Оборудование для заводов ДКК большой мощности. Часть II.

Надо сказать, что машиностроительных фирм, способных изготовить необходимые для индустрии ДКК средства механизации и интегрировать всё оборудование в единый комплекс, в мире наберётся очень немного. Наиболее известными в Европе являются германские фирмы Minda, H.I.T. и SMB, австрийская фирма Springer и словенская Ledinek. Специфика работы этих фирм: ограниченный круг заказчиков; специализация на решении сложных инженерных задач и изготовлении несерийного, приспособленного под нужды конкретного заказчика оборудования - такова, что их принято считать не поставщиками оборудования, а «партнёрами по реализации проектов.

Раскрой.

Прежде всего, необходимо заметить, что в Германии и Австрии нередко на предприятиях по производству элементов клеёных конструкций выпускаются также цельные конструкционные брусья KVH, изготовленные с применением сращивания по длине (полученная продукция имеет длину до 12-18 м). Для этого в технологии предусматривается возможность пакетирования брусьев после сращивания и перемещения их на участок упаковки вне основного производственного потока. Необходимость обрабатывать заготовки сечением до 150 х 200 мм сказывается и на выборе оборудования для раскроя и сращивания.

Участок раскроя обычно представляет собой линию, состоящую из буферного накопителя штабелей, механизма разборки штабелей, устройства для контроля влажности пиломатериалов, строгального станка, стола для размётки и сортировки досок, автоматического торцовочного станка, буферных конвейеров перед линией сращивания.

Для разборки штабелей, поступающих в производство, используются два типа механизмов: наклонные подъёмники (рис. 1, а) и вакуумные расштабелёры (рис. 1, б). Как было сказано в первой части статьи, на зарубежных предприятиях стремятся сокращать продолжительность выдержки пиломатериалов в цехе после сушки. Однако, при этом в последние годы неотъемлемой операцией в производственном процессе стал контроль влажности всех досок, поступающих в обработку. Пиломатериалы, имеющие влажность выше или ниже требуемой, автоматически отбраковываются и отправляются на участок дополнительной выдержки. Эффективность этой операции для контроля качества оказалась настолько высока, что наиболее авторитетная европейская сертифицирующая организация в области деревянных конструкций, FMPA, сделала наличие 100%-ного контроля влажности пиломатериалов, поступающих в обработку, одним из основных условий получения сертификата.

Рисунок 1. Механизмы разборки штабелей: 
а – наклонный подъёмник фирмы H.I.T., б - вакуумный расштабелёр фирмы Minda.

Наиболее распространены системы измерения влажности резистивного типа. На больших предприятиях они устанавливаются рядом с цепным конвейером таким образом, чтобы пиломатериалы проходили перед установкой u1074 в поперечном направлении. Как только конец доски оказывается под суппортом влагомера, тот опускается, датчик «впивается» в доску на несколько секунд, а затем суппорт возвращается в исходное положение. В Европе лидерами по изготовлению таких систем являются германские фирмы Gann (установка HYDROMAT DMT-8) и BES Bollmann (установка Tromatic TM-UMEC 2230); оборудование именно этих фирм рекомендует FMPA. На небольших предприятиях ДКК, как правило, используются системы с продольным прохождением материала (по роликовому конвейеру) под суппортом, что даёт возможность измерять влажность каждой доски в нескольких точках. При этом возможно комбинирование влагомера с торцовочным станком на операции оторцовки и раскроя досок; в этом случае по команде с пульта одновременно с движением пилы происходит и опускание датчика влагомера.

