Экономическая целесообразность мероприятий

Рассмотрим процесс  производства более подробно.

Сортировка по диаметрам и гидротермическая обработка, как правило, происходит на складе сырья предприятия. К цеху сырье подвозится автотранспортом. В цехе бревна сначала подвергаются обязательной окорке.

Черновая обработка сырья может производиться как на станках позиционного роторного типа, так и на проходных станках роторного типа. В данном случае это не играет большой роли, т.к. в последующем будет производиться дополнительная чистовая обработка. Предполагается, что вырезание компенсационного паза будет производиться на этом же оборудовании за один проход.

Сушка. На процессе сушки стоит остановиться более подробно. Использование традиционных конвективных камер для сушки оцилиндрованных заготовок нецелесообразно, так как сушка в них материала большого сечения занимает очень много времени и имеет большие энергозатраты. В этом случаем стоит рассмотреть технологию вакуумной сушки, которая в последнее время набирает популярность.

Технология вакуумной  сушки привлекательна прежде всего  тем, что она предоставляет реальную возможность значительно сократить продолжительность сушки при сохранении качества высушенных пиломатериалов, а в ряде случаев – повысить его.

Процесс сушки в вакууме состоит из перемещения пара и влаги к поверхности древесины и испарения в окружающую среду. Образовавшийся пар путем диффузии переходит в окружающую среду. В вакууме по мере уменьшения давления среды в поверхностном слое слабеют межмолекулярные связи, и те молекулы, у которых силы взаимодействия меньше других, отрываются и диффундируют в среду. При вязкостном режиме в камере они испытывают много столкновений на пути к стенке камеры. Поэтому часть их возвращается обратно, способствуя созданию пограничного слоя, часть остается в пространстве, объединяясь в ассоциации, а часть конденсируется, достигая стенки камеры и отдавая ей тепло конденсации. Температура стенки повышается, часть адсорбированных на ней молекул снова отражается, поэтому стенку необходимо интенсивно охлаждать. Чем ниже температура охлаждения, тем больше конденсация водяного пара. Для интенсивного испарения необходимо, чтобы относительная влажность среды не увеличивалась, а поддерживалась в соответствии с режимом. Интенсивное испарение влаги с поверхности древесины вызывает быстрое снижение ее влажности до предела гигроскопичности. После этого влага начинает перемещаться к поверхности древесины. По ее толщине образуется две зоны: околоповерхностная – диффузионная и внутренняя – капиллярная. По мере высушивания диффузионная зона углубляется. В результате интенсивного испарения влаги поверхность древесины быстро охлаждается до температуры окружающей среды и образуется пограничный слой, поэтому сушка резко замедляется. Чтобы интенсифицировать процесс испарения при таких условиях, необходимо либо разрушить пограничный слой над поверхностью, либо максимально уменьшить его толщину. Таким образом, материал при вакуумной сушке необходимо постоянно нагревать. Отсюда вытекает необходимость комбинирования вакуумной сушки с другим способом нагрева.

В последние годы на рынке сушилок древесины доминирует два вида вакуумных камер. Первый вид с циклическим нагревом и второй с контактным нагревом древесины. В циклических камерах тепло к древесине подводится циклически конвективным способом. В этом случае в вакуумной камере размещаются калориферы и вентиляторы для циркуляции теплоносителя. Роль теплоносителя  играет  паровоздушная смесь. После нагрева древесины до  заданной  температуры калориферы  и  вентиляторы  отключаются  и начинается процесс вакуумирования. Выделяющийся  из  древесины  пар конденсируется  на  стенках  камеры или  в  специальных  конденсаторах, куда  подводится  охлажденная  вода. При этом способе прогрев древесины и  процесс  вакуумирования  чередуются до окончания процесса сушки. К этому способу относится и вакуумно-импульсная сушка (ВИС), когда вакуум создается  не  в  рабочей  камере,  а  в дополнительной  емкости  (ресивере). По  окончании  нагрева  древесины камера  с  помощью  клапанов  быстро сообщается  с  ресивером,  в  котором предварительно создан вакуум. Вокруг древесины нужный  уровень вакуума создается за  считаные  секунды,  и влага частично  удаляется в жидкой фазе.

