Фактическая производительность лесопильного цеха м3 бревен

УДК 674.093.002.1
Р. Е. Калитеевский, д. т. н., профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН,
член-корреспондент МАН ВШ; А. М. Артеменков; А. А. Тамби; А. В. Гаврюков, СанктПетербургская государственная лесотехническая академия, Санкт-Петербург, Россия.
Методика и пример расчета процессов окорки, сортировки
и накопления пиловочных бревен
Ключевые слова: Методика расчета, окорка, сортировка, оперативный запас, емкость
склада.
В последние несколько лет произошли коренные изменения в области технологии,
оборудования и систем управления лесопильной промышленности.
Вместо лесопильных рам в современных процессах лесопиления используется фрезерное, фрезерно-профилирующее, фрезерно-ленточнопильное и фрезерно-круглопильное
бревнопильное оборудование, имеющее в несколько раз большую производительность,
чем лесопильные рамы. Скорость подачи такого оборудования достигает до 200 метров в
минуту. Вместо полумеханизированных сортплощадок для сортировки сырых пиломатериалов используются автоматизированные линии для выборочной торцовки и автоматической сортировки досок по сечениям.
Оперативный (предварительный) запас рассортированных бревен (период работы лесопильного потока на одном поставе) предназначен для обеспечения синхронной работы
системы: «сортировка бревен – склад рассортированного сырья – лесопильный цех» с
начала работы лесопильного цеха.
Предварительный запас обеспечивает равномерность поступления в запас бревен
различных сортировочных групп, дискретность обращения бревнопильных линий к запасам и выборку из запаса бревен только тех групп, которые распиливаются в определенный
период работы лесопильного цеха, различия режимов при распиловке бревен различных
сортировочных групп и другие причины, которые могут привести к асинхронности рассматриваемой системы.
Моделирование процессов интенсивности поступления и распиловки бревен показывает, что вместимость (необходимая емкость) склада рассортированного сырья может в
несколько раз превышать начальный (оперативный) запас бревен.
Поэтому основным условием перед расчетом оперативных запасов и вместимости
склада рассортированного сырья является расчет производственной мощности многопоточных лесопильных цехов с определением граничных диаметров бревен перерабатываемых на специализированных бревнопильных линиях, так как только в этом случае можно
избежать разбалансировки интенсивности поступления и обработки пиловочника в лесопильном цехе.
Правильный выбор сортировочной линии возможен только при расчете её необходимой производительности именно в штуках (а не в кубометрах) сортируемых бревен. Это
объясняется тем, что, например, при фактической производительности 4600 бревен в смену при сортировке на линии бревен со средним диаметром 18 см, её производительность в
кубометрах бревен будет в два раза меньше, чем при сортировке бревен со средним диаметром 26 см (при равенстве прочих условий). Поэтому при выборе типа и параметров
линии для сортировки бревен одним из первоочередных вопросов является определение
её необходимой цикловой производительности, включающей в себя не только машинное,
но и неперекрытое вспомогательное время работы оборудования, по следующей формуле,
бревен в смену:
Qц 
л/ц
где Qф
Qфл/ц  К с
qср  К исокбс  Т г
,
– фактическая производительность лесопильного цеха; K с – коэффициент пре-
вышения комплексной линии по сравнению со средней производительностью лесопильного цеха; Tг – годовой фонд времени работы комплексной линии, смена; qср – объем бревна среднего диаметра, средней длины, м3. При необходимости, например, с точки зрения
предварительного выбора линии, могут быть сделаны повторные скорректированные расчеты.
К исокбс – коэффициент использования комплексной линии, определяемый по следующей формуле:
К
окбс
ис
окбс
где К ти
К
окбс
ти
К
окбс
з
окбс
ок
бс
  tсл.пр
  н  tсл.пр
  tпл.пр
   tз 
  1 
 ,
 1 
Т

