Крупнейшим потребителем древесины является целлюлозно-бумажная промышленность. На целлюлозно-бумажных комбинатах круглые лесоматериалы проходят стадии раскроя на отрезки длиной 1,2 м, называемые балансами. После очистки от коры балансы поступают на измельчение в рубительную машину. Наличие короткомеров (отрезков длиной менее 0,8 м) в потоке балансов, поступающих на окорку в корообдирочный барабан, а после него в рубительную машину, приводит к потерям древесины при производстве щепы [1, 2]. Одна часть потерь в виде лома и отщепов образуется при окорке балансов в барабане. Другая часть потерь в виде некондиционных крупных и мелких древесных частиц образуется при измельчении балансов в рубительной машине. Изъятие короткомеров из общего потока балансов позволяет снизить эти потери [4, 5]. Изъятые из потока короткомеры могут быть переработаны по специальной технологии. В настоящее время для отбраковки короткомеров устраивают так называемые провалочные окна в роликовых конвейерах, чтобы исключить подачу короткомеров в рубительную машину [3]. Однако функционирование этих окон недостаточно эффективно. В данной статье предлагается решение, позволяющее повысить эффективность отбраковки короткомеров на роликовом конвейере с окнами.
Очевидно, чтобы исключить появление короткомеров, длина поступающих на раскрой бревен [3, 4] должна быть кратна длине баланса. Однако длина бревен L0, поступающих на раскрой, как правило, отличается от значения Ls, обеспечивающего получение балансов только требуемой длины Lp: L0 ≠ Ls = nLp. По этой причине появляются отрезки, длина которых меньше требуемой для переработки в дефибрёрах и в рубительных машинах [3]. Часть таких отрезков (короткомеров) имеет в реальных условиях длину не более 0,8 м.
Теоретически все короткомеры должны проваливаться в указанные выше провалочные окна. Однако боковая поверхность балансов не является гладкой, что служит причиной появления сил трения и сцепления короткомеров с балансами стандартной длины. Эти силы достаточны, чтобы часть короткомеров (подобно «наездникам») преодолела провалочные окна. Поэтому часть короткомеров поступает в корообдирочный барабан. Таким образом, непродуктивно расходуются ресурсы на транспортировку короткомеров и их очистку от коры [3, 5].
Наблюдения реального технологического процесса показывают [3], что указанные выше силы трения и силы сцепления короткомеров с балансами стандартной длины не могут быть преодолены только за счет силы тяжести и небольших динамических воздействий, которые имеют место при транспортировке по рольгангу с цилиндрическими роликами. Отсюда следует, что необходима интенсификация динамического воздействия на балансы и короткомеры на том участке рольганга, где расположены провалочные окна. Цель такого воздействия – преодоление указанных сил трения и сцепления короткомеров с балансами стандартной длины. При этом повысится эффективность функционирования провалочных окон и, как следствие, качество сортировки по длине транспортируемых рольгангом балансов.
Чтобы получить щепу достаточно высокого качества, необходимо уменьшать долю короткомеров в общем потоке балансов, поступающих на измельчение в рубительную машину. Объясняется это тем, что измельчение короткомеров в рубительной машине приводит к увеличению доли крупных некондиционных фракций щепы [4].
Существует ряд решений задачи о рольганге с функцией интенсификации динамического воздействия на транспортируемые балансы. Например, в рольганге по патенту [6] транспортируемые в горизонтальной плоскости балансы получают также перемещения в вертикальной плоскости с помощью роликов, поперечные сечения которых имеют форму эллипса. Размещение таких роликов целесообразно только вблизи провалочного окна. Однако форма роликов, поперечные сечения которых очерчены гладкими кривыми, не обеспечивает достаточно интенсивного «встряхивания» транспортируемых балансов, что необходимо для эффективной сортировки по длине транспортируемых балансов.
Чтобы получить требуемое динамическое воздействие, можно заменить ролики в форме цилиндров на ролики в форме призм с поперечным сечением, например, в форме квадрата. На рис. 1 схематично показана секция рольганга с участками 1 и 2, между которыми находится провалочное окно 3. Данная секция встраивается в существующий рольганг. Секция включает в себя стартовый 1 и финишный 2 участки, на которых установлены некруглые ролики 4. Дугообразными стрелками на схеме указано направление вращения роликов. Ролики приводятся в синфазное вращение электродвигателями с передаточными механизмами, например, в виде редукторов и роликовых цепей. Ролики 4 предназначены для транспортировки балансов 5 и 6. Длина провалочного окна 3, измеренная по направлению горизонтального перемещения транспортируемых балансов, не превышает половины наибольшей длины транспортируемого элемента 5. Поэтому короткомеры 6 проваливаются под действием собственного веса в окно 3. Элементы 5 стандартной длины (1,2 м) не проваливаются в указанные проёмы, так как размер проёма (0,5 м) по направлению перемещения меньше половины стандартной длины элемента 5.
