Повышение эффективности работы лесопильных рам

Настоящая публикация посвящена разработке конструкции рамной пилы, обеспечивающей повышение производительности лесопильного оборудования. Пила оснащена зубьями новой конфигурации с двумя противоположно направленными режущими кромками, шарнирно закрепленными на металлическом полотне.

С началом эры промышленного лесопиления продольный раскрой круглых лесоматериалов выполнялся в основном на пилорамах по групповому способу, то есть группой пил (поставом), что обеспечивало распиловку лесоматериалов вразвал или с брусовкой. По традиционно применяемой технологии на лесопильных рамах первого ряда осуществлялась выработка бруса и боковых необрезных досок, а на лесопильной раме второго ряда – раскрой бруса вразвал с получением обрезных досок.

Преимущества использования лесопильных рам следующие:

• меньшая толщина пропила, чем на круглопильных станках (2–2,5 мм вместо 7–10 мм);
• более высокая точность формирования пиломатериалов определенной толщины, чем на ленточно-пильных станках;
• бóльший объемный выход пилопродукции, чем при пилении на круглопильных станках;
• возможность использования блока пил при проходном методе пиления;
• возможность использования сырья разного качества, в том числе низкокачественного;
• возможность распиловки круг­лых лесоматериалов большого диаметра на широкопросветных рамах;
• многолетний опыт промышленного использования лесопильных рам и отработанные стандартные технические и технологические решения по организации лесопильных потоков на их базе;
• наличие промышленных комплектов средств механизации лесопильных потоков, а также опытного обслуживающего персонала по эксплуатации пилорам и подготовке рамных пил.

Производство пилорам было отработано и оптимизировано, что положительно сказывается на цене оборудования: в настоящее время она довольно низка. Лесопильные рамы активно выпускались отечественной промышленностью, поэтому у предприятий и сервисных организаций достаточно запчастей, необходимых для обслуживания лесопильной техники, что немаловажно в период западных экономических санкций.

В последние годы в отечественном лесопилении активно используется импортное современное деревообрабатывающее оборудование, как правило, на базе ленточно-пильных и круглопильных станков. Лесопильные рамы почти не применяются на современных предприятиях и не выпускаются зарубежной промышленностью. Имеющийся на отечественных крупных лесопильных предприятиях парк лесопильных рам считается морально и физически устаревшим. В то же время лесопильные рамы можно с успехом применять на предприятиях лесопромышленного комплекса. Прежде всего на постепенно, но уверенно возрождающихся лесопромышленных складах. Лесопильная продукция этих предприятий не требует высокой точности изготовления и может удовлетворять огромный внутренний спрос. Склады могут поставлять шпалы, строительный брус, обрезные и необрезные строительные пиломатериалы, тарные комплекты, допускающие значительные припуски на дальнейшую обработку и невысокую чистоту поверхности.

Разработка конструкции пилы

Известные технологические недостатки лесопильных рам можно существенно нивелировать за счет повышения устойчивости и долговечности применяемых пил, точности их базирования и движения, использования аэростатических направляющих и направляющих ножей, а также пиления древесного сырья с кривизной не более 2%.

Повышение производительности рамных пил возможно за счет увеличения числа ходов пильной рамки в единицу времени. Однако геометрия зубьев традиционно используемых рамных пил позволяет осуществлять пиление только при движении пильной рамки вниз. Ход снизу вверх холостой, и при этом моменте возможно скобление дна пропила задними стенками зубьев пилы, а также значительное давление древесины на пильное полотно, возрастающее с увеличением подачи. Это давление в легких малопроизводительных тихоходных рамах (с частотой вращения главного вала до 275 об./ мин) снижают или исключают за счет применения толчковой подачи.

В быстроходных двухэтажных рамах (с частотой вращения главного вала до 700 об./мин) уменьшают скобление зубьев о дно пропила и снижают давление на пилы за счет уклона инструмента в вертикальной плоскости, что вызывает значительные напряжения в пильных полотнах и усложняет конструкцию пильного механизма. Для устранения указанных недостатков лесопильных рам необходимо постоянно синхронизировать скорость резания и подачи. Однако приемлемое техническое решение такой синхронизации пока не найдено.