Недостатком систем, основанных на контактном, резистивном, методе измерения влажности, является то, что, выполняя замеры в одной точке или даже в двух-трёх точках (в малых установках), они не дают полной информации о распределении влаги по объёму доски. В результате, за последние годы большое распространение получили установки бесконтактного измерения влажности, работающие по микроволновому принципу. Так, в разговоре с сотрудником американской фирмы Wagner Electronics (один из мировых лидеров по производству бесконтактных систем) удалось выяснить, что их оборудование приобрели многие заводы в США, использующие технологию склеивания с нагревом токами высокой частоты. Объясняется это тем, что при склеивании в поле т.в.ч. повышенная влажность отдельных участков досок вызывает нарушение технологического режима, снижение качества клеевых швов и пробои; системы же бесконтактного измерения, контролирующие влажность по всей длине пиломатериалов, позволяют исключить эти проблемы. В Европе подобные системы производит голландская фирма Brookhuis Micro-Electronics (рекомендована FMPA).

Рисунок 2. Установки измерения влажности: 
а – резистивного типа , б – беконтактного (микроволнового) типа.

В первой части статьи было отмечено, что в Европе существует тенденция отказа от строжки пиломатериалов перед сортировкой и раскроем. Ранее эта операция выполнялась для калибровки и облегчения визуальной оценки качества досок, однако, в наши дни крупные заводы ДКК предпочитают покупать пиломатериалы у лесопильных предприятий, обеспечивающих высокое качество поверхности и точность размеров (кстати, в связи с этим некоторым заводам в Германии пришлось отказаться от закупки пиломатериалов в России). В результате, крупные заводы по производству клеёных балок, построенные в последние годы, строгального станка на участке раскроя уже не имеют.

Если же говорить о предприятиях, построенных в предыдущие годы, то для калибровки досок на них используются строгальные станки тяжёлого класса, со скоростью подачи 60 – 80 м/мин, аналогичные тем, которые применяются на участке строжки перед склеиванием. Правда, на некоторых германских предприятиях, например, PHB Redekiner, для калибровки используются специальные строгальные станки с расположенными друг напротив друга вертикальными валами. Это позволяет обрабатывать доски со значительной продольной покоробленностью, не снимая с них лишней стружки (копируя кривизну); покоробленность при этом устраняется на операции поперечного раскроя.

Поперечный раскрой на предприятиях, использующих пиломатериалы прочной сортировки, сводится, главным образом, к получению заготовок с бездефектными участками у торцев. (Как известно, необходимым условием получения прочных зубчатых соединений является отсутствие в зоне фрезерования шипов и вблизи от неё ослабляющих пороков, таких как сучки диаметром более 5 мм, прорости, смоляные кармашки, червоточины, трещины.) Впрочем, на этой операции может выполняться и дополнительная визуальная сортировка по декоративным признакам на наружные и внутренние слои, а в отдельных случаях, при необходимости улучшения декоративных свойств доски, - раскрой с удалением дефектных участков.

Для раскроя используются линии на базе тяжёлых автоматических торцовочных станков, выполняющих рез по меткам браковщика. В Европе такое оборудование изготавливают, главным образом, три фирмы - Dimter, Howial, SMB (Германия).

Рисунок 3. Автоматические торцовочные станки тяжёлого класса: 
а – AS 31 производства фирмы Howial, б – OptiCut 450 фирмы Dimter.

Производительность современных торцовочных автоматов такова, что узким местом в линии является рабочий-браковщик, которому приходится тратить определённое время на оценку качества доски и её разметку. В последние годы были предприняты успешные попытки полностью автоматизировать оценку качества заготовок за счёт замены людей системами распознавания пороков, например, сканерами WoodEye или GoldenEye (см. первую часть статьи). Во многом благодаря появлению такого оборудования стало возможным создание предприятий по производству ДКК мощностью 80 - 100 тыс. кбм в год.

Полученные заготовки поступают на буферный цепной конвейер. Если при раскрое выполняется дополнительная сортировка, в линии предусматриваются два и более буферных накопителя, соответствующие определённым сортам. Фирма Minda на этот случай предлагает интересное решение, позволяющее сэкономить пространство цеха: накопители размещаются один над другим в виде этажерки. (Аналогичные системы уже давно применяются в лесопильном производстве при сортировке пиломатериалов.)

