, предназначенная для лущения. Эта операция может проводиться как до, так и после окорки. Если сырье мерзлое (в зимний период), ГТО лучше проводить до окорки. ГТО проводится с целью повышения пластичности древесины и создания условий для получения качественного шпона. Лущение мороженной и сухой древесины приводит к образованию трещин из-за хрупкости шпона. Тонкий слой древесины, срезанной при лущении с цилиндрического чурака, должен быть достаточно плотным, не иметь трещин и разрывов. Так как во время срезания шпон подвергается выпрямлению, на стороне, обращенной к чураку, появляются напряжения поперек волокон древесины, которые и могут привести к трещинам и разрывам. Для улучшения деформативности древесины ее подвергают тепловой обработке. Минимальная температура нагрева березы – 20С, сосны – 12С, дуба – 40С, осины 10С, ясеневой – 50С, однако не следует излишне сильно нагревать (больше 40-50С) древесину, так как это также снижает качество шпона, появляется мохристость, отслаивание волокон. ГТО чураков можно производить провариванием или пропариванием. Проваривание чураков заключается в выдерживании их в течение определенного времени в горячей воде, а пропаривание в обработке чураков насыщенным паром. Летом при достаточном увлажнении древесное сырье можно не подогревать ГТО, если изготовляется тонкий шпон. Наиболее распространено проваривание чураков. Для ГТО используют различные бассейны, парильные ямы и камеры, автоклавы. (Рис.11). Рис. 11. Различные устройства для тепловой обработки сырья: а – бассейн с консольно-козловым краном; б – автоклав; 1 – сбрасыватель; 2 – загрузочный транспортер; 3 – накопитель кряжей; 4 – крышка; 5 – грейферный захват; 6 – бетонная разделительная тумба; 7 – стена; 8 – консольно-козловый кран; 9 – передвижной перегрузчик; 10 – разгрузочный транспортер; 12 – крышка автоклава; 13 – механизм отвода крышки; 14 – спускная труба Загрузка бассейнов и пропарочных ям осуществляется кранами с грейферными захватами. Перемещение чураков в бассейнах осуществляется мотовилами, тросовыми конвейерами. Для уменьшения теплопотерь бассейны закрывают крышками. Вода в бассейнах подогревается паром. Расход пара на прогрев 1м чураков 90-130 кг. Пропаривание применяют в том случае, когда есть опасность изменения цвета древесины или при больших диаметрах чураков. Пропаривание осуществляют в парильных камерах, автоклавах и парильных ямах. Гидротермическая обработка древесины (ГТО) в воде – один из основных способов прогрева фанерного сырья. Различают два вида обработки: при жестких режимах с температурой воды свыше 60С и при мягких – с температурой 40С. Прогрев сырья при жестких режимах производится в бассейнах с мотовилами или в бассейнах, загружаемых пучками. При жестких режимах в зависимости от диаметра чураков начальная их температура, наличие или отсутствие коры, влажности древесины и др. продолжительность нагрева может быть 2 – 15 часов. В настоящее время предпочтение отдают мягким режимам, что благотворно сказывается на качестве лущеного шпона. Исходные режимы прогрева приведены в табл.7. Таблица 7 Исходные режимы гидротермической обработки сырья в бассейнах с температурой воды 60-80С Диаметр сырья, см Температура воды в бассейнах, С 60 70-80 Продолжительность гидротермической обработки, ч, при температуре воздуха, С выше 0 от 0 до-10 от –11 до-20 от – 21 до –30 от–31до–40 Лиственные породы древесины до 20 21-25 26-30 31-35 36 и более 1,0 2,0 3,5 5,0 7-8 1,5 3,0 5,0 7,0 8-10 2,0 3,5 6,0 8,5 9-11 2,5 4,5 7,0 10,0 11-13 3,0 6,0 8,0 12,0 14-16 Хвойные породы древесины до 20 21-25 26-30 31-35 36 и более 1,5-2,0 2,5-3,0 3,0-5,0 4,0-6,0 7,0-9,0 2,0 4,5 6,0 8,0 9-11 2,5 5,0 7,0 10,0 12-14 3,0 6,0 8,0 12,0 14-16 4,0 7,5 9,5 15,0 18-19 После гидротермической обработки чураки вылеживаются 1,5-3 