В вакуумных камерах  с контактным нагревом передача тепла  материалу производится пластинами, которые укладываются в штабель  пиломатериалов. Пластины чередуются с пиломатериалами. Пластины нагреваются горячей водой или электроэнергией. Электрические нагреватели применяются жесткие или гибкие. Гибкие нагреватели изготовлены из прочной прорезиненной синтетической ткани с протянутой внутри углеродной нитью, и иногда их называют «электрополотенцами». Недостатками этого способа сушки являются сложность укладки штабеля, низкий коэффициент использования пространства камеры, закрытие пласти пиломатериалов нагревательными элементами.

Одним из перспективных  направлений в интенсификации сушки древесины является использование энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ). При этом способе сушки центральные зоны поперечного сечения бревна высыхают раньше, чем периферийные зоны. Из-за высокой проницаемости древесины вдоль волокон пар удаляется через торцы бревна. Удаление части влаги в виде пара через свободную от влаги капиллярную систему древесины обеспечивает ее «пропаривание», т. е. влаготепловую обработку, при которой происходит снятие остаточных напряжений, а следовательно, уменьшается проявление внутренних и внешних повреждений в пиломатериале, улучшается качество получаемой продукции. Однако этот способ интенсификации сушки имеет и ряд минусов: большая стоимость комплектующих и ненадежность магнетронов-излучателей, к тому же в силу новизны технологии, сушильные камеры, использующие ее, еще не выпускаются массово.

В итоге, в процессе производства оцилиндрованных бревен предлагаю  использовать вакуумно-импульсные камеры.

Непосредственно после  сушки заготовок необходима их выдержка (остывание). Далее производится чистовая оцилиндровка с вырезанием укладочного паза и оцилиндрованный погонаж подается на участок выборки чашек и торцевания согласно схеме раскроя.

Пропитка  консервантом из антисептиков и антипирена. Детали и изделия должны подлежать обработке биозащитными средствами. Параметры защищенности древесины должны отвечать требованиям ГОСТ 20022.0 – 99. Использование вакуумных технологий позволяют достигать уникальных результатов не только в сушке, но и в пропитке древесины.

Существуют  разные технологии пропитки (импрегнации) древесины. Вот две наиболее популярные:

1. Вакуум — атмосферное давление (Vac-Vac, Double Vacuum). Применение способа пропитки вакуум - атмосферное давление - вакуум позволяет сократить время обработки. Для этого способа необходимо специальное оборудование - автоклав, герметичный цилиндр, в котором можно создавать вакуум или давление. После загрузки в автоклав материала создают вакуум (0,075-0,09 МПа) в течение 10-15 мин, затем в автоклав, не прерывая вакуумирования, подают антисептик, после чего делают давление в автоклаве равным атмосферному и древесину выдерживают в растворе 5-30 мин. В результате перепада давлений раствор проникает в древесину. После пропитки в автоклаве создают осушающий вакуум в течение 10-15 мин. Глубина пропитки такая же, как при способе горяче-холодных ванн до 10 мм, но время пропитки сокращается до 1 часа.
2. Вакуум — давление — вакуум (Vacuum Pressure). Используется для наиболее глубокого проникновение антисептического состава в древесину.

Технологические этапы процесса ВДВ (вакуум-давление-вакуум):

- на первой стадии обрабатываемый материал помещается в специальную камеру. Здесь создается вакуум, с помощью которого из древесины откачивается весь воздух;

- в камеру обработки из резервуара поступает защитный состав;

- затем создается гидравлическое давление, благодаря которому пропиточный раствор закачивается в подготовленные клетки древесины;

- спустя некоторое время, необходимое для глубокого проникновения защитного средства в древесину, его перекачивают обратно в резервуар;

- в камере снова образуется вакуум, за счет которого с поверхности обрабатываемой древесины снимаются остатки пропиточного состава;

- после этого давление в камере восстанавливается до атмосферного. За счет разницы давлений (низкого внутри обрабатываемого материала и атмосферного в камере), защитный состав втягивается в клетки древесины.

При использовании  данного метода лучше, чтобы обрабатываемый материал был хорошо просушен, поскольку  высокое содержание влаги может препятствовать проникновению защитного состава в клетки древесины. Предпропиточная влажность древесины при таком способе пропитки не должна превышать 30%.