Рассмотрим равномерное вращение ролика с квадратным поперечным сечением вокруг неподвижной оси, проходящей через точку О (рис. 2). Рис. 1 показывает, что транспортируемый баланс 5 не может находиться ниже некоторой линии. Отрезок ab этой линии показан на рис. 2. На старте транспортируемый баланс 5 (рис. 2) контактирует с точками a и b (рис. 2). При вращении ролика контактирует с балансом только точка a, если 0 ≤ β≤ α0 . Правомерно предположить, что, перемещаясь по дуге amb, точка a неразрывно связана с балансом 5. Тогда синхронное вращение всех роликов 4 трансформируется в поступательное движение баланса. Поэтому для характеристики движения баланса 5 достаточно рассмотреть движение точки a.
Рис. 1. Секция рольганга с провалочным окном
Рис. 2. Перемещение точки mпо дуге amb
При повороте ролика на угол β точка a, а вместе с ней и транспортируемые балансы перемещаются по дуге amb окружности с центром в точке O. Здесь m – новое положение точки a. При этом
0 ≤ β≤ α0. (1)
Значение α0 детерминируется формой поперечного сечения. Например, для квадрата α0 = 90º, для треугольника α0120º. В рассматриваемом случае угловая скорость вращения роликов ω от времени t не зависит. Поэтому β = ωt. Тогда
0 ≤ ωt≤ α0 , или 0 ≤ t ≤ Т, 
(2)
Рассматривая движение точки m по дуге amb (рис. 2) на отрезке времени t (2), определим горизонтальное перемещение данной точки x(t) = ac – nc = ac – mk:
(3)
вертикальное перемещение
y(t) = mn = kc = Ok – Oc:
(4)
Дифференцируя по времени равенства (3) и (4), найдем скорости и ускорения соответственно в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Формулы (3) и (4) должны использоваться при ограничении (2). Если t > T, то горизонтальные перемещения получают суммированием значений x(t), вычисленных при t = T по формуле (3) с учетом целого числа циклов и остатка от деления t/T. Вертикальные перемещения скорости и ускорения циклически повторяются с периодом T. Появляющиеся при горизонтальных и вертикальных ускорениях силы создают условия для «встряхивания» массива балансов. Тем самым интенсифицируется процесс сортировки транспортируемых рольгангом балансов по длине.
Применение рассмотренного выше технического решения сводится к несложной замене некоторой части цилиндрических роликов на ролики в форме призм. При такой модернизации оборудования необходимо заменить ролики только в области провалочного окна 3 (рис. 1). Необходимо обратить внимание на то, что в рольгангах с цилиндрическими роликами транспортируемые балансы практически не перемещаются по вертикали. То есть сила веса балансов не совершает работы на вертикальных перемещениях. В рассмотренном выше рольганге вертикальные перемещения балансов имеют место. Поэтому на этих перемещениях будет совершаться определенная работа, что потребует затрат энергии. Однако некруглые ролики устанавливаются только в области провалочного окна 3 (рис. 1). Как следствие, дополнительные затраты энергии могут оказаться незначительными по сравнению с эффектом от повышения качества щепы. Другие способы повышения качества щепы рассмотрены, например, в статьях [7–10].
Заключение
В соответствии с целью работы обоснованы возможности повышения эффективности использования рольгангов в древесно-подготовительном цикле целлюлозно-бумажного комбината. Тем самым внесен определенный вклад в решение известной проблемы, которая выражается в том, что качество древесной щепы снижается с увеличением доли короткомеров в общем потоке балансов, транспортируемых по рольгангу к рубительной машине [2, 3]. Рольганг используется как для транспортировки балансов, так и для отбраковки короткомеров. Для интенсификации отбраковки рассмотрено применение рольгангов с роликами в форме призм. В этом случае динамические воздействия интенсифицируют процесс отбраковки короткомеров.
Рецензенты:
Сюнёв В.С., д.т.н., профессор, директор Института рационального природопользования на Европейском Севере, г. Петрозаводск;
Питухин А.В., д.т.н., профессор,зав кафедрой технологии металлов и ремонта, ФБГОУ ПетрГУ, г. Петрозаводск.
Работа поступила в редакцию 23.08.2013.