单板加工生产线机械化自动化制造技术

单板加工生产线机械化自动化制造技术孙双双【摘要】介绍了国内木材单板加工生产线的技术开发成果以及主要设备的结构和技术参数，可为相关胶合板类产品生产企业的技术改造和设备选型提供参考.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷)，期】2011(039)006【总页数】4页(P4-6,18)【关键词】单板加工生产线;主机设备;胶合板【作者】孙双双【作者单位】中央财经大学财政学院，北京100081【正文语种】中文【中图分类】TS642国外对胶合板生产成套机械设备的研发起步较早，发展也较快，尤其以欧洲的意大利、芬兰以及亚洲的日本为代表，他们在系列化、智能化成套设备研发方面特点鲜明、技术含量高，在木材利用、环保和可持续发展方面都走在了世界的前列。国内胶合板设备制造企业主要以中低端产品开发为主，智能化成套设备的研发起步较晚。大多数胶合板设备制造企业以生产单台设备为主，但设备功能及质量参差不齐；在生产线设备的配置过程中，存在主辅机连接、性能匹配不合理等诸多问题。2010年，国家林业局在下达的十项重点任务中明确提出，要研究制定促进产业结构升级的政策措施，以吸引多方资金进入林业机械制造领域；支持林业先进设备技术的研发工作，积极引进国外先进林业设备和技术，培育大型林业装备企业集团，提升我国林业装备制造水平。这为我国林业机械产业发展提供了前所未有的机遇。笔者对国内最大胶合板设备制造企业之一的山东百圣源集团有限公司进行了调研，该公司在积极引进吸收消化国外卜先进技术的基础上进行了单板加工生产线设备的研发并批量生产。下面对生产线主要设备的技术特性进行分析，以期为相关企业技术改造和设备更新换代提供参考。1单板旋切主机设备特性分析木材单板加工生产线设备主要有原木剥皮机、定心上木机、旋切机和剪切机。图1所示为山东百圣源集团有限公司开发的单板旋切生产线，其由BBP1408原木剥皮机、BD1308/26B机械三点定心上木机、BQ1226/8E数控单卡轴旋切机、BQK1813数控无卡轴旋切机和BJ1326A数控单板剪切机组成。主辅机均可全自动操作，最高旋切速度300m/min，出板速度42m/min，板厚控制精度±1%,板厚设定分辨率0.01mm，回零误差0.01mm，压榨率5%~10%。与原有同类设备相比，生产效率提高10%，生产线同步误差小于0.01mm。图1单板旋切生产线1.1原木剥皮设备2005年以前，国内胶合板生产原料主要使用进口热带大径级原木，国内生产的原木剥皮机亦大多仿制国外卜产品。随着我国胶合板生产原料的变化，开始大量使用人工林木材，原有的剥皮装备已不再适应生产现状。为此，山东百圣源集团有限公司开发了BBP1413原木剥皮机，并于2008年推出BBP1408铣刀头式原木剥皮机，其可适用于更小径级原木的剥皮，且价格比BBP1413降低4%,工作效率基本相同，这两种剥皮机的技术参数见表1。表1两种原木剥皮机的技术参数常规剥皮机铣刀式剥皮机剥皮机技术参数原木最大长度/mm剥皮原木直径/mm刀头转速/r-min-1进给速度/m-min-1输送带速度/m-min-1额定油压/MPa电机总功率/kW2700300~1300200~80014600.8-1327.9426.41.2原木定心设备2003年以前生产的原木定心机主要是应用光环定心原理，如BD1513/26定心机，其适用于大径级原木的定心。近年来百圣源集团有限公司针对人工林木材的特点，先后研发出多种型号的系列数控机械三点定心上木机，如BD1308/26B定心机。该系列定心机采用数控、液压和气动等先进技术进行原木自动定心，将定心和上木功能融于一体；特别是上木装置的非对称设计解决了机构的卡死问题；通过计算机编程可完成上木轨迹的设定，定心精度偏差小于2mm；定心速度快、上木操作占用空间小，且定心、上木装置与旋切机相连，尤其适用于中小径级原木的定心。产品投放市场后，国内外用户反馈情况良好。