Описанная на основании рекомендаций [5, 11] методика технологических расчетов рубительных машин показана на примере передвижной машины дискового типа.

В дисковых рубительных машинах резание происходит под одинаковым углом к плоскости диска и при постоянных соотношениях режимов резания и затягивания древесины к ножам независимо от ее толщины.

Вследствие этого щепа, полученная в дисковых машинах, имеет практически одинаковое направление среза по сравнению со щепой, выработанной барабанными рубительными машинами, и более равномерна по фракционному составу.

В барабанной рубительной машине ножи совершают дугообразные движения, врезаясь в древесину под разными углами наклона, зависящими от толщины перерабатываемого материала.

Величина угла резания существенно влияет на толщину щепы. Увеличение угла резания приводит к росту доли толстой по ширине фракции щепы, при этом ее распределение по толщине становится неравномерным.

Качество щепы, получаемой на барабанной рубительной машине, удовлетворяет требованиям производства древесноволокнистых и древесностружечных плит, топливной щепы, но не отвечает требованиям, предъявляемым к щепе для целлюлозно-бумажного производства.

Производство щепы, предназначенной для выработки целлюлозы, требует оснащения барабанной рубительной машины дополнительными устройствами.

Например, в нее может быть встроена специальная решетка, предотвращающая выход крупной фракции до того, как она будет измельчена в достаточной степени. В этом случае после двухступенчатого сортирования щепы на щелевых и уровневых сортировках она может использоваться в целлюлозно-бумажном производстве.

Преимущество барабанной рубительной машины перед дисковой заключается в более высокой производительности при переработке сучьев, веток, а также короткомерных отходов лесопиления и деревообработки. Оно достигается при прочих равных условиях за счет увеличенного сечения приемного окна загрузочного патрона. Для рассматриваемых условий работы это положение не имеет принципиального значения, поскольку на передвижной рубительной машине предполагается перерабатывать другое сырье.

Как отмечалось выше, желательно, чтобы передвижная рубительная машина могла перерабатывать тонкомерное древесное сырье не только в щепу для древесностружечных плит, но и в щепу целлюлозно-бумажного назначения. Для достижения указанных целей на основании сравнительного анализа конструктивных особенностей рубительных машин двух основных типов можно рекомендовать передвижную рубительную машину дискового типа.

Геометрические параметры щепы (длину l_щ по направлению волокон и толщину t_щ) определяют (см. рис. 5.2) по формулам:

Мощность двигателя рубительной машины можно определить [4], используя схему, представленную на рис. 5.2.

Номинальная мощность (N) привода ножевого диска рубительной машины определяется по формуле:

, кВт, (7.3)

где А_дв?- работа, которую должен совершить двигатель при переработке бревна заданных размеров, Дж; t?- время переработки бревна, с.; h  - коэффициент полезного действия (механический) передачи; k_s?- допустимый коэффициент перегрузки двигателя.

Работа, которую должен совершить двигатель при переработке бревна, может быть определена по формуле:

, Дж, (7.4)

где ?- полная работа, необходимая для переработки бревна, Дж; ?- работа, совершаемая энергией вращающегося диска при снижении частоты вращения от номинальной (П_н) до минимально допустимой (П_к), Дж.

Полная работа, необходимая непосредственно для измельчения бревна и преодоления его трения о поверхность вращающегося диска, может быть определена по формуле:

, Дж, (7.5)

где ?- удельная сила резания, Н/мм; ?- коэффициент трения древесины о поверхность диска (0,2-0,3); ?- средняя условная ширина резания, мм; v?- скорость резания, м/с.

Удельная сила резания может быть определена по формуле:

, Н/мм, (7.6)

где ?- удельная касательная сила резания, зависящая от угла встречи (j ₁) и угла наклона (j ₂), Н/мм; аr ?- коэффициент затупления режущих ножей (при острых ножах аr = 1, при затупленных аr = 1,25); a_w?- коэффициент, учитывающий влажность древесины (для влажности 25-30 % a_w = 1,1; для влажности 50-57 % a_w = 1,0); a_t?- коэффициент, вводимый при переработке мороженой древесины (a_t = 1,4); a_s?- коэффициент, учитывающий породу древесины (табл. 7.1).

Удельная касательная сила резания для наиболее распространенных условий работы рубительных машин может быть определена по формуле:

, Н/мм, (7.7)

где j ₁?- угол встречи вектора скорости резания с направлением волокон древесины, град; j ₂?- угол наклона (угол, лежащий между линией лезвия ножа и направлением волокон древесины), град; h?- толщина срезаемого слоя, мм.

В соответствии со схемой на рис. 5.2:

.

Воспользовавшись схемой на рис. 5.2, найдем значения углов:

; .

В дисковых рубительных машинах угол встречи обычно составляет 45-50° , угол наклона изменяется в более широких пределах (15-50° ).

Для расчета принимаем j _в = 45° , j _н = 25° . При этом будет обеспечено продольно-торцово-поперечное резание древесины, при котором затраты энергии наименьшие.

