單板加工生產(chǎn)線機械化自動化制造技術(shù)

單板加工生產(chǎn)線機械化自動化制造技術(shù)孫雙雙【摘要】介紹了國內(nèi)木材單板加工生產(chǎn)線的技術(shù)開發(fā)成果以及主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，可為相關(guān)膠合板類產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)改造和設(shè)備選型提供參考.【期刊名稱】《林業(yè)機械與木工設(shè)備》【年(卷)，期】2011(039)006【總頁數(shù)】4頁(P4-6,18)【關(guān)鍵詞】單板加工生產(chǎn)線;主機設(shè)備;膠合板【作者】孫雙雙【作者單位】中央財經(jīng)大學(xué)財政學(xué)院，北京100081【正文語種】中文【中圖分類】TS642國外對膠合板生產(chǎn)成套機械設(shè)備的研發(fā)起步較早，發(fā)展也較快，尤其以歐洲的意大利、芬蘭以及亞洲的日本為代表，他們在系列化、智能化成套設(shè)備研發(fā)方面特點鮮明、技術(shù)含量高，在木材利用、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展方面都走在了世界的前列。國內(nèi)膠合板設(shè)備制造企業(yè)主要以中低端產(chǎn)品開發(fā)為主，智能化成套設(shè)備的研發(fā)起步較晚。大多數(shù)膠合板設(shè)備制造企業(yè)以生產(chǎn)單臺設(shè)備為主，但設(shè)備功能及質(zhì)量參差不齊；在生產(chǎn)線設(shè)備的配置過程中，存在主輔機連接、性能匹配不合理等諸多問題。2010年，國家林業(yè)局在下達的十項重點任務(wù)中明確提出，要研究制定促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的政策措施，以吸引多方資金進入林業(yè)機械制造領(lǐng)域；支持林業(yè)先進設(shè)備技術(shù)的研發(fā)工作，積極引進國外先進林業(yè)設(shè)備和技術(shù)，培育大型林業(yè)裝備企業(yè)集團，提升我國林業(yè)裝備制造水平。這為我國林業(yè)機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機遇。筆者對國內(nèi)最大膠合板設(shè)備制造企業(yè)之一的山東百圣源集團有限公司進行了調(diào)研，該公司在積極引進吸收消化國外卜先進技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了單板加工生產(chǎn)線設(shè)備的研發(fā)并批量生產(chǎn)。下面對生產(chǎn)線主要設(shè)備的技術(shù)特性進行分析，以期為相關(guān)企業(yè)技術(shù)改造和設(shè)備更新?lián)Q代提供參考。1單板旋切主機設(shè)備特性分析木材單板加工生產(chǎn)線設(shè)備主要有原木剝皮機、定心上木機、旋切機和剪切機。圖1所示為山東百圣源集團有限公司開發(fā)的單板旋切生產(chǎn)線，其由BBP1408原木剝皮機、BD1308/26B機械三點定心上木機、BQ1226/8E數(shù)控單卡軸旋切機、BQK1813數(shù)控?zé)o卡軸旋切機和BJ1326A數(shù)控單板剪切機組成。主輔機均可全自動操作，最高旋切速度300m/min，出板速度42m/min，板厚控制精度±1%,板厚設(shè)定分辨率0.01mm，回零誤差0.01mm，壓榨率5%~10%。與原有同類設(shè)備相比，生產(chǎn)效率提高10%，生產(chǎn)線同步誤差小于0.01mm。圖1單板旋切生產(chǎn)線1.1原木剝皮設(shè)備2005年以前，國內(nèi)膠合板生產(chǎn)原料主要使用進口熱帶大徑級原木，國內(nèi)生產(chǎn)的原木剝皮機亦大多仿制國外卜產(chǎn)品。隨著我國膠合板生產(chǎn)原料的變化，開始大量使用人工林木材，原有的剝皮裝備已不再適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)狀。