Мобильные рубительные машины и измельчители биомассы

Машины для измельчения древесины

На страницах нашего журнала неоднократно появлялись публикации с описанием передвижных (или мобильных) рубительных машин. Продолжая тему, попытаемся обобщить информацию об этом весьма разнообразном классе оборудования.

Синонимы понятия «Рубительная машина», часто употребляемые в лесной отрасли: рубильная машина, дробильная машина, измельчитель древесины, шредер, рубилка, дробилка, чиппер.

Измельчитель древесных отходов Lindana TP 160 Mobil
(мобильная рубилка)

Итак, что же такое мобильная рубительная машина? В широком понимании мобильной можно назвать машину, которую легко перевезти к месту нахождения сырья, которая не требует работ по установке (возведения фундамента, прокладывания коммуникаций) и имеет собственный независимый привод. Исторически мобильные рубительные машины появились тогда, когда возникла необходимость в утилизации образующихся при заготовке леса отходов, таких как ветки, сучья, неликвидная древесина небольшого диаметра. Перевозить такой материал для переработки неудобно, а вот получать из него щепу прямо на месте может быть очень выгодно. Например, щеповоз за один рейс вывозит до 30 плотных м³ щепы, тогда как лесовоз берет всего лишь до 20 м³ балансов и тонкомера, не говоря уже о перевозке ветвей и сучьев. Кроме того, для биотопливных предприятий переработка сырья на месте позволяет значительно расширить сырьевую базу, отказаться от дорогостоящих и энергоемких участков первичного измельчения, значительно сократить площади хранения сырья. Не обойтись без применения мобильных измельчителей (рубительных машин) и при обрезке деревьев, растущих вблизи воздушных линий электропередачи. Иногда ветки деревьев, заброшенные воздушным потоком на линии электропередачи, вызывают короткое замыкание. Поэтому специалисты энергетических компаний обязаны постоянно следить за состоянием опор и проводов высоковольтных линий, обрезать ветки деревьев или полностью удалять насаждения вдоль кабельных путей. Незаменимы мобильные рубительные машины при плановых вырезках городских и пригородных лесонасаждений, уборочных работах в садах и парках. К применению мобильных измельчителей подталкивает и законодательство. Согласно Лесному кодексу порубочные остатки должны утилизироваться; лишь в исключительных случаях их разрешается сжигать. В то же время одним из разрешенных способов утилизации порубочных остатков является измельчение с разбрасыванием щепы по поверхности почвы. Однако при больших объемах щепы для нее можно найти более выгодное применение.

Измельчитель древесных отходов Bandit

Как же можно использовать щепу? Существует множество вариантов. Прежде всего, щепа - это сырье для изготовления ДСтП и других плитных и строительных материалов, а также топливных гранул (пеллет). Ее также традиционно используют в качестве топлива для котельных.

Широкое применение она может найти и в сельском хозяйстве, например в качестве подстилки для скота и птиц. Требование к щепе, предназначенной для крупного рогатого скота, коз, овец и лошадей, - отсутствие слишком острых краев; кроме того, она должна быть мягкой. Ее фракционный состав практически не играет роли. Более жесткие требования предъявляются к щепе, используемой для подстилки птицам, - она должна быть однородной мелкой фракции, не травмирующей их нежные лапы. Щепу можно использовать также при копчении пищевых продуктов, в качестве подкормки для скота (после перемола), для получения компоста, декорирования садов и устройства садовых дорожек.

Рубительная машина Pezzolato PZ 150 (измельчитель
древесных отходов)

Некоторые производители измельчителей предлагают не только установки для получения щепы, но и машины для ее окрашивания и расфасовки. Щепа, окрашенная специальными водостойкими красителями, называется мульчей. Это экологически чистый продукт, поскольку краска, применяемая при сухом окрашивании, совершенно нетоксична. Мульча используется в декоративных целях, и это очень популярно на Западе. Выложенные щепой дорожки не только красивы, но и удобны. На них не образуются лужи. Даже намокнув, они не становятся скользкими. В Германии, например, землю под детскими спортивными снарядами засыпают щепой, благодаря чему вокруг них даже в самую сухую погоду нет пыли. И это отнюдь не все возможные варианты применения щепы.

Предлагаемое сегодня на рынке оборудование для производства щепы весьма разнообразно и может быть подобрано для решения конкретных задач. По конструкции мобильные измельчители аналогичны стационарным. Среди них встречаются как дисковые, так и барабанные машины, существуют и другие измельчители (шредеры) различной конструкции. В дисковых рубительных машинах резание древесины осуществляется между ножами, установленными на ножевом диске (роторе), и контрножом, установленным на приемном патрубке. Длина щепы определяется величиной выступа ножей на ножевом диске, которая регулируется при установке ножей. Такого рода машины используют в основном для измельчения круг−лых материалов с целью получения качественной щепы.