Для определения полной работы (А) по формуле (7.5) необходимо определить среднюю условную ширину резания (Вср), скорость резания (V) и время, затрачиваемое на переработку бревна заданной длины (t).

Средняя условная ширина резания определяется по формуле:

, мм, (7.8)

где ?- средняя площадь поперечного сечения перерабатываемой древесины, см²; L?- расстояние между смежными режущими ножами по окружности резания, мм.

мм, (7.9)

где R?- средний радиус резания, мм; z?- количество режущих ножей на диске.

Для наиболее распространенных типов передвижных дисковых рубительных машин z = 2, R = 0,3D.

Средняя площадь поперечного сечения перерабатываемого сырья определяется из выражения:

(7.10)

где d?- средний диаметр перерабатываемого сырья, см; n?- количество одновременно измельчаемых бревен.

Скорость резания можно определить по формуле:

, м/с, (7.11)

где Др?- диаметр резания, м (получим Др = 2R); n?- частота вращения ножевого диска.

Время, необходимое для переработки бревна заданной длины, можно определить по формуле:

, с, (7.12)

где l_б?- длина бревна, м; l_щ?- длина щепы, мм (18 мм удовлетворяет требованиям ГОСТ 15815-83 и ТУ 13-735-83 на щепу для ЦБП и ДСтП).

Для определения по формуле (7.4) полной работы, которую должен совершить двигатель, необходимо предварительно рассчитать избыточную работу (А_D), погашаемую энергией вращающегося диска при снижении частоты его вращения от номинальной (П_н) до минимально допустимой (П_к):

, Дж, (7.13)

где М_Д?- масса диска, кг; ?- радиус инерции диска, м; g?- ускорение свободного падения, м/с.²

Такие характеристики диска, как его масса и радиус инерции, можно принять равными соответствующим параметрам диска передвижной рубительной машины МРГС-5:

, кг, (7.14)

где H?- толщина диска, м; к_пс?- коэффициент, учитывающий пустоты диска в виде подножевых щелей, к_пс = 0,8; r  - плотность материала диска (для стали r = 7800 кг/м³).

Радиусом инерции твердого тела относительно оси называется величина, произведение квадрата которой на массу твердого тела равно моменту инерции твердого тела относительно этой оси:

, кг ґ м² . (7.15)

Для диска радиусом R момент инерции определяется по формуле:

, кг ґ м² . (7.16)

Совместное решение уравнений (9.15) и (9.16) дает следующий результат:

, м. (7.17)

Коэффициент снижения оборотов двигателя (дизельного) от номинальных до минимально допустимых примем равным 0,7.

Необходимую мощность двигателя передвижной рубительной машины определим по формуле (7.3). Общий коэффициент полезного действия (h ) принимаем для системы: коробка передач (две пары зубчатого соединения), раздаточная коробка (одна пара зубчатого соединения), вал отбора мощности, муфта сцепления, вал рубительной машины.

С учетом потерь на трение в опорах валов общий коэффициент полезного действия (h ) составит:

.

В случае применения гидродинамической передачи коэффициент полезного действия примерно равен этому же значению.

Коэффициент перегрузки двигателя (К_п) для дизеля принимаем равным 1,3.

После определения мощности привода рубительной машины, в процессе которого принимают конкретные параметры (скорость вращения диска, количество ножей, длина щепы и т. п.), выполняют контрольный расчет ее производительности.

Часовую производительность рубительной машины определяют по формуле:

, м³/ч, (7.18)

где  - коэффициент использования машинного времени (для малоножевых машин - 0,5-0,8);  - коэффициент использования рабочего времени (0,7-0,8).

Скорость надвигания (v_н) измельчаемого лесоматериала находится в зависимости от производительности машины:

, м/с, (7.19)

где С₁ - коэффициент заполнения транспортера подачи (обычно С₁ = 0,6); С₂ - коэффициент использования рабочего времени смены (обычно С₃ = 0,6).

В технических характеристиках сортировок щепы производительность указывается в насыпной мере. Этим термином обозначают объем щепы, свободно насыпанной на поверхность или в какую-то емкость с помощью механического или пневматического погрузчика. В тех случаях, когда в оборот вводится такой термин, как "объем в насыпной мере", неизбежно с ним приходится оперировать и термином "объем в плотной мере". Последний учитывает объем только древесных частиц и, естественно, меньше объема в насыпной мере на объем воздуха, который находится между древесными частицами.

Для перевода насыпного объема щепы в плотную меру принимаются следующие коэффициенты: на территории предприятия-поставщика при погрузке механическими погрузчиками - 0,36; то же, но при погрузке пневмопогрузчиками - 0,46 [24].

Часовую производительность сортировки в насыпной мере можно определить по формуле:

, (7.20)

где - объемная производительность в насыпной мере, м³/ч; - ширина слоя щепы на сортирующей поверхности (сите), м; - толщина слоя щепы на сортирующей поверхности, м; - скорость движения щепы по ситу, м/с.