用户在设备选型时只需根据原木直径和长度进行选择即可，与光环定心机相比，数控机械定心机的功率消耗降低了50%。两种定心机的技术参数见表2[1]。表2两种定心机的技术参数技术参数定心直径/mm原木长度/mm输送速度/m-min-1电机总功率/kW气源用量/m3-h-1光环定心350~13001900~270010.523.70数控机械定心机200~8001850~26009.510.651.3单板旋切设备单板旋切机体积庞大、结构复杂，是单板旋切生产线的核心设备，其直接影响旋切单板的质量。单板旋切机的厚度加工范围为0.25~5.5mm,其中以单板厚度1~3mm的加工均匀性最好。根据所加工的原木径级不同，旋切机有以下几种类型。(1)有卡轴旋切机：有卡轴旋切机是最为常用的传统旋切机，适用的原木直径范围为170~800mm,可旋切原木长度分别为1000~1500mm、1700~2000mm、2150~2700mm。有卡轴旋切机制造技术的改进主要集中在功能化、自动化和提高精度等方面。如新开发的BQ1326/13机械单卡轴旋切机可以旋切原木长度的范围为1500~2700mm、直径为135~1300mm［2］，具有更加宽泛的加工范围。无卡轴旋切机：无卡轴旋切机是为提高小径材的出材率而研制的，其可将有卡轴旋切机旋切后的木芯移送至无卡轴旋切机上再次旋切，旋切木芯直径可小于25mm。数控无卡轴旋切机进给装置采用数控系统，根据旋切原理可建立伺服电机转速、传动辊转速、刀架体行程和单板厚度之间的数学模型，推导出控制伺服电机转速的公式，通过数控装置控制伺服电机转速，可显著提高刀具的进给精度。旋切刀采用液压装刀的方式，压尺架通过20°的倾斜导轨面与刀架体相连，在旋切过程中，特别是旋至木芯直径很小的情况下仍可以保持压榨率一致，从而保证了旋切单板厚度的均匀性［3-4］。无卡轴旋切机系列产品技术参数见表3。表3无卡轴旋切机系列产品技术参数技术参数最大旋切长度/mm旋切直径/mm旋切单板厚度/mm出板速度/m-min-1总功率/kW数控无卡轴旋切机BQK18131350BQK18272600SL2600/3260040~28040~3600.8~3.03217.63224.14229.2双卡轴旋切机：以往生产的液压双卡轴旋切机和数控液压双卡轴旋切机主要是用于旋切超大直径的原木，旋切剩余的木芯直径较大。如BQ1626/16B(8英尺)、BQ1613/13A(4英尺)液压双卡轴旋切机。近几年来开发生产的BQK1626/8数控液压双卡轴旋切机采用刀门数控调整机构、动力驱动防弯压辊和整机数控系统，实现了自动测速、自动装刀、调整刀具后角和刀门值，并可实现空间三点同时环抱原木，防弯效果好，适合小径级原木旋切，最高旋切速度可达300m/min，而传统液压双卡轴旋切机的旋切速度仅为100m/min。数控技术的应用，使BQK1626/8旋切机实现了恒速旋切，与单卡轴旋切机相比，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。数控液压双卡轴旋切机技术参数见表4[5]。表4数控液压双卡轴旋切机技术参数技术参数旋切原木长度/mm旋切原木直径/mm旋切单板厚度/mm双卡轴直径/mm主轴转速/r-min-1总功率/kWBQK1626/82500~2700200~8000.35~3.0160/700~400230.22单板剪切主机设备特性分析1996年以前，国产单板剪切机主要为重型剪切机，用于单板垛的剪切，如BJ1127数显重型薄木剪切机的最大剪切长度为2670mm、最大剪切宽度和厚度均为400mm。这类剪切机生产效率较低，加工精度差。随着单板生产线自动化程度愈来愈高，为适应工艺发展的需要，20世纪90年代末期，山东百圣源集团有限公司研制了BJ1326A数控单板剪切机，采用PLC控制系统、刀架运动调整结构及刀片与刀砧轮组合的结构，即使在60m/min的进料速度下也不会发生单板堆叠，实现了单板连续自动剪切。