為此，山東百圣源集團有限公司開發(fā)了BBP1413原木剝皮機，并于2008年推出BBP1408銑刀頭式原木剝皮機，其可適用于更小徑級原木的剝皮，且價格比BBP1413降低4%,工作效率基本相同，這兩種剝皮機的技術(shù)參數(shù)見表1。表1兩種原木剝皮機的技術(shù)參數(shù)常規(guī)剝皮機銑刀式剝皮機剝皮機技術(shù)參數(shù)原木最大長度/mm剝皮原木直徑/mm刀頭轉(zhuǎn)速/r-min-1進給速度/m-min-1輸送帶速度/m-min-1額定油壓/MPa電機總功率/kW2700300~1300200~80014600.8-1327.9426.41.2原木定心設(shè)備2003年以前生產(chǎn)的原木定心機主要是應(yīng)用光環(huán)定心原理，如BD1513/26定心機，其適用于大徑級原木的定心。近年來百圣源集團有限公司針對人工林木材的特點，先后研發(fā)出多種型號的系列數(shù)控機械三點定心上木機，如BD1308/26B定心機。該系列定心機采用數(shù)控、液壓和氣動等先進技術(shù)進行原木自動定心，將定心和上木功能融于一體；特別是上木裝置的非對稱設(shè)計解決了機構(gòu)的卡死問題；通過計算機編程可完成上木軌跡的設(shè)定，定心精度偏差小于2mm；定心速度快、上木操作占用空間小，且定心、上木裝置與旋切機相連，尤其適用于中小徑級原木的定心。產(chǎn)品投放市場后，國內(nèi)外用戶反饋情況良好。用戶在設(shè)備選型時只需根據(jù)原木直徑和長度進行選擇即可，與光環(huán)定心機相比，數(shù)控機械定心機的功率消耗降低了50%。兩種定心機的技術(shù)參數(shù)見表2[1]。表2兩種定心機的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)定心直徑/mm原木長度/mm輸送速度/m-min-1電機總功率/kW氣源用量/m3-h-1光環(huán)定心350~13001900~270010.523.70數(shù)控機械定心機200~8001850~26009.510.651.3單板旋切設(shè)備單板旋切機體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是單板旋切生產(chǎn)線的核心設(shè)備，其直接影響旋切單板的質(zhì)量。單板旋切機的厚度加工范圍為0.25~5.5mm,其中以單板厚度1~3mm的加工均勻性最好。根據(jù)所加工的原木徑級不同，旋切機有以下幾種類型。(1)有卡軸旋切機：有卡軸旋切機是最為常用的傳統(tǒng)旋切機，適用的原木直徑范圍為170~800mm,可旋切原木長度分別為1000~1500mm、1700~2000mm、2150~2700mm。有卡軸旋切機制造技術(shù)的改進主要集中在功能化、自動化和提高精度等方面。如新開發(fā)的BQ1326/13機械單卡軸旋切機可以旋切原木長度的范圍為1500~2700mm、直徑為135~1300mm［2］，具有更加寬泛的加工范圍。無卡軸旋切機：無卡軸旋切機是為提高小徑材的出材率而研制的，其可將有卡軸旋切機旋切后的木芯移送至無卡軸旋切機上再次旋切，旋切木芯直徑可小于25mm。數(shù)控?zé)o卡軸旋切機進給裝置采用數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)旋切原理可建立伺服電機轉(zhuǎn)速、傳動輥轉(zhuǎn)速、刀架體行程和單板厚度之間的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出控制伺服電機轉(zhuǎn)速的公式，通過數(shù)控裝置控制伺服電機轉(zhuǎn)速，可顯著提高刀具的進給精度。旋切刀采用液壓裝刀的方式，壓尺架通過20°的傾斜導(dǎo)軌面與刀架體相連，在旋切過程中，特別是旋至木芯直徑很小的情況下仍可以保持壓榨率一致，從而保證了旋切單板厚度的均勻性［3-4］。無卡軸旋切機系列產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)見表3。