ч. (в зависимости от диаметра) в помещении с температурой воздуха 18-30С. Для уточнения продолжительности гидротермической обработки хвойных пород древесины в зависимости от способа доставки и хранения сырья рекомендуется пользоваться поправочными коэффициентами Кд и Кх. Широкое распространение получил способ прогрева сырья при мягких режимах в бассейнах с температурой воды 405С. Бассейны загружают, как правило, пучками. Исходные режимы прогрева сырья приведены в табл. 8 Таблица 8 Исходные режимы гидротермической обработки сырья в бассейнах с температурой воды 40С Диаметр сырья, см Продолжительность гидротермической обработки, ч, в бассейнах с температурой воды 40С при температуре воздуха, С выше 0 от 0 до-10 от –11 до-20 от – 21 до –30 от –31 до –40 Лиственные породы древесины до 20 21-25 26-30 31-35 36-60 5 7 10 16 16-24 7 10 18 23 23-60 10 14 24 30 30-84 12 16 28 35 35-98 14 18 30 40 40-112 Хвойные породы древесины до 25 20-35 36-45 46-60 6-8 12-17 21-23 38-50 11 22 35 68 16 30 50 84 17 34 56 98 19 39 65 116 Фактическую продолжительность прогрева Р, ч, определяют по формуле: , (3) где Рт – продолжительность прогрева (табличное значение), ч; Кп – коэффициент породы древесины (сосна, ель, кедр 1,0, лиственница 1,2); Кд – коэффициент, зависящий от способа доставки (для сплавного сырья – 1,2; для сырья, доставленного железной дорогой - 1,0); Кх – коэффициент, зависящий от способа хранения (дождевание, водное хранение - 1,0; влагозащитные замазки - 1,2; плотная укладка более 2 мес. - 1,4). Организация работ на участке зависит от способа прогрева сырья. Для прогрева сырья в открытых бассейнах рекомендуется такая последовательность технологических операций: прием сырья (разгрузка железнодорожных вагонов, автотранспорта и т.п.), загрузка в бассейны ГТО, прогрев до заданной температуры, выгрузка, подача на раскаточную площадку, поштучная выдача сырья на линии окорки, раскроя (рис.12). Рис. 12. Рекомендуемая схема подготовки сырья: 1 – место для складирования сырья; 2 – накопители; 3 – бассейны гидротермической обработки; 4,7 – конвейеры поперечные; 5 – окорочный станок; 6 – железнодорожный путь; 8 – пильный агрегат; 9 – конвейер подачи чураков в цех лущения; 10 – конвейер удаления отходов; 11 – конвейер подачи к окорочному станку; 12- площадка раскатки сырья; 13 – подкрановый путь; 14 – кран консольно-козловой В некоторых странах, например в Финляндии, гидротермическую обработку сырья производят в специально выделенных частях естественных водоемов, на берегах которых располагаются заводы, изготовляющие клееную слоистую древесину. В таких устройствах кряжи равномерно нагревают в течение 2 – 3 суток, этот способ отличается высокой экономичностью. Контрольные вопросы: 1. Перечислить последовательность технологических операций производства фанеры. 2. Какие изменения возможны в технологическом процессе и почему? 3. Цель окорки, оборудование, место в технологическом процессе. 4. Цель раскроя сырья, какой раскрой наиболее приемлем. 5. Причины появления дефектов при разделке сырья и способы их устранения. 6. Цель гидротермической обработки (ГТО) сырья, способы ГТО, оборудование. 7. Режимы ГТО, от каких факторов зависят режимы. 8. Организация работы на участке ГТО. Изготовление лущеного шпона Размеры и качественные характеристики лущеного шпона Процесс получения тонкой ленты древесины из чурака подобен разматыванию рулона бумаги. Для этого сортименту сообщается вращательное движение, а режущему инструменту – поступательное в направлении оси вращения чурака. Изготовленный таким способом шпон (стружка) по прочности уступает образцам полученным, например: пилением особенно при растяжении поперек волокон. Это связано с наличием на одной из сторон шпона мелких трещин и уменьшением за счет них живого сечения образца, а также внецентренного приложения растягивающих сил по отношению к средней линии указанного сечения шпона и частичного разрушения стенок клеток древесины водой, которая при лущении находится под давлением во время обжима шпона. Шероховатость поверхности шпона ограничивается требованиями, предъявляемыми к качеству готовой фанеры. На фанеру для лиственных пород не более 200 мкм, для хвойных – 320 мкм. Размеры листов шпона по длине ширине определяются размерами изготавливаемой из нее продукции. Так длина листа шпона «l», т.