CC BY
25
УДК 621.311 Агеев С.П.
Филиал «Севмашвтуз» С.-Петербургского государственного морского технического университета
Агеев Сергей Петрович родился в 1957 г., окончил в 1979 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем технической подготовки производства филиала «Севмашвтуз» СПбГМТУ. Имеет более 60 научных работ в области электроснабжения промышленных предприятий.
Тел.: 8 (8184) 20-03-57
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЛЕСОПИЛЬНЫХ РАМ
Проанализированы режимы электропотребления вертикальных лесопильных рам в зависимости от их загрузки и графика работы.
Ключевые слова: потребляемая мощность, электроэнергия, удельный расход электроэнергии, среднечасовая производительность.
Одним из наиболее энергоемких деревообрабатывающих производств является лесопильное. При этом лесопильная рама (ЛР) со сравнительно небольшой околостаночной механизацией составляет отдельный участок и, как наиболее мощный электроприемник, в значительной степени определяет его характер электропотребления.
Для нахождения энергетически целесообразных режимов работы ЛР, при которых обеспечивается наименьшее значение среднего удельного расхода энергии, рассмотрим ее работу на различных интервалах рабочего времени.
Эффективное время цикла
Ранее [1] было показано, что если рассматривать бревно как усеченный конус, то текущую производительность ЛР (А, м /ч) за эффективное время можно определить из выражения
A(t) = 900тlillu + 2dBu2ct + c2u3t2 где dв - вершинный диаметр бревна, м; u - скорость подачи бревна, м/с; c - сбег бревна, м/м.
График изменения текущей производительности A(t) показан на рис. 1.
Учитывая переменный характер нагрузки в течение рабочего цикла, производительность ЛР можно опре-
>
делить как среднюю (Аэ, м3/ч) за эффективное время:
, 36004 , w 360®" А. =-\A(t)dt =-.
L
L
(1)
где 4 - эффективное время, с;
V - объем распиленного бревна за
время 4, м
A(t)
А
h ta Л ь t
<- 'о -►
Рис. 1. График текущей производительности лесопильной рамы
При оптимальных технологических параметрах работы и наилучшей загрузке (наибольший объем бревен ^тах) среднечасовая производительность ЛР, отнесенная к эффективному времени, достигает максимального значения Аэтах.
Величина, характеризующая загрузку ЛР в течение времени А, V
, (2)
к, =
А
V„
называется технологическим коэффициентом загрузки.
В [3] было получено уравнение энергетической характеристики электропривода механизма резания ЛР:
P(t) = caJÂ(ï)+PAmot, (3)
где P(t) - мощность, потребляемая из сети, кВт; сд - постоянный (при определенных условиях) коэффициент, характеризующий энергоемкость JIP, кДж/(м1,5-с0'5);
Рд.пост - постоянная составляющая потребляемой мощности, характеризующая непроизводительный расход электроэнергии, кВт.
Коэффициент сд определяется по выражению
а„аа4й
c= (1 + Ьд )(1 + bM.n )2KтBnpZп п р 1
л/я
где Ьд, Ьм.п - коэффициенты переменных потерь энергии соответственно в двигателе механизма резания и кли-ноременной передаче;
Кт — удельная работа рамного пиления при нормированных условиях резания, кДж/м3;
Впр — ширина пропила, м;
Zп — количество пил в поставе; ап, ар,а\ - поправочные коэффициенты, учитывающие соответственно плотность древесины, степень затупления резцов, вид постава;
и — скорость подачи бревна, м/с.
Среднее значение потребляемой мощности (Рэ, кВт) за время 4
1 'э
Рэ=- \P(t)dt = сдЛ[Аэ+ Рдпост = сд VMZ^ + Р,
(4)
э 0
Разделив обе части (4) на сред- получим уравнение для определения нюю часовую производительность Аэ, среднего удельного расхода:
Рэ Сд
р„
р„
А=-
(6)
Vm;
т э.тах
К "^э.тах
(5)
Из (5) следует, что энергетически целесообразный режим работы ЛР в течение эффективного времени цикла возможен при максимальном значении коэффициента кт, что обеспечивается надлежащей сортировкой бревен.
Операционное время цикла
Для ЛР, как станков периодического действия, часовая производительность (Ао, м /ч), отнесенная к операционному времени 1о, за время одного полного цикла
3600 V 3600 V
где /в — вспомогательное время, обусловленное межторцевыми разрывами между бревнами (цикловые потери), с.