Контрольная сборка сруба нужна для того, чтобы на предприятии-изготовителе проконтролировать точность и качество готовых оцилиндрованных заготовок. Как правило, процесс сборки происходит на отдельном участке производства. Там же происходит маркировка бревен сруба. Она нужна для упрощения повторной сборки конечным потребителем (заказчиком или строителями).

Далее сруб разбирается  и заготовки упаковываются.

Детали и  изделия следует поставлять полным комплектом на одно здание согласно проектной  документации по комплектовочной ведомости (отгрузочной спецификации). По согласованию изготовителя с потребителем допускается поставка неполного комплекта. Детали и изделия должны быть упакованы в транспортные пакеты и блок-пакеты в соответствии с требованиями правил перевозки грузов, утвержденных соответствующими ведомствами. Допускается укладывать в пакет детали и изделия разной длины и марок.

Вариант 2 технологической  схемы

Вследствие  рассмотренных особенностей технологии производства, а так же использования  вакуумно-конвективных сушилок, предложенная технологическая схема может быть несколько упрощена:

1. сортировка по диаметрам и гидротермическая обработка сырья;
2. подача сырья в цех автотранспортом;
3. окорка сырья;
4. оцилиндровка бревен с вырезанием компенсационного и укладочного пазов за один проход на станках позиционного роторного типа;
5. сушка сырых заготовок в вакуумно-конвекционных камерах до конечной влажности 15-20%;
6. выдержка заготовок;
7. выборка чашек и торцевание согласно схеме раскроя. Так как после сушки могут проявиться трещины и коробление заготовок, на этом этапе эти пороки вырезаются, оставшиеся короткие заготовки используются в дальнейшем согласно спецификации сруба;
8. пропитка консервантом из антисептиков и антипирена в установках вакуумной пропитки древесины автоклавного типа методом вакуум-давление-вакуум;
9. выдержка заготовок;
10. контрольная сборка сруба;
11. маркировка заготовок по местонахождению в срубе;
12. разборка сруба и упаковка заготовок.

2 Технологические решения

 

1. Структурная схема технологического процесса

 

Структурная схема размещения оборудования в цехе по производству стеновых заготовок представлена на рисунке 2.1.

 

2.2 Головное оборудование

 

В проектируемом цехе предполагается установка следующего оборудования:

1. окорочный станок ОК 63-2;

2. оцилиндровочный станок  ОФ-28Ц;

3. сушильные вакуумно-конвективные  камеры Гелиос-Вакуум-16;

4. станок для выборки венцовых чашек ПФ-32АМ;

5. торцовочный станок ЦПА-32;

6. станок ВФ-32А для фрезерования пазов и лысок на торцах бревен;

7. пропиточная камера  АТ 1,2-2×8.

Приведем технические  характеристики перечисленного оборудования.

 

Техническая характеристика станка  ОК 63-2:

 

Диаметр окариваемой  древесины, мм	100-550
Длина окариваемой древесины, м	2,7 и более
Скорость подачи, м/мин	0,2;0,26;0,39;0,49;0,65;1,0
Частота вращения, об/мин	150;200;300
Количество режущего инструмента в роторе, ед.	6
Количество обслуживающего персонала, чел	1
Общая установленная  мощность, кВт	50
Мощность, кВт	25 (привод подачи 2х12,5 кВт)
Габаритные размеры, мм	7960 2215 2565
Масса станка с околостаночным оборудованием, кг	9840

 

Техническая характеристика станка ОФ-28Ц:

 

Максимальный диаметр  обрабатываемого бревна в комле, мм	400
Минимальный диаметр  обрабатываемой заготовки, мм	200
Длина обрабатываемого  бревна, мм	5950-6150
Скорость подачи, м/мин       рабочий ход       холостой ход	0 - 3,2  3,2
Частота вращения, об/мин        оцилиндровочной головки        фрезерных шпинделей	950  3000
Номинальная мощность привода, кВт
подачи	1,1
оцилиндровочного  шпинделя	45
шпинделя  фрезерного узла (компенсационный  паз)	7,5
шпинделя фрезерного узла (утеплительный раз)	11
Габаритные размеры, мм:	10550 1950 1680