表3無卡軸旋切機系列產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)最大旋切長度/mm旋切直徑/mm旋切單板厚度/mm出板速度/m-min-1總功率/kW數(shù)控?zé)o卡軸旋切機BQK18131350BQK18272600SL2600/3260040~28040~3600.8~3.03217.63224.14229.2雙卡軸旋切機：以往生產(chǎn)的液壓雙卡軸旋切機和數(shù)控液壓雙卡軸旋切機主要是用于旋切超大直徑的原木，旋切剩余的木芯直徑較大。如BQ1626/16B(8英尺)、BQ1613/13A(4英尺)液壓雙卡軸旋切機。近幾年來開發(fā)生產(chǎn)的BQK1626/8數(shù)控液壓雙卡軸旋切機采用刀門數(shù)控調(diào)整機構(gòu)、動力驅(qū)動防彎壓輥和整機數(shù)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動測速、自動裝刀、調(diào)整刀具后角和刀門值，并可實現(xiàn)空間三點同時環(huán)抱原木，防彎效果好，適合小徑級原木旋切，最高旋切速度可達300m/min，而傳統(tǒng)液壓雙卡軸旋切機的旋切速度僅為100m/min。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，使BQK1626/8旋切機實現(xiàn)了恒速旋切，與單卡軸旋切機相比，旋切速度提高20%以上，出材率提高15%以上，旋切效率提高30%以上。數(shù)控液壓雙卡軸旋切機技術(shù)參數(shù)見表4[5]。表4數(shù)控液壓雙卡軸旋切機技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)旋切原木長度/mm旋切原木直徑/mm旋切單板厚度/mm雙卡軸直徑/mm主軸轉(zhuǎn)速/r-min-1總功率/kWBQK1626/82500~2700200~8000.35~3.0160/700~400230.22單板剪切主機設(shè)備特性分析1996年以前，國產(chǎn)單板剪切機主要為重型剪切機，用于單板垛的剪切，如BJ1127數(shù)顯重型薄木剪切機的最大剪切長度為2670mm、最大剪切寬度和厚度均為400mm。這類剪切機生產(chǎn)效率較低，加工精度差。隨著單板生產(chǎn)線自動化程度愈來愈高，為適應(yīng)工藝發(fā)展的需要，20世紀90年代末期，山東百圣源集團有限公司研制了BJ1326A數(shù)控單板剪切機，采用PLC控制系統(tǒng)、刀架運動調(diào)整結(jié)構(gòu)及刀片與刀砧輪組合的結(jié)構(gòu)，即使在60m/min的進料速度下也不會發(fā)生單板堆疊，實現(xiàn)了單板連續(xù)自動剪切。但與國外同類產(chǎn)品相比，該機尚不具備單板的篩選功能。為進一步提高單板生產(chǎn)線機械化、自動化程度，BJG1326數(shù)控輥切單板剪切機的開發(fā)主要采用了如下先進技術(shù)：多刀加工技術(shù)。該技術(shù)可解決目前國內(nèi)同類型機床僅有兩把剪刀、不利于實現(xiàn)缺陷單板的快速剪切及提高單板利用率等問題。刀軸防彎技術(shù)。普通剪板機大多采用加大刀軸尺寸的加工方法，加工難度大、原材料浪費嚴重，驅(qū)動功率消耗亦大，而采用刀軸防彎技術(shù)即可解決單板自動剪切的問題。數(shù)控技術(shù)。目前國內(nèi)生產(chǎn)的滾剪機床主要采用機械傳動和進給技術(shù)，剪切單板質(zhì)量差、木材的利用率低，不能滿足自動化生產(chǎn)的需求。采用數(shù)控技術(shù)后，單板剪切參數(shù)可通過監(jiān)測機構(gòu)反饋的剪切數(shù)據(jù)進行自動調(diào)整，使單板剪切效率、木材利用率均提高了10%以上。單板剪切設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見表5,與國內(nèi)外同類產(chǎn)品性能的對比見表6。