Повышения производительности лесопильных рам можно добиться не увеличением числа ходов пильной рамки, а применением рамных пил новой конструкции, обеспечивающих раскрой древесины при движении пильной рамки не только вниз, но и вверх. Конструкция новой рамной пилы представлена на рис. 1.

Новая рамная пила оснащена зубьями особой конфигурации (с двумя противоположно направленными режущими кромками), которые закреплены шарнирно на металлическом полотне. При воздействии силы резания зубья могут отклоняться на определенный угол от нейтрального положения. Величина отклонения зубьев пилы ограничивается уступами на пильном полотне. Уступы выполнены таким образом, чтобы расстояние между режущей кромкой зуба в плоскости резания в нейтральном и рабочем положении было не меньше подачи на зуб Uz. На рис. 1 сплошной линией показан зуб в нейтральном положении, а пунктирной – зуб в момент резания при движении пильного полотна вниз.

Крепление зуба осуществляется охватыванием полотна пилы. В пластине зуба должна быть прорезь, которая обеспечивает его продвижение при установке в сторону пильного полотна и надежную фиксацию пластины с помощью шарнира.

На рис. 2а показано положение зуба в момент подачи древесины при движении рамной пилы вниз, а на рис. 2б – то же при движении рамной пилы вверх.

Шаг предлагаемой конструкции зубьев пил на пильном полотне по условиям размещения примерно в 1,5 раза больше шага зубьев пил согласно ГОСТ 5524–75 «Пилы для вертикальных лесопильных рам. Технические условия». В связи с этим число зубьев пил предлагаемой конструкции может быть в 1,5 раза меньше числа обычных зубьев, размещаемых на длине активной части пилы.

Известно, что число режущих кромок n традиционно используемых пил определяется по формуле

n = L/t,

где L – длина активной части пилы, м; t – шаг зубьев пилы, м.

Число режущих кромок n1 на пиле предлагаемой конструкции будет равно

n1 = 2L/1,5t.

А отношение числа режущих кромок пил предлагаемой конструкции к числу режущих кромок на традиционно используемых пилах равно

n1/n = (2L/1,5t)/(L/t) = 1,33.

Таким образом, увеличение числа режущих кромок пилы предлагаемой конструкции в 1,33 раза позволяет существенно повысить производительность лесопильной рамы – ориентировочно на 33% за счет повышения посылки бревна в период полного оборота главного вала.

Недостатком новой пилы является более сложная конструкция, чем у традиционной, что повышает ее стоимость. Однако этот аспект оправдывается следующими плюсами:

• повышением производительности лесопильных рам;
• снижением давления древесины на пильные полотна в направлении, совпадающем с направлением подачи;
• исключением или резким снижением проскальзывания подающих вальцов относительно древесины;
• сохранением размеров постоянного пильного полотна (в обычных пилах его ширина уменьшается после каждой переточки зубьев и в конечном счете пила выбраковывается);
• исключением технологической операции развода или плющения зубьев, за счет того что зубья предложенной формы при пилении формируют пропил, ширина которого больше толщины пильного полотна;
• отсутствием необходимости наклона пильной рамки, обязательного при раскрое традиционными пилами;
• значительным повышением срока службы пил, уменьшением числа переточек за счет использования в конструкции вставных зубьев из стали повышенной прочности или с режущей кромкой на основе твердых сплавов.

Предложенная конструкция пилы с шарнирно закрепленными зубьями новой конфигурации позволяет повысить производительность лесопильных рам и сократить затраты на их обслуживание. Пилы такой конструкции могут быть востребованы и эффективно использоваться деревообрабатывающими предприятиями, на которых сохранилась база лесопильного оборудования на основе лесопильных рам.

Алексей Бирман, д-р техн. наук, профессор СПбГЛТУ