Рисунок 4. Буферные накопители фирмы Minda:
а – обычные, б – этажерочного типа.

Говоря об оборудовании участка раскроя, нельзя не упомянуть одно полезное устройство, предлагаемое изготовителями механизации (Minda, SMB, H.I.T.). Оно предназначено для ориентации всех заготовок по направлению годичных колец и состоит из видеокамеры, распознающей положение колец, и механизма, который при необходимости переворачивает заготовки. Как известно, существуют определённые правила ориентации слоёв в сечении клеёного элемента: крайние ламели должны быть обращены наружными пластями вовне, внутренние ламели должны иметь одинаковое расположение годичных колец. Кроме того, уже на стадии сращивания по длине требуется, чтобы годичные кольца у заготовок были расположены одинаково. Устройство, ориентирующее пиломатериалы определённой пластью вверх, таким образом, ликвидирует u1087 последнее препятствие для полной автоматизации производства.

Сращивание.

Можно выделить три основных типа линий для сращивания пиломатериалов: 
1) линии с шипорезными станками конвейерного типа, 
2) линии с шипорезными станками пакетного типа, 
3) линии с шипорезными станками компактного типа (compact finger-jointing lines).

Линии с шипорезными станками конвейерного типа считаются исторически первым оборудованием для промышленного сращивания на зубчатый шип. Они возникли в США и до сих пор являются в Северной Америке основным типом линий для склеивания по длине. Наиболее известными поставщиками таких линий для заводов ДКК в настоящее время являются американские фирмы Coe Manufacturing (точнее, подразделение Mann-Russell этой фирмы) и Industrial Woodworking, канадские фирмы Conception RP и Doucet. Производительность линий этих фирм, оснащённых гусеничными и вальцовыми прессами и подвижными торцовочными узлами (flying saws), достигает 150 … 180 м/мин. В линии часто встраиваются тоннели нагрева токами высокой частоты (RF-tunnels). Казалось бы, зачем добиваться отверждения клеевых швов в линии, тратить на это энергию, когда можно просто складировать плети после сращивания на механизированном накопителе, где швы сами собой отвердеют? Дело в том, что выпуск заготовок с уже отверждёнными клеевыми швами позволяет контролировать качество склеивания в реальном времени, а не дожидаться их «дозревания» в обычных условиях в течение 8-12 часов, чтобы взять образцы на тесты (ведь может так получиться, что всё это время цех будет выпускать «брак»!). Более того, в линию можно встроить ещё и роликовый механизм нагружения (аналогичный механизмам для сортировки по прочности), и получить сплошной автоматический контроль прочности зубчатых соединений (proof-loading). Часто именно так и делается. В линию сращивания часто встраивают и четырёхсторонний строгальный станок. На схеме, изображённой на рис. 6, он помещён между т.в.ч-тоннелем и подвижной торцовочной пилой.

Рисунок 6. Линия сращивания пиломатериалов CRP 3000 производства фирмы Conception RP.

Для Европы, как известно, традиционными являются линии с пакетными шипорезными станками. Соединения на вертикальных зубчатых шипах, получаемые на этих линиях, считаются несколько более прочными, чем соединения на горизонтальных шипах, получаемые на линиях конвейерного типа. Для производства клеёных конструкций применяются линии со специальными пакетными шипорезными станками, позволяющими обрабатывать заготовки большой длины. С такими линиями используются специальные механизмы для набора пакетов (укладки заготовок на кромку).

Раньше в Европе такими линиями, как правило, немецкого производства, оснащались все без исключения цеха клеёных конструкций, однако, в наши дни они уступают место линиям компактного типа. Дело в том, что пакетные шипорезные станки, неплохо зарекомендовавшие себя в прочих областях деревообработки, для выпуска клеёных конструкций оказались малопригодными: трудно было надёжно базировать пакет заготовок длиной 4-6 м из-за неизбежной небольшой их покоробленности, в результате чего возникали сложности с получением качественных зубчатых соединений.