е. размер, совпадающий с направлением волокон древесины равен: , (4) где l1 – длина готового листа фанеры, мм; ∆l – припуск на обработку листа обычно 60-80 мм (на обе стороны). Для определения числа полноформатных листов шпона, из одного чурака длину ленты шпона, мм, находят по формуле: , (5) где S – толщина шпона, мм; R1 – радиус цилиндра, который может быть вписан в чурак с учетом формы его сечения и погрешности базирования в станке, мм; R2 – радиус остающегося карандаша, мм; p – текущий радиус чурака, мм. Ширина листа сырого шпона определяется так: , (6) где b1 – ширина сухого листа, равная ширине готовой фанеры плюс припуск на обрезку (60-80 мм на обе стороны); U – усушка листа шпона по ширине, %, от размера листа сухого шпона. Размеры листов по толщине должны соответствовать размерам готовой продукции. Поскольку конечный продукт фанера представляет многослойный листовой материал, установление толщины исходного шпона связано с учетом усушки, упрессовки листов по толщине, погрешности изготовления шпона, неравномерности толщины клеевых слоев. Если пренебречь усушкой шпона, то при подсчете толщины фанеры нужно пользоваться следующей формулой: , (7) где Sр – среднее значение толщины фанеры, мм; Sш±∆ш – толщина сухого шпона, мм; Sу±∆у – упрессовка шпона, мм; Sк±∆к – толщина клеевого слоя, мм; n – количество листов шпона в фанере, шт. Среднюю толщину сырого шпона, мм, на которую должен настраиваться лущильный станок, определяется по формуле: , (8) где Uр – радиальная усушка шпона (по толщине), %. Режимы лущения Состояние древесины, подвергаемой лущению, параметры, определяющие заточку лущильного ножа и его положение относительно чурака (угол заточки, угол резания, задний угол и др.); параметры обжима шпона (углы заточки прижимной линейки, угол обжима, угол между ножом и линейкой, радиус закругления кромки, высота установки) – основные факторы, характеризующие режимы лущения. Состояние древесины – ее температура и влажность – оказывает существенное влияние на процесс лущения и качество получаемого шпона. Температура чураков, при которой обеспечивается качественное лущение, для различных пород древесины имеет свои минимальное и максимальное значения. С увеличением температуры древесины улучшаются ее деформативные свойства, однако, нагрев древесины до слишком высоких температур нежелателен вследствие ухудшения качества поверхности получаемого шпона. Температура чураков зависит от толщины шпона и от породы древесины. С увеличением толщины шпона и плотности древесины, она увеличивается и составляет от 20 до 60С. В процессе тепловой обработки сырья его влажность практически не изменяется, поэтому влажность чураков зависит от породы древесины, способов доставки и хранения сырья. При сухопутной поставке она составляет 40-70%, при поставке сплавом – 90-120%. Угловые параметры резания характеризуются углом резания δ и дополнительным углом ε между касательной к кривой лущения и вертикалью. Угол резания: , (9) где α - задний угол, образованный задней гранью ножа и касательной к поверхности чурака в точке касания ножа; β - угол заточки ножа. Рекомендуемые углы заточки лущильных ножей, град, в зависимости от породы перерабатываемой древесины и толщины шпона приведены ниже: Толщина шпона………………… До 2,5 мм Более 2,5 мм Береза …………………………… 18-21 21-23 Сосна, бук, лиственница……….. 