Скорость движения щепы по ситу сортировки рассчитывается по эмпирической формуле, справедливой при углах наклона сит от 0 до 8° :

, (7.21)

где - частота колебаний ситового короба, мин^-1; - амплитуда колебаний, м; - угол наклона сит, град.

Приведенная выше методика позволяет довольно точно определять производительность сортировок щепы по техническим и технологическим параметрам. В то же время предложенные уравнения позволяют решать обратную задачу - определять комплекс конструктивных и технологических параметров, обеспечивающих требуемую производительность. Трудность использования данного метода заключается в том, что величина толщины слоя щепы на сортирующей поверхности (сите), , пока не поддается вычислению. Известно только, что значение , обеспечивающее высокую эффективность сортирования, зависит от частоты и амплитуды колебаний ситового короба, угла наклона сит, размеров и формы отверстий сортирующей поверхности, а также фракционного состава подаваемой на сортирование и требуемой для дальнейшего использования в технологическом процессе щепы. Плодотворное использование приведенной выше методики возможно только после проведения исследований, которые позволят установить зависимость для расчета одной из важнейших технических характеристик процесса сортирования щепы на плоских сортировках - толщины слоя щепы на сортирующей поверхности (сите).

Ввиду имеющихся сложностей в настоящее время для определения объемной производительности используется упрощенная методика, позволяющая приблизительно рассчитывать этот показатель на основе удельных показателей. Для приближенного расчета пропускной способности плоских сортировок пользуются формулой [11]:

, (7.22)

где - пропускная способность сортировки в насыпной мере, м³/ч; - площадь сита, м²; - удельная пропускная способность сита в насыпной мере, (для сит с отверстиями диаметром 35 мм , для сит с отверстиями диаметром от 7 до 10 мм ); - коэффициент, учитывающий содержание в щепе, не прошедшей через данное сито, частиц, наибольший размер которых меньше размера отверстий данного сита, то есть тех частиц, которые должны были пройти через сито, но по тем или иным причинам не прошли (для 10 % содержания , для 30 % содержания ); - коэффициент, учитывающий содержание в щепе, прошедшей через данное сито, частиц, наибольший размер которых менее половины размера отверстий данного сита (для 10 % содержания , для 30 % содержания ).

Методика расчета, базирующаяся на уравнениях (7.20-7.22), в определенной мере учитывает эффективность сортирования с помощью коэффициентов и . Однако не совсем ясно, что именно характеризует коэффициент , да и значения коэффициентов известны только для двух конкретных случаев, не являющихся наиболее распространенными в практике.

На наш взгляд, более корректной для оценки эффективности сортирования является методика, предложенная В. Я. Зориным и И. А. Васильевым [25]. Согласно этой методике, эффективность сортирования оценивается с помощью следующей формулы:

, (7.23)

где - эффективность сортирования, %; - точность отсева по замельченности, %; - точность отсева по закрупненности, %.

Точность отсева по замельченности рассчитывается по формуле:

, (7.24)

где - объем в исходной щепе фракции, которая должна пройти через сито, м³; - объем фракции, которая должна была пройти через сито, в подрешетном продукте сортирования, м³.

Точность отсева по закрупненности рассчитывается по формуле:

, (7.25)

где - объем в подрешетном продукте сортирования фракции, которая не должна была пройти через сито, м³.

Показатель демонстрирует, насколько эффективно сортирующая поверхность (сито) разделяет подаваемую на нее щепу на фракции. Сито должно пропустить через себя щепу, наибольший размер которой меньше заданного значения, и не пропустить щепу с наибольшим размером более заданного значения. Процесс сортирования щепы с помощью плоских сортировок организован так, что часть щепы, которая не должна была пройти через сито, все же проходит через него и попадает в подрешетный продукт. В то же время часть древесных частиц, которые по своим размерным характеристикам должны были пройти сквозь сито, могли просто не успеть "добраться" до него через слой щепы, движущейся по сортирующей поверхности. Таким образом, чем эффективнее сортирующая поверхность разделяет подаваемую на нее щепу на фракции по заданному размеру, тем показатель ближе к значению 100 %.

• Какая последовательность расчета параметров дисковой рубильной машины?
• Какие исходные данные нужно знать для расчета параметров рубильной машины?
• Какие формулы используют для определения длины и толщины технологической шепы в дисковой рубильной машине?
• Как определяют номинальную мощность дисковой рубильной машины?
• По какой формуле определяют полную работу, необходимую для измельчения бревна и преодоления его трения о поверхность вращающегося диска?

• По какой формуле определяют удельную силу резания при работе дисковой рубильной машины?
• По какой формуле определяют среднюю удельную ширину резания при работе дисковой рубильной машины?
• По какой формуле определяют время, необходимое для переработки бревна заданной длины?
• Как проверить расчеты рубильной машины на производительность?

• Как определяют производительность и качество сортирования технологической щепы?
• По какой формуле определяют точность отсева щепы по замельченности?
• По какой формуле определяют точность отсева щепы по закрупненности?

• По какой формуле определяют точность отсева щепы по замельченности?

В содержание