Этого недостатка лишены линии компактного типа. Особенность их конструкции состоит в том, что заготовки проходят через станок по одной, а шипорезный суппорт, опускаясь, фрезерует шипы, причём за один цикл поднимания и опускания суппорта обрабатывается как передний торец входящей заготовки, так и задний торец предыдущей. Как правило, в одной установке сосредотачиваются и шипорезный суппорт, и пресс (два мощных прижима, выполняющих попутно ещё и функцию захватов при фрезеровании шипов). Нанесение клея осуществляется одновременно с нарезанием шипов - на шипорезном суппорте имеется клеенаносящий узел. Иногда, впрочем, фрезерование шипов, нанесение клея и прессование выполняются на трёх отдельных установках – для повышения производительности.

Лидерами по выпуску установок компактного типа являются фирмы SMB и Howial. В число основных изготовителей входят и две другие германские фирмы – GreCon и Somako Hirsch+Attig, относительно недавно занявшиеся выпуском линий компактного типа.

Рисунок 7. Линии сращивания компактного типа: 
слева – производства фирмы Howial (модель HVP-25), в центре – фирмы SMB, справа – фирмы Somako Hirsch + Attig.

Мощь установок поражает воображение не меньше, чем их компактность: усилие прессования – до 30 – 40 т, ширина заготовок – до 280 – 310 мм, толщина – до 120-150 мм! Это значит, что линию можно использовать не только для сращивания слоёв клеёных конструкционных элементов, но и для выпуска цельных конструкционных брусьев (KVH), широко используемых в домостроении. Для многих европейских производителей ДКК, в особенности германских, этот факт значит так много, что они заменяют действующие линии пакетного типа на «компактные». Правда, производительность последних при сращивании заготовок слоёв всё же оставляет желать лучшего: у большинства моделей она не превышает 5 соединений в минуту, самые «быстрые» линии делают 10. Впрочем, для предприятий с объёмом производства до 30 – 40 тыс. м3 в год этого вполне достаточно, и линии компактного типа здесь являются оптимальным решением.

Тем не менее, спрос на линии с большой пропускной способностью всё же растёт, и европейским станкостроителям сегодня приходится решать непростую задачу: как совместить высокую производительность, характерную для линий конвейерного типа, и максимальную прочность соединений, характерную для линий компактного типа и линий с пакетными шипорезами? Компромиссное решение этой проблемы нашли инженеры австрийской фирмы Ledinek, разработавшие линию Kontizink, в которой используется шипорезный конвейер, но заготовки по этому конвейеру перемещаются в положении «на кромку», что позволяет фрезеровать вертикальные шипы (рис. 7). Скорость прессования на вальцовом прессе непрерывного действия составляет до 150 м/мин.

Рисунок 8. Линия сращивания Kontizink производства фирмы Ledinek.

И всё же, по мнению многих специалистов, включая и автора статьи, выигрыш в прочности вертикальных зубчатых соединений перед горизонтальными слишком невелик (особенно при использовании шипов длиной 8-12 мм), чтобы ради этого так усложнять и удорожать технологию склеивания. По другую сторону Атлантики к этому выводу пришли уже давно. Сейчас, похоже, к нему начинают склоняться и европейцы – недаром фирма Ledinek наряду со сложной и громоздкой линией Kontizink предлагает и классическую линию конвейерного типа Eurozink.

Рисунок 9. Механизмы укладки пакетов: а – фирмы Howial, б- фирмы H.I.T.

На выходе из пресса пила по сигналу датчика длины отрезает плеть необходимого размера, и готовая ламель (заготовка слоя) по роликовому конвейеру перемещается к подстопному месту, соответствующему её сорту. Специальным механизмом ламели укладываются в стопу (рис. 9), которая затем опускается на цепи механизированного накопителя.

Артем Лукичев
Опубликовано в журнале «Дерево.ru», май – июнь 2006.