表5單板剪切機技術(shù)參數(shù)數(shù)控剪板機數(shù)控輥切剪板機技術(shù)參數(shù)原木最大長度/mm開啟距離/mm最高剪切次數(shù)/t-min-1最大剪切線速度/m-min-1送料速度/m-min-1送料電機功率/kW剪切電機功率/kW26505570401~6（中板用）6-60（面板用）42361503.711表6BJG1326數(shù)控輥切單板剪切機與國內(nèi)外設(shè)備對比項目數(shù)控系統(tǒng)刀具安裝防彎裝置檢板系統(tǒng)剪切速度/m-min-1剪切精度/mm調(diào)整時間/min加工效率/mmin-1木材利用率/%數(shù)控輥切剪板機可編程控制器裝刀器安裝同步旋轉(zhuǎn)防彎半自動檢板10051810099國內(nèi)設(shè)備無數(shù)控系統(tǒng)手動機械夾緊無無6010246089國外設(shè)備可編程控制器裝刀器安裝同步旋轉(zhuǎn)防彎自動檢板1505099.53數(shù)控有卡無卡一體旋切機針對大量使用小徑原木的現(xiàn)狀，為了進一步提高生產(chǎn)效率和木材利用率，2009年山東百圣源集團有限公司開始研發(fā)BQK1913/4數(shù)控有卡無卡一體旋切機，該機集原木輸送、原木定心上木、單卡軸旋切、無卡軸旋切、碎板剪切處理等多種功能于一體，完全自動化控制；雙壓輥驅(qū)動進給比普通防彎裝置的防彎效果更好，每分鐘可旋切小徑原木2~3根，主要性能指標達到國際先進水平，個別指標達到國際領(lǐng)先水平，成為同類進口設(shè)備的替代產(chǎn)品，與沒有配置有卡無卡一體機的生產(chǎn)線相比，木材利用率提高20%，加工精度提高15%，設(shè)備占用空間節(jié)省50%，生產(chǎn)效率提高30%，生產(chǎn)成本降低40%。2010年11月該機通過山東省科技廳鑒定，其外形結(jié)構(gòu)如圖2所示［6］。圖2數(shù)控有卡無卡一體旋切機BQK1913/4數(shù)控有卡無卡一體旋切機在旋切原木的初始階段卡軸參與旋切，卡軸根據(jù)出板的線速度對原木施加旋轉(zhuǎn)動力，與無卡軸驅(qū)動輥同時驅(qū)動原木進行旋切。當旋切原木達到設(shè)定尺寸時卡軸退出，進行無卡軸旋切，且有卡軸旋切與無卡軸旋切可連續(xù)轉(zhuǎn)換。該機的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點如下：關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)控有卡無卡一體旋切機采用了數(shù)控技術(shù)、原木自動定心技術(shù)、自動組合旋切技術(shù)、碎板自動剪切處理技術(shù)和組合防彎技術(shù)。創(chuàng)新點。集自動定心上木、有卡軸旋切、無卡軸旋切、碎板剪切于一體，自動化程度高，能源消耗低，生產(chǎn)占用空間小；從有卡軸到無卡軸旋切可以連續(xù)轉(zhuǎn)換，旋切效率和精度高，木材利用率高；采用雙壓輥通過伺服電機控制，防彎效果好，使無卡軸旋切進給更準確，切削過程更平穩(wěn)；采用碎板自動剪切和處理技術(shù)，提高了檢板效率。4結(jié)束語近年來，我國木材單板加工設(shè)備的研發(fā)水平及其制造技術(shù)有很大程度的提高，促進和提升了我國膠合板機械制造行業(yè)的自動化程度，改進了產(chǎn)品質(zhì)量，同時擴大了人工速生林木材在膠合板生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用，提高了原木出材率和產(chǎn)品附加值。今后膠合板設(shè)備制造企業(yè)還需在設(shè)備制造精度、功能完善等方面繼續(xù)加大自主創(chuàng)新研發(fā)力度，為加快我國膠合板設(shè)備制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展做出更大的貢獻。注：此文為2010年寒假大學(xué)生社會調(diào)研習(xí)作；指導(dǎo)老師：許偉才(1967-)，山東百圣源集團有限公司副董事長兼總裁，東北林業(yè)大學(xué)客座教授?！鞠嚓P(guān)文獻】[1]許偉才，宋修財.機械三點定心上木機的設(shè)計創(chuàng)新[J].林業(yè)機械與木工設(shè)備，2009,37(11):34-36.[2