t
T

с
з

с



– коэффициент технического использования окорочно-сортирующей линии;
К зокбс – коэффициент загрузки оборудования, зависящий от его надежности (в зависимости от уровня надежности оборудования может быть принят от 0,8 до 0,95);
планируемые простои комплексной линии, мин;
участков окорки и сортировки бревен, мин;
t
з
t
ок
сл.пр
и
t
бс
сл.пр
t
окбс
пл.пр
–
– случайные простои
– время простоев комплексной линии по
организационным причинам, мин.  н – коэффициент межучасткового наложения случайных потерь оборудования окорки и сортировки бревен определяемый по следующей формуле:
н 
 ср
,
Т ц  Еmax
 ср 
2
где  ср – среднее время простоя для устранения неполадок, с; Tц – длительность рабочего цикла, с; Emax – максимальное количество предметов труда, вмещаемых накопителем.
Моделирование рассматриваемых процессов на ЭВМ показывает, что величина оперативного запаса A при регламентированных и равных периодах работы лесопильных
потоков в основном равна сумме минимальных партий запуска, м3 пиловочника. Наиболее
точный расчет может быть получен только при моделировании процесса подготовки сырья к обработке на конкретном лесопильном предприятии, с присущими ему условиями.
Оперативный запас бревен A , м3, определяется по следующей формуле:
А  Т n  Qсрбл  nгр ,
где Tn – количество смен работы лесопильного цеха; nгр – количество сортировочных
групп бревен, на каждую линию приходится не более 3 – 4 групп, для их рационального
бл
использования; Qср – средняя производительность бревнопильных линий, м3/смену,
определяемая по формуле:
Q 
бл
ср
Qфл/ц
Тг  N
,
лц
где Qф – фактическая производительность лесопильного цеха, м3 бревен/год; N – количество линий в лесопильном цехе, шт.
Время накопления оперативного запаса, смен:
Тн 
А
П с  К исокбс  qср  Т с
,
где П с – пропускная способность принятой линии, бревен в мин.
Емкость склада рассортированных бревен, м3
Е  ( 1,4...1,85 )  А .
Меньшая вместимость склада требуется при сортировке сырья перед однопоточными, а большая перед многопоточными лесопильными цехами и при большом числе сортировочных групп бревен. Кроме того, вместимость склада зависит от возможности иметь
информацию как о фактических объемах бревен тех или иных размерных групп, находящихся на складе к началу очередного периода работы лесопильного цеха, так и об их поступлении от линии сортировки в течение этого периода времени. При наличии автоматизированных систем учета и управления можно обойтись меньшей вместимостью склада
рассортированного сырья.
Для расчета страхового запаса бревен перед лесопильным цехом необходимо знать
тип линии, производящей распиловку пиломатериалов.
Например, к фрезерно-
профилирующей линии на базе HewSaw SL250 в смену поступает максимально порядка
740 м3 бревен, а в течение получаса 740 / 16 = 46,25 м3 пиловочника. Таким образом, стра-
ховой запас составляет 46,25 м3 бревен. Исходя из этого, рассчитывается цикл работы и
число автопогрузчиков, обеспечивающих синхронную работу системы: «окорка и сортировка бревен – склад рассортированного сырья – лесопильный цех». Естественно, что количество приемных транспортеров перед лесопильным цехом для рассортированных бревен равно количеству бревнопильных линий, в данном случае 1 шт.
Схема системы «окорка и сортировка бревен – склад рассортированного сырья – лесопильный цех»: 1 – поперечный транспортер для приемки нерассортированных бревен; 2 – металлоискатель; 3 – карманы-накопители для некондиционных бревен с металлическими включениями; 4 – окорочные станки; 5 – система сбора и обработки информации о каждом бревне; 6 – карманы-накопители для рассортированных
бревен; 7 – склад рассортированного сырья; 8 – приемный транспортер перед лесопильным цехом для рассортированных бревен; 9 – устройство для ориентации бревен
перед их распиловкой по вершинному торцу; 10 – накопитель бревен перед бревнопильным оборудованием; 11 – например, лесопильная рама первого ряда или фрезерно-брусующий станок на первом проходе.
Цикловая производительность комплексной линии ОК-БС, бревен в минуту, определяется по следующей формуле:
Qцокбс 
Qц
.
Тс
Пропускная способность окорочного участка из двух окорочных станков, например
2ОК40 и 2ОК63-1, бревен в минуту, определяется следующей формулой:
U1
U2
,

( l  l ) ( l  l )
где U 1 и U 2 – скорость подачи окорочных станков, м/мин; l – средняя длина бревен, м;
l – средняя величина межторцового разрыва, м.
Разница между максимальной пропускной способностью окорочного участка и цикловой производительностью комплексной линии должна составлять примерно 1,2 – 1,5
раз, что может позволить обеспечить нормальную работу комплексной линии окорки и
сортировки бревен даже в зимнее время.
При необходимости в линии окорки и сортировки бревен устанавливается большее
количество окорочных станков. В линии также могут быть установлены устройства для
оцилиндровки комлей бревен. Применение последних может повысить объемный выход
пиломатериалов на 1 – 2 %, а производительность бревнопильного оборудования на 10 %
и более. Число карманов-накопителей, шт., в данных условиях на комплексной линии ОКБС определяется по формуле:
N карм  nгр  nрез  nотб  nкон ,
где nгр – количество сортировочных групп бревен; nрез – количество резервных карманов,
принимаемое в размере 15 – 20 % от числа сортировочных групп бревен в зависимости от
организации и режимов работы оборудования, осуществляющего уборку из накопителей и
их транспортировку на склад рассортированного сырья; nотб – накопители, в которые
направляется низкокачественное сырье, например, для выработки технологической щепы;
nкон – конечный карман, куда попадают бревна, в процессе сортировки которых по тем
или иным причинам произошли сбои в системах их замера и адресации.
При сортировке, например, бревен двух пород число карманов накопителей практически удваивается.
Ниже приведен пример расчета процесса подготовки пиловочного сырья к обработке
при следующих условиях:
лц
Фактическая производительность лесопильного цеха Qф = 370000 м3 бревен в год.
Окорка и сортировка пиловочника осуществляется на комплексной линии ОК-БС K с =
1,1. Средний диаметр бревен на предприятии 18 см и средняя длина бревен 5,1 м. Планируемые простои комплексной линии
окорки и сортировки бревен
t
ок
сл.пр
t
окбс
пл.пр
= 24 мин;
плексной линии по организационным причинам
= 30 мин. Случайные простои участков
t
t
з
бс
сл.пр
= 24 мин. Время простоев ком-
= 48 мин; Tг = 500 смен.
Предварительные расчеты показывают, что для обеспечения окорки и сортировки
пиловочника при производственной мощности предприятия 370 тыс. м3 бревен в год
необходима комплексная линия БС60-2Ф с пропускной способностью 17 бревен в минуту,
(т.е. с длительностью рабочего цикла Tц = 3,5 с) и с максимальным количеством бревен в
накопителе между участком окорки и сортировки E = 10 бревен.
При этих условиях коэффициент использования комплексной линии
К
окбс
ис
К
окбс
ти
К
окбс
з
окбс
ок
бс
  tсл.пр
  н  tсл.пр
  tпл.пр
   tз 
  1 
 =
 1 
Т

