單板加工生產(chǎn)線機(jī)械化自動(dòng)化制造技術(shù)

單板加工生產(chǎn)線機(jī)械化自動(dòng)化制造技術(shù)孫雙雙【摘要】介紹了國(guó)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(jī)械與木工設(shè)備》【年(卷)，期】2011(039)006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P4-6,18)【關(guān)鍵詞】單板加工生產(chǎn)線;主機(jī)設(shè)備;膠合板【作者】孫雙雙【作者單位】中央財(cái)經(jīng)大學(xué)財(cái)政學(xué)院，北京100081【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TS642國(guó)外對(duì)膠合板生產(chǎn)成套機(jī)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?cè)谙盗谢?、智能化成套設(shè)備研發(fā)方面特點(diǎn)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(guó)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(tái)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(jī)連接、性能匹配不合理等諸多問題。2010年，國(guó)家林業(yè)局在下達(dá)的十項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)中明確提出，要研究制定促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的政策措施，以吸引多方資金進(jìn)入林業(yè)機(jī)械制造領(lǐng)域；支持林業(yè)先進(jìn)設(shè)備技術(shù)的研發(fā)工作，積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)林業(yè)設(shè)備和技術(shù)，培育大型林業(yè)裝備企業(yè)集團(tuán)，提升我國(guó)林業(yè)裝備制造水平。這為我國(guó)林業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。筆者對(duì)國(guó)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(tuán)有限公司進(jìn)行了調(diào)研，該公司在積極引進(jìn)吸收消化國(guó)外卜先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)生產(chǎn)線主要設(shè)備的技術(shù)特性進(jìn)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(jī)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(jī)、定心上木機(jī)、旋切機(jī)和剪切機(jī)。圖1所示為山東百圣源集團(tuán)有限公司開發(fā)的單板旋切生產(chǎn)線，其由BBP1408原木剝皮機(jī)、BD1308/26B機(jī)械三點(diǎn)定心上木機(jī)、BQ1226/8E數(shù)控單卡軸旋切機(jī)、BQK1813數(shù)控?zé)o卡軸旋切機(jī)和BJ1326A數(shù)控單板剪切機(jī)組成。主輔機(jī)均可全自動(dòng)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(guó)內(nèi)膠合板生產(chǎn)原料主要使用進(jìn)口熱帶大徑級(jí)原木，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的原木剝皮機(jī)亦大多仿制國(guó)外卜產(chǎn)品。隨著我國(guó)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(tuán)有限公司開發(fā)了BBP1413原木剝皮機(jī)，并于2008年推出BBP1408銑刀頭式原木剝皮機(jī)，其可適用于更小徑級(jí)原木的剝皮，且價(jià)格比BBP1413降低4%,工作效率基本相同，這兩種剝皮機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表1。表1兩種原木剝皮機(jī)的技術(shù)參數(shù)常規(guī)剝皮機(jī)銑刀式剝皮機(jī)剝皮機(jī)技術(shù)參數(shù)原木最大長(zhǎng)度/mm剝皮原木直徑/mm刀頭轉(zhuǎn)速/r-min-1進(jìn)給速度/m-min-1輸送帶速度/m-min-1額定油壓/MPa電機(jī)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(jī)主要是應(yīng)用光環(huán)定心原理，如BD1513/26定心機(jī)，其適用于大徑級(jí)原木的定心。近年來(lái)百圣源集團(tuán)有限公司針對(duì)人工林木材的特點(diǎn)，先后研發(fā)出多種型號(hào)的系列數(shù)控機(jī)械三點(diǎn)定心上木機(jī)，如BD1308/26B定心機(jī)。該系列定心機(jī)采用數(shù)控、液壓和氣動(dòng)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行原木自動(dòng)定心，將定心和上木功能融于一體；特別是上木裝置的非對(duì)稱設(shè)計(jì)解決了機(jī)構(gòu)的卡死問題；通過計(jì)算機(jī)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(jī)相連，尤其適用于中小徑級(jí)原木的定心。產(chǎn)品投放市場(chǎng)后，國(guó)內(nèi)外用戶反饋情況良好。用戶在設(shè)備選型時(shí)只需根據(jù)原木直徑和長(zhǎng)度進(jìn)行選擇即可，與光環(huán)定心機(jī)相比，數(shù)控機(jī)械定心機(jī)的功率消耗降低了50%。