20-22 22-24 Ольха, липа……………………... 18-20 20-22 Кедр……………………………... 23-24 24-25 Ель………………………………. 25 25 На рис. 13,а Показана схема положения лущильного ножа по отношению к чураку. Рис. 13 Схема лущильного ножа по отношению к чураку 1 – чурак; 2 – лущильный нож без фаски; 3 -лущильный нож с фаской Для увеличения стойкости ножей (особенно при лущении хвойной древесины) рекомендуется производить микрозаточку ножей - снятие микрограни (С) шириной 1 мм под углом 24-25 со стороны задней грани ножа. Основной угол заточки  в этом случае находится в пределах 18-20 (рис.13, б). Значение заднего угла α зависит от кривизны поверхности чураков, подвергаемых лущению. Рекомендуемые значения изменений заднего угла при лущении всех пород древесины: Для чураков диаметром до 300 мм α = 0 º30 - 2º00; для чураков диаметром 300-800 мм α = 2º00 - 3º00; Величина заднего угла определяется из равенства α = σ – (± ε), где α - задний угол; σ – угол, образуемый задней гранью ножа и вертикалью (измеряется на станке); ε – дополнительный угол. В настоящее время при лущении чураков на отечественных станках пользуются приближенными рекомендациями в отношении установки ножа по высоте, приведенными в табл. 9 Таблица 9 Рекомендуемая установка ножа по высоте, мм Обжим шпона При срезании с поверхности вращающегося цилиндрического тела слоя древесины и выпрямлении последнего в нем возникают внутренние напряжения: сжатия – на лицевой стороне и растяжения – на оборотной стороне. Величина этих напряжений тем больше, чем больше угол резания. Так как прочность древесины на растяжение поперек волокон относительно невелика, результатом свободного резания ее было образование на оборотной стороне шпона значительных трещин. Поскольку при свободном резании перед режущей кромкой ножа образуется опережающая трещина, направление распространения которой произвольно, на поверхности шпона неизбежно появятся еще и большие микронеровности (выступы на оборотной стороне, углубления – на лицевой). Следовательно, если лущить древесину только с применением одного ножа, получить качественный шпон невозможно (рис.14). Рис. 14. Лущение древесины: а – без обжима; б – с обжимом Выходом из положения является сжатие древесины в зоне внедрения в нее ножа, что достигается специальным прижимным органом, устанавливаемым около ножа на расстоянии, меньшем, чем толщина шпона (т.е. подача суппорта на один оборот чурака). Данный орган (рис.14) создает зону сжатия, простирающуюся по радиусу в глубь чурака. Уплотнение древесины в непосредственной близости от прижимного органа достигает 30 - 40% при срезании ножем слоя древесины и прохождении его между передней гранью ножа и прижимным органом происходит сжатие слоя в радиальном направлении. Возникающие между шпоном, лущильным ножом и прижимным органом силы трения являются причиной сжатия шпона в тангентальном направлении: заметно возрастают сжимающие напряжения на его лицевой стороне и уменьшаются опасные растягивающие напряжения на оборотной стороне. Обжим шпона при лущении древесины осуществляется специальным прижимным органом (прижимной линейкой). Положение прижимной линейки относительно ножа определяется двумя параметрами S0 и h0. (рис. 15) и степенью обжима шпона по формулам 11, 12. Рис. 15. Параметры обжима шпона При известном значении степени обжима, величина S0 находится из выражения: S0 = S (100 - ∆)/100 , (10) где ∆ - степень обжима, %; S – толщина шпона, устанавливаемая величиной подачи суппорта на один оборот шпинделя лущильного станка. Оптимальную степень обжима шпона в зависимости от его толщины S определяют из выражений: для древесины березы, бука, ели, сосны, лиственницы ∆ = 7S + 9 % ; (11) для древесины ольхи, осины, липы ∆ = 7S + 14 %. (12) Степень обжима шпона ∆, выше которой начинается заметное разрушение поверхностных волокон, лежит в следующих пределах: для древесины березы, липы, кедра, ели и лиственницы 35; для древесины ольхи и осины 45-50%. При лущении используют линейки с закругленной нажимной кромкой или нажимной микрогранью (рис. 16). а б Рис. 16. Профили прижимных линеек лущильных станков: а – с закругленной нажимной кромкой; б – с нажимной фаской Угол γ определяется конструкцией лущильного станка и лежит в пределах 77-90º. Угол наклона линейки δ1 слагается из двух углов α1+β1; для приближенных расчетов δ1=180º-( δ+ γ). (13) К параметрам обжима относятся также (рис. 15): угол обжима α1 между передней гранью и касательной к кривой лущения, проходящей через нажимную кромку линейки; угол наклона линейки δ1 между задней гранью линейки и касательной к кривой лущения; угол между линейкой и ножом γ, образуемый нижней гранью линейки и передней гранью ножа. Обжим шпона можно выполнить прижимными органами, выполненными в виде вращающегося ролика. При обжиме древесины роликом напряжения сжатия в срезаемом слое на выходе его из-под ролика плавно уменьшаются, что предотвращает появление трещин на оборотной поверхности шпона. Использование для обжима ролика оправдано при изготовлении толстого шпона, особенно из древесины со значительной разницей в плотности поздней и ранней частей ствола, при лущении мягкой, а также склонной к раскалыванию древесины. В Японии предприняты попытки осуществить обжим шпона струей сжатого воздуха, которые дали обнадеживающие результаты. На рис. 17 показаны схемы обжима шпона роликом и струей сжатого воздуха. Рис. 17. Схемы обжима шпона роликом и струей сжатого воздуха 1 – ролик; 2 – струя сжатого воздуха Влияние факторов режима лущения сказывается на шероховатости поверхности шпона, колебании толщины, его прочностных показателях. С уменьшением угла резания δ становятся меньше напряжения, возникающие в срезаемом слое древесины и, следовательно, уменьшаются количество и величина образующихся трещин, но применение лущильных ножей с малым углом заточки ограничено их низкой износостойкостью. Величина заднего угла α оказывает влияние на шероховатость поверхности шпона и колебания его толщины. Минимальная шероховатость поверхности шпона наблюдается при 30< α <2º. Колебания толщины шпона тем меньше, чем меньше угол α. Вместе с тем при слишком малых углах α между ножом и поверхностью чурака образуется контактная площадка и, следовательно, возрастает давление суппорта на чурак, что может привести к его проворотам и раскалыванию. Увеличение заднего угла α приводит к появлению вибраций и образованию на поверхности шпона вибрационных неровностей. Высота установки ножа относительно оси шпинделей, как указывалось, влияет на изменение угла α. Чем больше h, тем резче изменяется угол α к концу лущения. Уменьшение диаметра чурака приводит к значительному снижению жесткости и, значит, к неизбежной деформации. Процесс лущения чурака неправильной формы влечет за собой увеличение разнотолщинности шпона. При отрицательных значениях угла α чурак приобретает бочкообразную форму, а поверхность листов шпона будет двояковыпуклой, что приведет к неизбежному появлению краевых трещин после его сушки. При h < 0 (угол α > 23º) чурак приобретает корсетную форму и шпон будет иметь большую толщину в середине ленты, вследствие чего на кромках листов образуется гофр. Большое влияние на качество получаемого шпона оказывают параметры обжима. Обжим шпона улучшает его качество, а разница в шероховатости поверхности лицевой и оборотной не превышает 10%. Увеличение до определенного предела степени обжима для березовой древесины приводит к увеличению прочности на растяжение поперек волокон, уменьшению шероховатости и уменьшению колебаний толщины