Выразив из (1) объем V бревна и подставив его в (6), получим
= —А =кпАп
о э о э,
t о
где ко = — - коэффициент использовало
ния ЛР в операционное время.
Из (2) следует, что Аэ = кт А.у тах, тогда Аа = кХА пшх.
Средняя потребляемая мощность
Ро ~ Сд + рд.пост = Сд -\1к0ктАэ тах + Рд пост. (7)
c
д
э
t
о
Рассмотрим случай, когда при постоянных режимных параметрах работы ЛР переменной величиной является /в. Тогда в (6) переменными становятся Ао или ко. Уравнению (7) соответствуют энергетические характеристики, приведенные на рис. 2.
Рис. 2. Энергетические характеристики средней потребляемой мощности ЛР: 1 -ко = 1,0; 2 - 0,9; 3 - 0,8
Уравнение среднего удельного расхода йо за операционное время
Р„
д " д. пост
о
с
л/4
р„
4кка
т э.тах
^"о^т^э.тах
(8)
0 ААт,„) А,тах Ао(к)
Рис. 3. Энергетические характеристики среднего удельного расхода электроэнергии ЛР за время ^ (см. обозначения на рис. 2)
Календарное время
Среднечасовая производительность Ао только тогда может служить
Из (8) следует, что увеличение производительности Ао в результате изменения коэффициентов кт = / (V) и ко = / (/в) одинаково влияет на снижение удельного расхода энергии (рис. 3).
показателем производительности ЛР за календарное время Тк (рабочая смена), если в течение смены отсутствуют внеоперационные простои (внецикло-вые потери). На самом же деле в течение смены ЛР не только выпускают продукцию, но и периодически простаивают [4].
В этом случае среднесменная часовая производительность ЛР
^ 1 А = — =-
Т Т +Т '
к о н
где 2 - объем распиленного за смену сырья, м3; Тн - внеоперационное время, характеризующее перерывы, выходящие за пределы операционного времени То , но находящиеся в пределах рабочей смены; при этом ЛР останавливаются. Так как Тк = То / Кн [2], то
7
А=уКн=АК=кокткнАэтах,
Т о
где То - суммарное операци-
онное время, ч; Кн = То / Тк - коэффициент использования ЛР за календарное время; Ко = Тэ / То - коэффициент использования ЛР за операционное время в течение смены; Тэ - суммарное эффективное время, ч; Кт = 2 / 2тах - среднее значение коэффициента загрузки ЛР за эффективное время Тэ в течение смены; 2тах - максимальный объем распиленного за смену сырья, возможный при отсутствии каких-либо по-потерь в работе ЛР, м3.
с
о
Выбор энергетически целесооб- ния ЛР за календарное время Тк практи-
разного режима работы оборудования чески относится к рабочей смене. во многом зависит от формы энергети- Потребление электроэнергии за
ческой характеристики их потребляемой время Тк выражается уравнением мощности. Выбор режима использова-
IV =Ш =]¥+]¥ =РТ +Т Р
к о э "в э э в д. пост
' 1 -
д.пост о ^д
Р )Т
дпост/ э
Р т =
дпост в
где Тв — суммарное время, ч.
ж.
вспомогательное
= (СД л[А-IК д Т + Р Т (9)
V т э.тах э д.пост о'
Средние значения потребляемой
мощности
т„
= К Р
н д.пост
+ К о К н Сд^КД
и удельного расхода энергии
^ =
р
клл
(11)
т э.тах
Изменяя в (10) и (11) значения коэффициентов Ко, Кн , Кт, проанализируем различные режимы нагрузки ЛР в течение рабочей смены.
Режим 1. Ко = Кт = 1,0; Кн = 0 9- А = А = 09 А
^ ■>-'■> ^к лк.тах " лэ.тах'
В этом режиме ЛР работает непрерывно в течение всего отведенного времени (Кн = 0,9) с максимальной часовой производительностью Ак. тах, не допуская межторцовых разрывов (Ко = 1,0). Среднесменная потребляемая мощность в этом случае достигает максимального значения
Рк - Сд ~э
+ Р =Р
э.тах д.пост к.тахз
а средний удельный расход энергии минимального:
Р Р
^ _ к _ к. тах
е„
А А А А
к э.тах Л/Аэтах э.тах
Этому режиму на рис. 4 и 5 соответствует т. 1.