但与国外同类产品相比，该机尚不具备单板的筛选功能。为进一步提高单板生产线机械化、自动化程度，BJG1326数控辊切单板剪切机的开发主要采用了如下先进技术：多刀加工技术。该技术可解决目前国内同类型机床仅有两把剪刀、不利于实现缺陷单板的快速剪切及提高单板利用率等问题。刀轴防弯技术。普通剪板机大多采用加大刀轴尺寸的加工方法，加工难度大、原材料浪费严重，驱动功率消耗亦大，而采用刀轴防弯技术即可解决单板自动剪切的问题。数控技术。目前国内生产的滚剪机床主要采用机械传动和进给技术，剪切单板质量差、木材的利用率低，不能满足自动化生产的需求。采用数控技术后，单板剪切参数可通过监测机构反馈的剪切数据进行自动调整，使单板剪切效率、木材利用率均提高了10%以上。单板剪切设备的技术参数见表5,与国内外同类产品性能的对比见表6。表5单板剪切机技术参数数控剪板机数控辊切剪板机技术参数原木最大长度/mm开启距离/mm最高剪切次数/t-min-1最大剪切线速度/m-min-1送料速度/m-min-1送料电机功率/kW剪切电机功率/kW26505570401~6（中板用）6-60（面板用）42361503.711表6BJG1326数控辊切单板剪切机与国内外设备对比项目数控系统刀具安装防弯装置检板系统剪切速度/m-min-1剪切精度/mm调整时间/min加工效率/mmin-1木材利用率/%数控辊切剪板机可编程控制器装刀器安装同步旋转防弯半自动检板10051810099国内设备无数控系统手动机械夹紧无无6010246089国外设备可编程控制器装刀器安装同步旋转防弯自动检板1505099.53数控有卡无卡一体旋切机针对大量使用小径原木的现状，为了进一步提高生产效率和木材利用率，2009年山东百圣源集团有限公司开始研发BQK1913/4数控有卡无卡一体旋切机，该机集原木输送、原木定心上木、单卡轴旋切、无卡轴旋切、碎板剪切处理等多种功能于一体，完全自动化控制；双压辊驱动进给比普通防弯装置的防弯效果更好，每分钟可旋切小径原木2~3根，主要性能指标达到国际先进水平，个别指标达到国际领先水平，成为同类进口设备的替代产品，与没有配置有卡无卡一体机的生产线相比，木材利用率提高20%，加工精度提高15%，设备占用空间节省50%，生产效率提高30%，生产成本降低40%。2010年11月该机通过山东省科技厅鉴定，其外形结构如图2所示［6］。图2数控有卡无卡一体旋切机BQK1913/4数控有卡无卡一体旋切机在旋切原木的初始阶段卡轴参与旋切，卡轴根据出板的线速度对原木施加旋转动力，与无卡轴驱动辊同时驱动原木进行旋切。当旋切原木达到设定尺寸时卡轴退出，进行无卡轴旋切，且有卡轴旋切与无卡轴旋切可连续转换。该机的关键技术和创新点如下：关键技术。数控有卡无卡一体旋切机采用了数控技术、原木自动定心技术、自动组合旋切技术、碎板自动剪切处理技术和组合防弯技术。创新点。集自动定心上木、有卡轴旋切、无卡轴旋切、碎板剪切于一体，自动化程度高，能源消耗低，生产占用空间小；从有卡轴到无卡轴旋切可以连续转换，旋切效率和精度高，木材利用率高；采用双压辊通过伺服电机控制，防弯效果好，使无卡轴旋切进给更准确，切削过程更平稳；采用碎板自动剪切和处理技术，提高了检板效率。4结束语近年来，我国木材单板加工设备的研发水平及其制造技术有很大程度的提高，促进和提升了我国胶合板机械制造行业的自动化程度，改进了产品质量，同时扩大了人工速生林木材在胶合板生产领域的应用，提高了原木出材率和产品附加值。今后胶合板设备制造企业还需在设备制造精度、功能完善等方面继续加大自主创新研发力度，为加快我国胶合板设备制造业持续健康发展做出更大的贡献。注：此文为2010年寒假大学生社会调研习作；指导老师：许伟才(1967-)，山东百圣源集团有限公司副董事长兼总裁，东北林业大学客座教授。【相关文献】[1]许伟才，宋修财.机械三点定心上木机的设计创新[J].林业机械与木工设备，2009,37(11):34-36.[2