шпона. Для шпона, получаемого из древесины хвойных пород и особенно из лиственницы, увеличение колебаний его толщины при обжиме менее 20% может быть связано с заметным ухудшением качества поверхности, а при большем обжиме – с неодинаковой величиной остаточных деформаций ранней и поздней древесины. С увеличением степени обжима изменяется глубина и количество трещин, образующихся в шпоне: количество трещин растет, но уменьшается их глубина. Этим объясняется рост прочности шпона на растяжение поперек волокон. Степень обжима ∆ =17% фактически может изменяться в пределах от 7 до 30%. Оборудование для лущения и рубки шпона Лущильные станки предназначены для получения лущеного шпона, в зависимости от размера перерабатываемого сырья подразделяются на три размерные группы: легкие станки – длина чураков до 900 мм, диаметр чураков до 700 мм; средние станки – длина чураков до 1900 мм, диаметр чураков до 800 мм; тяжелые станки – длина чураков свыше 1900 мм, диаметр чураков свыше 800 мм. На фанерных предприятиях отрасли в нашей стране эксплуатируются в основном средние лущильные станки, в том числе отечественные ЛУ17-3, ЛУ17-4, ЛУ17-10, финские 2НV-66, FV-66, 3VKKT 66/L65. Из тяжелых станков нашли применение финские станки фирмы «Рауте» 2НV-78, 2НV-102VKKT 78/65, 4VKKT 92/Д75. Основные узлы лущильного станка – станина, шпиндельные бабки, суппорт, передаточные механизмы и система управления. Станина сварной двутавровой конструкции, обладает достаточно высокой жесткостью для предотвращения вибраций. В станине предусмотрено окно для удаления карандашей. Шпиндельные бабки литые чугунные, размещаются на станине, имеют места для крепления направляющих суппорта и разъемного корпуса конических шестерен, обеспечивающих вращательное движение ходовых винтов. Суппорт лущильного станка состоит из двух основных частей – ножевой траверсы и траверсы прижимной линейки. Суппорт перемещается ходовыми винтами. Конструкция станка предусматривает при необходимости быстрое изменение положения прижимной линейки по отношению к ножу и подъем траверсы линейки при оцилиндровке чураков. Нож и линейка крепятся болтами и планкой клиновидного сечения. Передаточные механизмы лущильного станка обеспечивают вращение шпинделей станка и перемещение суппорта на рабочей и ускоренной подаче. В практике производства фанеры известны станки, позволяющие лущить чураки длиной до 5 м и диаметром до 4 м. Максимальная возможная толщина шпона 12 мм, хотя практически такой шпон применяется довольно редко. Станки среднего типа иногда снабжаются дополнительными приставками для изготовления микрошпона толщиной от 0,05 мм и выше. В лущильные станки ряда стран внесены некоторые усовершенствования, направленные на повышение производительности, улучшение качества изготовляемого шпона и сокращение числа обслуживающего персонала: В последнее время появились электронные системы, позволяющие вести точный учет поступающего на переработку сырья, получаемых продуктов и образующихся отходов. Они позволяют накапливать информацию о среднем диаметре поступающих на станок чураков, их объеме, конечном размере карандаша, остающегося после лущения чурака, числе карандашей, объеме образующихся отходов, погрешностях установки чурака в станок, объеме получаемого из чурака шпона и т.