Режим 2. Ко = 1,0; Кн = 0,9; Кт < 1,0; Ак = 0,9 Кт А,тах.
ЛР работает непрерывно в течение всего отведенного времени со средней производительностью Ак < Актах без межторцовых разрывов. Средняя потребляемая мощность
^к - 0,9сд^Лшп + 0,9РДПОСТ .
э.тах н д.пост д
л/К о К н Ак
(10)
Этому режиму отвечает линия 2 на рис. 4 и 5. При любых условиях этот режим является наименее выгодным, так как ему при любой заданной средне-сменной производительности Ак < Актах соответствует наибольшее значение потребляемой мощности Рк .
Среднее значение удельного расхода энергии
а -А.
р
т э.тах
Режим 3. Кн = 0,9; Кт = 1,0;
Ко < 1,0; Ак = 0,9Ко А,тах .
Рис. 4. Энергетические диаграммы средней потребляемой мощности ЛР за время Тк: 1 — режим 1; 2 — 2; 3 — 3; 4 — 4
Рис. 5. Энергетические диаграммы среднего удельного расхода ЛР за время Тк (см. обозначения на рис. 4)
с
д
с
д
ЛР работает непрерывно в течение всего отведенного времени с полной загрузкой, допуская межторцовые разрывы. Средняя потребляемая мощность
Рк=К0сд^ Этому
+ Р
э.тах д. пост
режиму соответствует линия 3 на рис. 4 и 5. В условиях непрерывной работы при заданной производительности Ак < Актах этот режим энергетически выгоднее режима с постоянной нагрузкой при той же часовой производительности, так как ему соответствует наименьшая средняя мощность Рк, достижимая в условиях непрерывной работы.
Среднее значение удельного расхода энергии
Р с Р
^ _ 1 к _ Д__д. пост
к А Гл К А
к V Аэ.тах о э.тах
Режим 4. Кт = Ко = 1,0; Кн < 0,9; А = К А
ЛР работает со среднесменной производительностью Ак < Актах при полной нагрузке без межторцовых разрывов, когда имеет место полный останов ЛР по незапланированным причинам.
Средняя потребляемая мощность
Р = К ж 1~А + Р
к н ^ц V э.тах д.пост
Этому режиму соответствует линия 4 на рис. 4. При любой заданной среднесменной производительности Ак < Актах этот режим экономически наиболее выгоден, так как ему соответствует наименьшая средняя потребляемая мощность.
Среднее значение удельного расхода энергии
d„ =
Р,
А л/4
а
На диаграмме удельного расхода энергии (рис. 5) рассматриваемому режиму соответствует линия 4 (йк = dKmmm ).
Выводы
В результате анализа режимов энергопотребления головного лесопильного оборудования на различных интервалах рабочего времени установлено, что непрерывная работа (Кн = 0,9) в постоянном режиме энергетически эффективна при условии, когда производственная программа обеспечивает загрузку оборудования по наибольшей производительности (Кт = 1,0). При плановых остановках (Кн < 0,9) и неритмичной загрузке (Кт < 1,0) энергетически эффективен дискретный режим энергопотребления. Влияние межторцовых разрывов (Ко < 1,0) и плановых остановок на энергоэффективность процесса незначительно (0,1.. .0,6 %).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агеев С.П. Показатели энергоиспользования лесопильных рам // Лесн. журн. 2009. № 3. С. 134-138. (Изв. высш. учеб. заведений).
2. Агеев С.П. Энергетические режимы работы окорочных станков // Лесн. журн. 2007. № 4. С. 104-111. (Изв. высш. учеб. заведений).
3. Агеев С.П. Энергетическая характеристика электропривода механизма резания лесопильной рамы // Лесн. журн. 2009. № 2. С. 96-101. (Изв. высш. учеб. заведений).
4. Калитеевский Р.Е. Автоматизация производственных процессов в лесопилении. М.: Лесн. пром-сть, 1979. 336 с.
Поступила 23.12.10
S.P. Ageev
"Sevmashvtuz" Branch of Saint-Petersburg State Marine Technical University
Energy Operation Conditions of Frame Sawmills
The power consumption modes of vertical frame sawmills are analyzed depending on their workload and operating schedule.
Keywords: consumed power, electric power, specific power consumption, average hourly productivity.
c
д
