Рубительный комплекс РБ-55: проверка качества

Компания «Доза-Агро» более 10 лет производит рубительные машины и комплексы под торговой маркой «Доза-Гран». Недавно компания вывела на рынок новую рубительную машину серии РБ-АМ. Учёные Нижегородского государственного инженерно-экономического университета под руководством доктора технических наук Сергея Булатова провели производственные испытания нового комплекса для измельчения древесных материалов.

Результаты этой работы подтвердили, что технические характеристики машины соответствуют требованиям, заявленным производителем.

В центре внимания

Объектом исследования выступал рубительный комплекс РБ-55 — 4К (рис. 1). В его состав входит сама рубительная машина и три конвейера: первый — подающий материал к машине, второй — собирающий, установленный непосредственно после неё, и третий — выгрузной, предназначенный для транспортирования измельчённого продукта в накопительную ёмкость. Суммарная установленная мощность электродвигателей комплекса составляет 67,6 кВт. Из них 4,5 кВт приходится на электропривод конвейеров.

Как видно из схемы на рис. 2, главными элементами рубительной машины являются установленные в корпусе (1) рубительный барабан (5) с четырьмя ножами, сито (4) и подающий механизм (7). Вращение барабана осуществляется от электродвигателя (2) через ременную передачу (3). Подающий механизм затягивает поступающие с подающего конвейера материалы и подаёт их к рубительному барабану.

Материал зажимается между ножами барабана и контрножами (5), где происходит его перерубание. Перерезанные куски материала вращаются вместе с ножами рубительного барабана и многократно подвергаются измельчению, пока их размеры не окажутся меньше размеров отверстий сита и не выведутся из зоны измельчения. Измельчённый материал в дальнейшем от рубительной машины отводит собирающий конвейер.

Заводом-изготовителем предусмотрены сита с квадратными отверстиями. При проведении оценки рабочих параметров устанавливались решёта с отверстиями 40×40 и 70×70 мм (рис. 3).

Производственные испытания

Опыты проводились при следующих установленных настроечных параметрах: диаметр рубильного барабана по концам ножей — 630 мм; частота его вращения — 500 мин-1; зазор между кромками ножей и контрножей — 2 мм.

В качестве измельчаемого материала использовался неокорённый горбыль хвойных пород (сосна) влажностью 23–30% и круглый лесоматериал (ель) средней влажностью 47,8%. Габаритные размеры горбыля составляли: длина — 2 000 мм, ширина — 150 мм, толщина — 25–30 мм. В соответствии с методикой ОСТ 13-28-74 рассчитан объём одного горбыля по максимальным размерам (2 х 0,15 х 0,025 = 0,0075 м3) и выбран поправочный коэффициент 0,48. Объём круглого лесоматериала определялся согласно ГОСТ 2708-75.

Оценивалось влияние вида измельчаемого материала и способа его подачи на пропускную способность, энергозатраты и качество измельчения рубительного комплекса. Подачу измельчаемого материала осуществляли последовательно по одной доске (бревну) и параллельно по 2-3 доски (2 бревна). Подачу материала в рубительную машину задавали, изменяя скорость ленты подающего конвейера, начиная с минимальной. В процессе измельчения проводился замер суммарной потребляемой мощности комплекса РБ-55 при различной подаче материала и рассчитывалась пропускная способность рубительной машины.

После каждого опыта производился отбор пробы измельчённого материала и оценивался его размер. Размер измельчённого материала определяли посредством его рассева. Для этого был изготовлен набор сит с квадратными отверстиями размером 5×5, 10×10, 15×15, 20×20, 25×25 мм.

При определении размеров щепы из проб учёные выделяли навеску массой 100 г и рассевали на лабораторном рассеве РЛ в течение пяти минут. Затем они взвешивали остатки на каждом сите и строили графики. Дополнительно из каждого остатка на сите выбирали наибольшие и наименьшие частицы и определяли их размеры с помощью штангенциркуля.

Результаты проверки

При измельчении горбыля с увеличением пропускной способности происходит рост потребляемой мощности W. При 6,5 м3 она составляет около 38 кВт. При этом наблюдается резкое снижение удельных энергозатрат wуд. В диапазоне от 0,64 до 6,5 м3 данный показатель снижается с 15,3 до 5,9 кВт·ч/м3.

Анализ графиков показывает, что наибольший остаток наблюдается на сите с отверстием
5×5 мм. Независимо от пропускной способности, масса остатка на данном сите превышает 50% от всей навески. С ростом пропускной способности крупность измельчения увеличивается.

При измельчении горбыля не удалось достичь максимально возможной пропускной способности при полной загрузке установленной мощности электродвигателей. Поэтому принято решение увеличить коэффициент живого сечения решета с 0,48 до 0,52 за счёт увеличения размеров отверстий с 40×40 до 70×70 мм. Для равномерной загрузки машины в качестве сырья использовались брёвна ели.

Проведена серия опытов по определению максимальной пропускной способности. Входными параметрами в ходе опытов выступали: схема подачи материала, его объём и скорость ленты. На выходе фиксировались время измельчения, потребляемая мощность, а также оценивалась пропускная способность.

С увеличением скорости подачи растёт пропускная способность комплекса. Её максимально зафиксированное значение составило 23 м3/ч при скорости подачи 0,21 м/с бревна длиной 4 м. При этом и потребляемая мощность принимает максимальное значение 68,23 кВт. Основной электродвигатель работает в режиме перегрузки около 8%. Однако по удельным энергозатратам наблюдается минимальное значение из всех проведённых опытов, которое составило 2,97 кВт∙ч/м3.

На пропускную способность также влияют способ подачи, длина и объём измельчаемого бревна. Более короткие и тонкие брёвна затягиваются и измельчаются быстрее, поэтому пропускная скорость возрастает. При параллельной подаче процесс нестабилен, так как брёвна периодически застревают, время измельчения увеличивается, и, как следствие, снижается пропускная способность. Исходя из наблюдений, при параллельной загрузке желательно, чтобы подаваемый материал имел одинаковую высоту, а для круглого материала, соответственно, диаметр.

Фракционный состав в среднем аналогичен фракционному составу измельчённого на сите 40×40 мм горбыля. Это позволяет исследователям говорить о том, что величина отверстий сита не имеет существенного влияния на фракционный состав измельчённой древесины.

Выводы исследователей

1. Построены прогнозные зависимости в виде полиномы третьей степени, позволяющие рассчитать потребляемую мощность измельчения от пропускной способности рубительного комплекса.
2. По выведенным зависимостям спрогнозирована максимальная пропускная способность РБ-55 при измельчении горбыля сосны влажностью
   23–30% — 9 м3.
3. Пропускная способность рубительного комплекса при измельчении круглого лесоматериала (ель) также описывается полиномой третьей степени.
4. Максимальная пропускная способность РБ-55 при измельчении круглого лесоматериала (ель) влажностью 47,8% достигает 23 м3/ч. При этом суммарная потребляемая мощность электродвигателей составляет 68,23 кВт.
5. Величина отверстий сита не оказывает существенного влияния на фракционный состав измельчённой древесины.