д. Имеющееся в системе сканирующее устройство направляет информацию в электронно-вычислительную машину, которая, будучи связана с кодирующим устройством, установленным на шпинделе станка, непрерывно накапливает ее и выдает на печать. Информация может выдаваться как непрерывно, в любой момент времени, так и в конце смены. Перерывы в работе лущильного станка не влияют на накопление информации и на ее печатание. Такая система имеет большое значение для правильной организации производственного процесса. Количественный и качественный выход шпона из чурака Погрешности формы чурака и ошибки его установки между шпинделями лущильного станка не позволяют переработать всю содержащуюся в чураке древесину и пригодный для использования шпон. По этой же причине теоретическим путем невозможно точно определить и выход шпона из чурака. Характеристика зон чурака. Согласно рисунку 18, у поперечного сечения чурака различают четыре зоны. 1. Зона шпона-равнины, из которой при лущении чурака получают кусковой шпон неопределенных размеров. Размер этой зоны зависит от сбежистости чурака, формы его сечения, искривленности продольной оси и составляет 21-23% объема чурака. 2. Зона длинных кусков, из которой получают шпон, длина кусков которого равна длине чурака, а ширина меньше длины окружности чурака. Размер этой зоны зависит от точности базирования чурака и составляет 4-5% объема последнего. 3. Зона форматного шпона, из которой получают непрерывную ленту шпона шириной, равной длине чурака, а длиной, определяемой диаметром перерабатываемого чурака и толщиной шпона. Объем заключенной в этой зоне древесины 60-64% объема чурака. 4. Зона карандаша, который неизбежно остается после лущения чурака. Размер этой зоны зависит от сорта сырья, диаметра чурака. При использовании ограничителей прогиба чурака в конце лущения диаметр остающихся карандашей от станков легкого типа составляет 50-55 мм, среднего 70-100 мм и тяжелого – до 220 мм. Рис. 18. Зоны поперечного сечения чурака 1 – зона рвнины; 2 – зона длинных кусков; 3 – зона форматного шпона; 4 – зона карандаша Объем каждой из указанных зон нельзя рассчитывать аналитически, так как форма чурака очень неопределенна. По этой причине используют эмпирические зависимости. Для определения объема, м3, кусков, имеющих длину, равную длине чурака (из зоны 2), применяют формулу: . (14) Для определения объема форматного шпона, м3, из зоны 3 , (15) где l- длина чурака (карандаша),м; dк – диаметр карандаша, мм; dч – диаметр чурака в верхнем торце, мм; Кл – коэффициент выхода форматного шпона; Кв – коэффициент выхода шпона (таб.10) Диаметры остающихся карандашей определяют по формулам: для сырья 1-го сорта ; (16) для сырья 2-го сорта . (17) Таблица 10 Значения коэффициентов Кв и Кл для березовых чураков длиной 1,6 м Диаметр чурака,м Кв для чураков сорта Кл для чураков сорта 1 2 1 2 0,18 0,22 0,26 0,30 0,34 0,894 0,900 0,904 0,906 0,907 0,888 0,894 0,898 0,900 0,901 0,853 0,861 0,866 0,868 0,868 0,845 0,853 0,857 0,859 0,859 Выход шпона представляет собой сумму Vш=V2+V3 Подсчеты показывают, что разница в выходах шпона из сырья разных сортов составляет 3,5-4%. При известном процентном соотношении сортов в партии сырья (а1,а2) средний выход шпона определяют по формуле: , (18) где Vш1, Vш2 - выход шпона из чураков соответственно 1-го, 2-го сортов, м3. Фактический объем шпона будет несколько меньшим из-за организационно-технических потерь, величина которых зависит от состояния оборудования, квалификации обслуживающего персонала и т.д. В лущильном отделении эти потери составляют 0,5-2,5% объема шпона. Объем карандаша, м3, остающегося после лущения чурака, определяют по формуле: (19) Объем шпона-рванины, м3, из одного чурака Vp = Vч – (Vш + Vк) , (20) где Vч - объем чурака, м3. Выход шпона из сырья принято выражать в процентах от объема чурака: . (21) Очень часто пользуются обратной величиной, т.