兩種定心機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表2[1]。表2兩種定心機(jī)的技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)定心直徑/mm原木長(zhǎng)度/mm輸送速度/m-min-1電機(jī)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(jī)械定心機(jī)200~8001850~26009.510.651.3單板旋切設(shè)備單板旋切機(jī)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(jī)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(jí)不同，旋切機(jī)有以下幾種類型。(1)有卡軸旋切機(jī)：有卡軸旋切機(jī)是最為常用的傳統(tǒng)旋切機(jī)，適用的原木直徑范圍為170~800mm,可旋切原木長(zhǎng)度分別為1000~1500mm、1700~2000mm、2150~2700mm。有卡軸旋切機(jī)制造技術(shù)的改進(jìn)主要集中在功能化、自動(dòng)化和提高精度等方面。如新開發(fā)的BQ1326/13機(jī)械單卡軸旋切機(jī)可以旋切原木長(zhǎng)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(wú)卡軸旋切機(jī)：無(wú)卡軸旋切機(jī)是為提高小徑材的出材率而研制的，其可將有卡軸旋切機(jī)旋切后的木芯移送至無(wú)卡軸旋切機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速的公式，通過數(shù)控裝置控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速，可顯著提高刀具的進(jìn)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(wú)卡軸旋切機(jī)系列產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)見表3。表3無(wú)卡軸旋切機(jī)系列產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)最大旋切長(zhǎng)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(jī)BQK18131350BQK18272600SL2600/3260040~28040~3600.8~3.03217.63224.14229.2雙卡軸旋切機(jī)：以往生產(chǎn)的液壓雙卡軸旋切機(jī)和數(shù)控液壓雙卡軸旋切機(jī)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(jī)。近幾年來(lái)開發(fā)生產(chǎn)的BQK1626/8數(shù)控液壓雙卡軸旋切機(jī)采用刀門數(shù)控調(diào)整機(jī)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)防彎壓輥和整機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)速、自動(dòng)裝刀、調(diào)整刀具后角和刀門值，并可實(shí)現(xiàn)空間三點(diǎn)同時(shí)環(huán)抱原木，防彎效果好，適合小徑級(jí)原木旋切，最高旋切速度可達(dá)300m/min，而傳統(tǒng)液壓雙卡軸旋切機(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn)了恒速旋切，與單卡軸旋切機(jī)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(jī)技術(shù)參數(shù)見表4[5]。表4數(shù)控液壓雙卡軸旋切機(jī)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)旋切原木長(zhǎng)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(jī)設(shè)備特性分析1996年以前，國(guó)產(chǎn)單板剪切機(jī)主要為重型剪切機(jī)，用于單板垛的剪切，如BJ1127數(shù)顯重型薄木剪切機(jī)的最大剪切長(zhǎng)度為2670mm、最大剪切寬度和厚度均為400mm。這類剪切機(jī)生產(chǎn)效率較低，加工精度差。隨著單板生產(chǎn)線自動(dòng)化程度愈來(lái)愈高，為適應(yīng)工藝發(fā)展的需要，20世紀(jì)90年代末期，山東百圣源集團(tuán)有限公司研制了BJ1326A數(shù)控單板剪切機(jī)，采用PLC控制系統(tǒng)、刀架運(yùn)動(dòng)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(jìn)料速度下也不會(huì)發(fā)生單板堆疊，實(shí)現(xiàn)了單板連續(xù)自動(dòng)剪切。但與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，該機(jī)尚不具備單板的篩選功能。為進(jìn)一步提高單板生產(chǎn)線機(jī)械化、自動(dòng)化程度，BJG1326數(shù)控輥切單板剪切機(jī)的開發(fā)主要采用了如下先進(jìn)技術(shù)：多刀加工技術(shù)。該技術(shù)可解決目前國(guó)內(nèi)同類型機(jī)床僅有兩把剪刀、不利于實(shí)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(jī)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(fèi)嚴(yán)重，驅(qū)動(dòng)功率消耗亦大，而采用刀軸防彎技術(shù)即可解決單板自動(dòng)剪切的問題。