Насосы для деревообработки

Вакуумная технология широко распространена в деревообрабатывающей промышленности. Возможности использования вакуума очень разнообразны. Мы хотели бы поделиться некоторой полезной информацией в этой статье, чтобы объяснить различные типы вакуумных насосов, их преимущества и недостатки и, что не в последнюю очередь, осветить вопрос экономической эффективности. Начнем с нескольких основных применений вакуума в деревообработке.

Области применение вакуумных насосов в деревообработке

В деревообработке вакуум в основном используется для:

• Зажима на фрезерных станках с ЧПУ.

• Хранения и транспортировки панельных материалов и заготовок с помощью погрузочно-разгрузочного оборудования.

• Прессы для формования и облицовки шпоном.

При обработке древесины вакуум используется для:

• Сушки пиломатериалов и строительных лесоматериалов, а также

• пропитка древесины.

Удержание и подъем деревянных деталей

Вакуум чаще всего используется для вакуумного зажима на фрезерных станках с ЧПУ и другом обрабатывающем оборудовании. Здесь удерживающая сила вакуума используется для быстрого и надежного крепления различных материалов панелей или деталей из массива дерева во время деревообработки, не оставляя следов давления. Погрузочно-разгрузочное оборудование и сборочные роботы также часто получают свою удерживающую силу от вакуума.

Удержится ли зажатая заготовка? Достаточен ли вакуум или производительность вакуумного насоса достаточно высока? Эти вопросы задавали все. С чисто теоретической точки зрения, давление между обрабатываемой деталью и обрабатывающим столом, опорной поверхностью или присоской уменьшается во время зажима за счет отвода воздуха и создания вакуума. Атмосферное давление теперь выше и прижимает заготовку к обрабатывающему столу, тем самым "зажимая" ее. 

На практике это означает: чем больше поддерживаемая заготовка, тем больше удерживающая сила. Лучше всего это можно объяснить на примере:

Доска из массива дерева помещается на решетчатый стол фрезерного станка с ЧПУ для обработки, и создается уплотнение с помощью резинового уплотнения, которое соответствует размерам доски. Вакуумный насос откачивает воздух между деревянной доской и решетчатым столом в пределах герметичной зоны.

Расчет:

Атмосферное давление: 1000 мбар 

Вакуумный насос под давлением (рабочее давление): 200 мбар 

Размеры деревянной доски: 1000 x 500 мм

Перепад давления: 1000 мбар – 200 мбар = 800 мбар = 80 000 Па [Н/м2]

Опорная поверхность = зажимная поверхность 1000 x 500 мм = 500 000 мм2 = 0,5 м2

Удерживающая сила F = p x A F = 80 000 Н/м2 x 0,5 м2 = 40 000 Н = 4000 кг

Это означает, что массивная деревянная доска с поверхностью 0,5 м2 удерживается вакуумом с удерживающей силой 40 000 Н, что теоретически соответствует прессованию доски на обрабатывающем столе весом 4 тонны. Если бы при тех же условиях была зажата сплошная деревянная доска размером 150 х 150 мм, удерживающая сила составила бы F = 80 000 Н/м2 х 0,0225 м2 = 1800 Н = 180 кг.

Теперь вопрос в том, насколько мощной должна быть вертикальная удерживающая сила вакуума, чтобы надежно зафиксировать заготовку. Приведенные в примере расчеты показывают, что удерживающее усилие для панельных материалов с большими поверхностями может быть оценено менее критически, чем для небольших деревянных деталей или материалов, которые являются воздухопроницаемыми или имеют неровные поверхности, приводящие к утечкам. На практике трудно определить необходимое удерживающее усилие, поскольку необходимо учитывать различные факторы, такие как рабочие факторы или факторы зажима, скорости и направления резания и подачи, материалы и сопротивление трению, поэтому обычно используются эмпирические правила.

Как выбрать вакуумный насос для удержание и подъем деревянных деталей

В принципе, есть три параметра, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящего вакуумного насоса.

1. Предельное давление. Оно указывает на максимально возможный уровень вакуума вакуумного насоса или самое низкое разрежение.

2. Скорость откачки. Под этим понимается объем воздуха, который вакуумный насос может извлечь за определенный промежуток времени. На скорость откачки влияют геометрия (объем) вакуумного насоса и его скорость. Чем выше скорость откачки, тем быстрее извлекается воздух и достигается максимальное давление. Высокие скорости откачки помогают компенсировать утечку, например, при использовании метода вложенности.

3. Потребляемая мощность. Механические вакуумные насосы обычно приводятся в действие электродвигателем. В зависимости от принципа конструкции и коэффициента полезного действия вакуумные насосы потребляют различное количество энергии. 

Все три параметра зависят друг от друга. Во-первых, скорость откачки уменьшается по мере приближения вакуумного насоса к достижению предельного давления. Во-вторых, потребность вакуумных насосов в энергии самая низкая в определенной рабочей точке. Идеально спроектировать генерацию вакуума сложно, поэтому мы всегда рекомендуем проконсультироваться со специалистом по вакуумированию.