Измельчитель древесных отходов
Farmi Forest CH180HF (рубительная
машина)

В рубительных машинах барабанного типа рабочим инструментом является ножевой ротор (барабан) с закрепленными на нем режущими ножами или резцами. Барабанные машины обычно имеют большее проходное сечение, чем дисковые, и менее чувствительны к виду измельчаемого сырья, что позволяет перерабатывать в щепу практически весь древесный сортимент - кругляк, отторцовки, горбыль, рейку, обрезки, кривоствольную и даже предварительно раздробленную древесину. Конечно, при использовании такого сырья щепа получается разнородной и возможно появление на выходе крупных кусков. Но для стабилизации фракционного состава щепы механизм резания барабанных машин оснащается перфорированным поддоном (ситом), размер отверстий которого определяется назначением машины и требованиями к продукту. Таким образом, основное преимущество барабанной рубительной машины перед дисковой- ее универсальность.

Как дисковые, так и барабанные машины требуют регулярной заточки режущих ножей. Необходимость заточки зависит от интенсивности использования машины и параметров сырья, таких как степень загрязненности, плотность древесины (при работе с твердыми породами затачивать ножи нужно чаще, чем при переработке, например, сосны или ели). Частота заточки колеблется от одного раза в день до одного раза в две недели, а необходимость замены ножей возникает каждые 6-12 месяцев, что также определяется качеством исходного сырья.

Первые передвижные измельчители собирались так: стационарные рубительные машины устанавливались на шасси или транспортное средство – автомобиль либо трактор. Но в последние десятилетия в мире, в особенности в странах Американского континента, а также в некоторых европейских (в т. ч. скандинавских) странах, рынок мобильных рубительных машин активно развивается, техника совершенствуется, и пользователям предлагаются все более удобные и производительные мобильные рубительные машины для различных областей применения.

Измельчитель древесины (рубительная машина)
Morbark 22RXL

Основное отличие мобильных измельчителей от стационарных – наличие независимого привода ротора. Ротор рубительной машины подключается либо к двигателю транспортного средства, на котором устанавливается дробилка, либо оснащается собственным двигателем. Наиболее простым и, как следствие, дешевым вариантом решения для мобильного измельчителя является оборудование с приводом от трактора. Ротор измельчителя подключается к валу отбора мощности трактора (ВОМ) через карданный вал. Благодаря тому, что для таких рубительных машин не требуется собственный двигатель, они компактны и могут использоваться в любых местах в пределах проходимости трактора. Такие мобильные рубительные машины изготавливаются в навесном варианте, с креплением на трехточечной подвеске трактора, либо устанавливаются на колесном прицепе. В качестве навесного оборудования, ввиду обязательного условия небольшого веса, чаще используются простые дисковые рубительные машины небольшой производительности, а на прицепах, как правило, устанавливаются более мощные рубительные машины – дисковые или барабанные, с тяжелой системой подачи. Большинство прицепов можно перевозить по дорогам общего пользования со скоростью до 80 км/ч, тяжелые прицепы оборудуются тормозами и световыми приборами. К преимуществам прицепной техники также нужно отнести возможность установки приемного бункера для щепы, который обычно выполняется подъемно-переворотным – для обеспечения быстрой разгрузки. Надо отметить, что мобильные рубительные машины с подключением к валу отбора мощности трактора обладают известными ограничениями. Их вес и мощность, а значит, и производительность ограничиваются мощностью двигателя трактора, однако такие машины, безусловно, отличаются высокой мобильностью и подходящей стоимостью.

Окорочно-рубильная машина Peterson 5000H

Следующим классом мобильных измельчителей являются машины с собственным приводом ротора от бензинового или дизельного двигателя. Выбор двигателя дизельного типа, как правило, оправдан меньшим расходом топлива и большим крутящим моментом, что является важным фактором при пиковых нагрузках на роторе измельчителя. Такие машины в зависимости от веса могут быть установлены на одно− или многоосный прицеп для буксирования легковым автомобилем или седельным тягачом. Существуют также модели, устанавливаемые на грузовой автомобиль или самоходную тележку на гусеничном ходу.

Колесная техника используется при необходимости частых перемещений в легкодоступных местах. Машины на гусеничном ходу применяют в труднодоступных местах или при работе на одной площадке, например на предприятиях, централизованно перерабатывающих древесные отходы.