t
T
з
с
с 

 
48 
 30  24  0,91  24  
 1 
  1 
 = 0,742;
480  48

  480 
н 
 ср
180

 0,91,
Т ц  Еmax
3,5  10
180 
 ср 
2
2
так как среднее время простоя для устранения неполадок
ср  3600  1  Yбр   3600  1  0,95  180 с.
Требуемая цикловая производительность комплексной линии в данном случае, шт.
бревен в смену.
Qц 
Qфл/ц  К с
qср  К
окбс
ис
Тг

370000  1,1
 7314 шт. бревен в смену.
0,15  0,742  500
Оперативный запас бревен A , м3, при периоде работы лесопильного цеха Tn = 2
смены при трех сортировочных группах бревен nгр  3 равен
А  Т n  Qсрбл  nгр  2  740  3  4440 м3;
Q 
бл
ср
Qфл/ц
Тг  N

370000
 740 м3/смену.
500  1
Емкость склада рассортированных бревен E , м3:
Е  1,85  А  1,85  4440  8214 м3.
Время накопления оперативного запаса Tн , смен:
Тн 
А
Пс  К
окбс
ис
 qср  Т с

4440
 4,88 смен.
17  0,742  0,15  480
Для расчета страхового запаса бревен перед лесопильным цехом допустим, что в нем
установлена одна фрезерно-профилирующая линия на базе R250. Из расчета видно, что к
станку в смену поступает максимально порядка 740 м3 бревен, а в течение получаса 740/16
= 46,25 м3 пиловочника. Таким образом, страховой запас составляет порядка 46,25 м3 бревен. Исходя из этого, рассчитывается цикл работы и число автопогрузчиков, обеспечивающих синхронную работу системы: «окорка и сортировка бревен – склад рассортированного сырья – лесопильный цех». Естественно, что количество приемных транспортеров
перед лесопильным цехом для рассортированных бревен равно количеству бревнопильных линий, в данном случае 1.
При цикловой производительности комплексной линии ОК-БС 7906 бревен в смену,
её цикловая производительность в минуту составляет 7314 / 480 = 15,23 бревен.
На окорочном участке из двух окорочных станков 2ОК40 и 2ОК63-1 может быть
максимально пропущено
U1
U2
70,2 60



 24,11 бревен в минуту.
( l  l ) ( l  l ) 5,4 5,4
Здесь U 1 и U 2 – скорость подачи окорочных станков 2ОК40 и 2ОК63-1 соответственно,
м/мин; l – средняя длина бревен, м и l – средняя величина межторцового разрыва, м.
В этих условиях разница между максимальной пропускной способностью окорочного участка и цикловой производительностью комплексной линии составляет примерно 1,5
раза (24,11 / 15,23 = 1,58), что может позволить обеспечить нормальную работу комплексной линии окорки и сортировки бревен даже в зимнее время.
Число карманов-накопителей в данных условиях на комплексной линии ОК-БС:
N карм  nгр  nрез  nотб  nкон  15  3  2  1  21 шт.
Библиографический список
1. Калитеевский Р. Е. Лесопиление в 21 веке. – СПб.: Профи Информ, 2005. – 480 с.
2. Калитеевский Р. Е. Теория и организация лесопиления. – М.: Экология, 1995. –
325 с.
3. Калитеевский Р. Е. Метод расчета производственной мощности лесопильных
предприятий, основные процессы лесопиления и методика их расчета: Текст лекций. –
СПб.: СПбЛТА, 2002. – 124 с.
4. Калитеевский Р. Е. Оборудование, процессы и организация производства пиломатериалов: Учебное пособие. – СПб.: СПбЛТА, 2003. – 154 с.
Сведения о публикации
Р.Е. Калитеевский, А.М. Артеменков, А.А. Тамби, А.В. Гаврюков. Методика и пример расчета процессов окорки, сортировки и накопления пиловочных бревен. Архангельск ИВУЗ “Лесной журнал”, №2. 2008 г., с. 53 –
60.