е. расходом сырья на изготовление 1 м3 шпона: . (22) Практически расход сырья на изготовление 1м3 шпона колеблется в пределах 1,65-1,73 м3. Качественный выход шпона из сырья определяется сортовым составом сырья, которым снабжается данное предприятие. Основной порок древесины, определяющий качество шпона, - сучки различного вида, располагающиеся в центральной части сечения ствола. При этом ближе к продольной оси ствола располагаются сросшиеся сучки, а дальше от нее – несросшиеся. В периферийной зоне фанерных чураков сучков нет, вследствие чего она является наиболее ценной частью ствола, из которой можно получить шпон высокого качества. Объем этой зоны зависит от диаметра сырья и породы древесины. При неточной установке чурака между шпинделями станка выход форматного шпона уменьшается за счет высококачественных листов шпона, вследствие чего понижается средняя сортность всей партии шпона. Качество шпона зависит также от состояния лущильного станка и квалификации обслуживающего персонала. При неправильной наладке станка, нарушении режимов лущения, излишне сильном зажиме чурака шпинделями станка и пр. в шпоне появляется дополнительное количество трещин. Трещины могут возникать и при неправильном приеме ленты шпона от лущильного станка, например, при свертывании толстого шпона в рулоны или при петлеобразной его укладке на приемный конвейер. Последнее особенно опасно для шпона из хвойных пород. Как показывают наблюдения, из общего числа трещин, обнаруженных в листах сырого шпона, 70% их объясняется плохим хранением сырья на складе, а 30%- некачественным лущением. Наиболее часто встречающиеся дефекты лущеного шпона следующие: несоответствие толщины шпона заданному размеру, колебание толщины по длине и ширине ленты, низкое качество его поверхностей, трещины на левой стороне шпона и др. Появление этих дефектов связано, главным образом, с использованием изношенного или плохо налаженного оборудования, нарушением рекомендуемых режимов лущения или некачественной подготовкой чураков. Пути увеличения выхода шпона из сырья следующие: улучшение базирования чураков при установке их между шпинделями станка, более полный отбор кускового шпона и лущение чураков до минимально возможного диаметра. Улучшение базирования чураков достигается с помощью механизмов различной конструкции. Центрирование чураков в шпинделях станка может осуществляться по двум схемам базирования (рис.19): схема а – по трем точкам и схема б – по четырем точкам. а б Рис. 19. Схемы базирования чураков: а – по трем точкам; б – по четырем точкам Лучшие результаты дает второй способ базирования, при котором противолежащие точки располагаются всегда на одинаковом расстоянии от будущей оси вращения. Применение механического способа базирования позволяет увеличить выход шпона на 3-5%. При лущении чураков образуется шпон-рванина, часть которого длиной более 0,8 м может быть отобрана и переработана в форматный шпон, что позволяет повысить выход последнего на 4-4,5%. Что касается места центрирования чурака по длине, то положение сечений от центра чурака будет определяться координатами: (23) где x1, х2 - координаты центрирующих сечений от центра чурака, м; l - длина чурака, м. Применение механического способа базирования позволяет увеличить выход шпона на 3-5%. При лущении чураков образуется шпон-рванина, часть которого длиной более 0,8 м может быть отобрана и переработана в форматный шпон, что позволяет повысить выход последнего на 4-4,5%. После лущения чураков, например l =1,6 м, остается карандаш диаметром 90-95 мм, объем которого составляет 15-17% объема чурака. Между тем диаметр карандашей может быть уменьшен до 65-70 мм, что увеличит выход форматного шпона на 5-7%. Возможность этого появляется при использовании лущильных станков с телескопическими шпинделями и ограничителями прогиба чураков. Часовая производительность лущильного станка определяется по формулам: в штуках чураков ; (24) в м3сырого шпона ; (25) в числе листов сырого шпона , (26) где τ– продолжительность обработки одного чурака, с; Vш- объемный выход шпона из одного чурака, м3; S - толщина шпона, мм; b - ширина сырого листа шпона, мм; l- длина листа шпона, мм; Кв- коэффициент использования рабочего времени.