Рубительный ротор измельчителя древесины

Подача материала к измельчителю может осуществляться как вручную – через направляющий бункер (для маломощных рубительных машин), так и при помощи гидроманипулятора, установленного на транспорте. Использование гидроманипулятора необходимо при измельчении тяжелого и крупногабаритного материала. К тому же это позволяет оператору осуществлять все операции не выходя из кабины. Если гидроманипулятора в легких рубительных машинах нет, для подачи тяжелых веток и стволов можно воспользоваться лебедкой, которой некоторые производители комплектуют свои машины. Способ подачи материала к механизму резания зависит от вида измельчаемого сырья и типа дробилки. Так, для измельчения коротких древесных отходов могут быть удобны дробилки с верхней загрузкой, а для измельчения длинномерного материала (сучьев, горбыля, вершин стволов) удобна фронтальная загрузка. Подачу в легкие дисковые рубительные машины часто выполняют под углом к плоскости диска -– такое конструктивное решение обеспечивает эффективный самозахват и самоподачу материала при помощи ножей ротора. Другие машины, как правило, комплектуются обособленной системой подачи, которая позволяет надежно фиксировать и равномерно подавать материал на измельчение, предотвращает выброс и застревание сырья. Системы подачи материала могут существенно различаться конструктивно в зависимости от типа установки, ее мощности, способа подачи и вида измельчаемого материала. Применяются различные комбинации подающих вальцов, цепей и прижимных механизмов. Обычно такие системы состоят из нижних подающих вальцов или цепей и верхних вальцов с гидравлическим прижимом - как с возможностью регулировки, так и без нее.

Рубительный ротор измельчителя древесины

Выброс щепы происходит под действием потока воздуха, создаваемого в дисковых машинах ножевым диском, а в барабанных – отдельным вентилятором. Выброс осуществляется по отводящему патрубку, который может быть развернут в любую сторону. Некоторые модели оборудуют приводом для дистанционного поворота и наклона отводящего патрубка. Такие системы поставляются как опция - по требованию покупателя. Вообще уровень механизации этих машин весьма высок, что способствует повышению их эффективности и обеспечению комфортных условий работы обслуживающего персонала. Например, широко применяется система управления скоростью подачи No-stress, которая контролирует работу приводного двигателя и при падении числа оборотов отключает подачу материала. При восстановлении необходимого числа оборотов подача автоматически возобновляется. Эта опция не только обеспечивает однородность щепы и исключает остановку ротора, но и позволяет использовать трактор меньшей мощности, что повышает производительность системы в целом.

Существующую измельчительную технику для древесины можно условно подразделить на группы по сферам применения и производительности.

Самые легкие рубительные машины используются для садово-парковых работ. Измельчаемый материал – ветви, сучья, кустарник, тонкомерные стволы диаметром до 100 мм. Поскольку подавать такой материал на измельчение можно вручную, то механизация в этом классе рубительных машин минимальна. Загрузка происходит через приемный патрубок. Производительность такого оборудования – 1–5 м³/ч, а требуемая мощность двигателя – от 10 до 70 кВт.

Для уборки городских парков и скверов, механизации дорожных и коммунальных служб, переработки лесосечных отходов и уборки делянок используют мобильные рубительные машины производительностью до 100 м³ по щепе. Поскольку объемы работ в этом случае значительны, механизация таких рубительных машин позволяет оператору управлять всеми операциями, не выходя из кабины трактора или пользуясь пультом дистанционного управления. Мощность таких рубительных машин доходит до 400 кВт.

Ротор шредера (рубительной машины)
Doppstadt DW-серии

Для измельчения целых деревьев большого диаметра и производства качественной щепы используют мобильные измельчительные установки преимущественно барабанного типа мощностью от 100 до 1000 кВт и производительностью до 100 т/ч. Такие рубительные машины в основном оборудованы собственным двигателем, но есть и модели с приводом от мощного трактора. Размеры приемного устройства позволяют перерабатывать стволы диаметром более метра, а устройство подачи, как правило, состоит из подающего транспортера и верхних прижимных вальцов. Часто такие модели выполняются поворотными, что позволяет подавать деревья для измельчения с любой стороны, без необходимости разворота всей рубительной машины, что в стесненных условиях лесных дорог существенно повышает производительность техники. Еще одной полезной опцией, которой часто оснащают рубительные машины такого класса, является гидроманипулятор со специальным грейферным захватом (woodcracker), способный расщеплять толстые стволы и переламывать толстые ветви деревьев. Укомплектованная таким устройством рубительная машина даже при небольшом проходном сечении может измельчать деревья практически любого диаметра.