數(shù)控技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的滾剪機(jī)床主要采用機(jī)械傳動(dòng)和進(jìn)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(dòng)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(cè)機(jī)構(gòu)反饋的剪切數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)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(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品性能的對(duì)比見表6。表5單板剪切機(jī)技術(shù)參數(shù)數(shù)控剪板機(jī)數(shù)控輥切剪板機(jī)技術(shù)參數(shù)原木最大長(zhǎng)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(jī)功率/kW剪切電機(jī)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(jī)與國(guó)內(nèi)外設(shè)備對(duì)比項(xiàng)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(shí)間/min加工效率/mmin-1木材利用率/%數(shù)控輥切剪板機(jī)可編程控制器裝刀器安裝同步旋轉(zhuǎn)防彎半自動(dòng)檢板10051810099國(guó)內(nèi)設(shè)備無(wú)數(shù)控系統(tǒng)手動(dòng)機(jī)械夾緊無(wú)無(wú)6010246089國(guó)外設(shè)備可編程控制器裝刀器安裝同步旋轉(zhuǎn)防彎自動(dòng)檢板1505099.53數(shù)控有卡無(wú)卡一體旋切機(jī)針對(duì)大量使用小徑原木的現(xiàn)狀，為了進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和木材利用率，2009年山東百圣源集團(tuán)有限公司開始研發(fā)BQK1913/4數(shù)控有卡無(wú)卡一體旋切機(jī)，該機(jī)集原木輸送、原木定心上木、單卡軸旋切、無(wú)卡軸旋切、碎板剪切處理等多種功能于一體，完全自動(dòng)化控制；雙壓輥驅(qū)動(dòng)進(jìn)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(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，個(gè)別指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，成為同類進(jìn)口設(shè)備的替代產(chǎn)品，與沒有配置有卡無(wú)卡一體機(jī)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(jī)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(wú)卡一體旋切機(jī)BQK1913/4數(shù)控有卡無(wú)卡一體旋切機(jī)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(duì)原木施加旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，與無(wú)卡軸驅(qū)動(dòng)輥同時(shí)驅(qū)動(dòng)原木進(jìn)行旋切。當(dāng)旋切原木達(dá)到設(shè)定尺寸時(shí)卡軸退出，進(jìn)行無(wú)卡軸旋切，且有卡軸旋切與無(wú)卡軸旋切可連續(xù)轉(zhuǎn)換。該機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)如下：關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)控有卡無(wú)卡一體旋切機(jī)采用了數(shù)控技術(shù)、原木自動(dòng)定心技術(shù)、自動(dòng)組合旋切技術(shù)、碎板自動(dòng)剪切處理技術(shù)和組合防彎技術(shù)。創(chuàng)新點(diǎn)。集自動(dòng)定心上木、有卡軸旋切、無(wú)卡軸旋切、碎板剪切于一體，自動(dòng)化程度高，能源消耗低，生產(chǎn)占用空間小；從有卡軸到無(wú)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(jī)控制，防彎效果好，使無(wú)卡軸旋切進(jìn)給更準(zhǔn)確，切削過程更平穩(wěn)；采用碎板自動(dòng)剪切和處理技術(shù)，提高了檢板效率。4結(jié)束語(yǔ)近年來(lái)，我國(guó)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(jìn)和提升了我國(guó)膠合板機(jī)械制造行業(yè)的自動(dòng)化程度，改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)擴(kuò)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(guó)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(xiàn)。注：此文為2010年寒假大學(xué)生社會(huì)調(diào)研習(xí)作；指導(dǎo)老師：許偉才(1967-)，山東百圣源集團(tuán)有限公司副董事長(zhǎng)兼總裁，東北林業(yè)大學(xué)客座教授?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]許偉才，宋修財(cái).機(jī)械三點(diǎn)定心上木機(jī)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2009,37(11):34-36.[2