Интересную комбинацию мобильного измельчителя и харвестера предлагает компания Silvatec (чиппер, харвестер биомассы). Измельчитель Silvatec 878 CH – это валочно-пакетирующая четырехосная полноприводная машина с установленным в ее передней части дисковым рубительным агрегатом. Эта машина может валить и складывать молодые деревья в колею или сразу измельчать их на щепу, для сбора которой на задней части машины имеется контейнер вместимостью 16 м³. Контейнер может опрокидываться назад на высоте, которая удобна для перегрузки щепы в машину-челнок. На диске измельчителя диаметром 1,2 м установлены два регулируемых ножа, позволяющих изготавливать щепу размером от 15 до 35 мм. Измельчитель оснащен приводом подачи, размер загрузочного окна - 350х350 мм. Эта узкая машина (ширина – от 2170 до 2600 мм − в зависимости от размеров шин) может проезжать между деревьями на лесосеке и измельчать древесину для использования ее в качестве биотоплива. Применение такого чипера исключает необходимость волочить бревна из леса, повреждая при этом стволы молодых деревьев.

Ротор молоткового измельчителя древесины Doppstadt
AK-серии

Для производства качественной щепы для ЦБК и гидролизных заводов, когда содержание коры нормировано, некоторые компании, как, например, Morbark или Peterson, предлагают окорочно-рубительные комплексы, позволяющие одновременно окорять деревья и измельчать их в технологическую щепу, причем содержание коры в ней будет не более 1%. Производительность таких комплексов - около 100 т/ч, а мощность дизельных двигателей – до 1000 л. с. В этих комплексах окорка осуществляется цепным барабаном, а измельчение – дисковой рубительной машиной. Такие машины способны перерабатывать целые деревья, вместе с ветками и сучьями, в технологическую щепу и могут быть легко перевезены к месту работы. Вся установка монтируется на трейлере, что позволяет буксировать ее обычным седельным тягачом. Установка может иметь раздельные или совмещенные приводы окорочного узла и измельчителя. Четыре таких комплекса успешно эксплуатируются на Соломбальском и Енисейском ЦБК, в ПКФ «Квинтекс».

Мобильные рубительные машины, как дисковые, так и барабанные, с приводом от трактора и от собственного двигателя, выпускаются многими производителями. Для того чтобы читатели «ЛПИ» могли составить представление о разнообразии и основных технических характеристиках этих машин, в табл. 1 и 2 приведены характеристики основных моделей известных производителей.Обзор мобильных машин для измельчения древесины не будет полным, если мы не вспомним о машинах для производства биомассы. Такого рода оборудование применяется для измельчения отходов растительного происхождения при производстве топлива, а также для сельскохозяйственных нужд. В рамках этой публикации интересно рассмотреть измельчающее оборудование для получения топливной биомассы. Материалом для производства такого топлива могут служить любые древесные отходы - сучья, ветви, кроны или стволы деревьев, отходы деревообрабатывающих производств, кора, пни, древесный лом и пр. Измельчители древесных отходов, как и рубительные машины, устанавливаются на колесное шасси или гусеничную платформу. Их производительность самая разная - от 8 до 150 т/ч. Использование этого типа оборудования может быть эффективно и в муниципальных хозяйствах, и на предприятиях по переработке отходов. Измельчители выпускаются двух типов: с горизонтальной и вертикальной загрузкой. Машины с вертикальной загрузкой, так называемые измельчители бункерного типа, могут быть оборудованы манипулятором для самопогрузки. Такие дробилки производят топливную щепу из древесных отходов от лесозаготовки, пней, отработанных шпал и прочего короткомерного древесного сырья.

Дробилки с горизонтальной загрузкой преимущественно используют при измельчении длинномерного сырья. По типу рабочего органа это оборудование подразделяется на роторные (Shredders) и барабанные молотковые (Grinders) измельчители. В роторных дробилках измельчение осуществляется резцами, установленными на роторе. В молотковых измельчителях материал дробится при ударном воздействии шарнирно закрепленных на роторе молотков. Молотковые дробилки в сравнении с роторными обеспечивают более высокую степень дробления. В линейках некоторых производителей (например, Doppstadt) есть и комбинированные измельчители. Это машины, в которых материал сначала поступает в роторный измельчитель, разработанный специально для измельчения разного сырья, а затем в молотковую дробилку. Благодаря такой комбинации даже самые проблемные для измельчения материалы могут быть раздроблены до нужной фракции. Такого рода машины используют для измельчения древесных отходов, корней деревьев, свежесрубленных растительных отходов, мусора, бытовых и промышленных отходов, в том числе крупногабаритных, строительных.

Таблица 1. Мобильные дисковые рубительные машины некоторых производителей