Вакуумные насосы для деревообработки

На самом деле, существует несколько способов создания вакуума. Для вакуумного зажима могут использоваться различные механические вакуумные насосы, которые далее рассмотрим.

Пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляной смазкой

Пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляной смазкой - это настоящие классические насосы, используемые для зажима на обрабатывающем оборудовании. Они отличаются надежностью, долговечностью и низким предельным давлением менее одного мбар, что соответствует уровню вакуума 99,9%. При таком высоком уровне вакуума они гарантируют достаточный запас скорости откачки и, таким образом, известны быстрым и надежным зажимом. Постоянная подача масла в камеру сжатия обеспечивает высокий уровень вакуума. Масло подается через вакуумный насос через систему внутренней циркуляции, где оно уплотняет, смазывает и отводит тепло от сжатия. Масло и масляный фильтр следует заменять каждые 2000 часов работы. В обрабатывающем оборудовании со скоростью перекачки более 160 кубических метров в час эти вакуумные насосы с тех пор были заменены технологиями сухого вакуума. Для небольшого обрабатывающего оборудования и зажимных устройств, которые могут работать с меньшими скоростями перекачки, пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляной смазкой по-прежнему работают экономично и с высокой надежностью.

Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы 

Пластинчато-роторные вакуумные насосы, которые работают без рабочих жидкостей – это означает, что для сжатия извлекаемого воздуха не требуется ни масла, ни воды, - называются "сухими". Эти вакуумные насосы очень часто используются для вакуумного зажима, поскольку инвестиционные затраты относительно невелики. Принцип работы такой же, как и для пластинчато-роторных вакуумных насосов с масляной смазкой.

Однако из-за отсутствия масляной смазки используются так называемые "самосмазывающиеся" лопатки, изготовленные из углеграфитового материала. Их недостаток заключается в том, что они подвержены износу, и их необходимо регулярно заменять, чтобы избежать поломки лопасти и, следовательно, полного выхода из строя. Износ лопаток также влияет на производительность этих вакуумных насосов. После наработки всего в 2000 часов скорость откачки сухих пластинчато-роторных насосов может достигать лишь 85-90 процентов от первоначальной скорости откачки. Одним из факторов, влияющих на срок службы лопаток, является обрабатываемый материал. Абразивная пыль из МДФ ускоряет износ лопаток. При трехсменной работе лопасти необходимо проверять не реже одного раза в шесть месяцев и при необходимости заменять. Операторам следует не только учитывать затраты на приобретение этих специальных лопаток, которые не следует недооценивать, но и критически оценивать энергопотребление этого типа вакуумных насосов. По сравнению со всеми другими вакуумными технологиями, энергозатраты этих вакуумных насосов самые высокие. Эмпирическое правило гласит, что сухие пластинчато-роторные насосы , работающий со скоростью откачки 140 кубических метров, требует на 20 процентов больше энергии в час.

Из-за затрат на техническое обслуживание и электроэнергию, связанных с сухими пластинчато-роторными вакуумными насосами, мы действительно рекомендуем использовать их только при скорости перекачки около 100 кубических метров в час. Чем меньше размер, тем медленнее изнашиваются лопатки, поскольку диаметр камеры сжатия меньше. Это уменьшает окружную скорость лопаток и расстояние, которое приходится преодолевать отдельным лопаткам при скольжении в пазах ротора и выходе из них.

Когтевые (кулачковые) вакуумные насосы

Когтевые вакуумные насосы работают без рабочих жидкостей, таких как смазочное масло или вода. Два ротора в форме когтей вращаются в корпусе. Они не соприкасаются друг с другом или с корпусом. Это означает отсутствие трения и деформации, что делает возможным создание вакуума, практически не требующего технического обслуживания. Усилия по техническому обслуживанию ограничиваются заменой трансмиссионного масла раз в два года. Бесконтактное сжатие извлекаемого воздуха также имеет то преимущество, что потребляет значительно меньше энергии, чем другие вакуумные насосы, потому они наиболее энергоэффективные для создания вакуума для вакуумного зажима.

Водокольцевые вакуумные насосы

Водокольцевые вакуумные насосы, которые создают вакуум, используя воду в качестве рабочей жидкости, работают по старому принципу. Однако они так и не смогли по-настоящему прижиться для использования в вакуумных зажимах, поскольку вода в качестве рабочей жидкости связана с определенными затратами на техническое обслуживание, которые варьируются от ежедневного долива воды до регулярной очистки водяного контура. Уровень вакуума в этих вакуумных насосах зависит от температуры воды. По мере повышения температуры воды достижимое предельное давление снижается, а вместе с ним и скорость откачки. Самая высокая скорость откачки достигается при температуре до 15°C. При температуре воды 40°C скорость откачки падает до 40% от первоначального значения. Основным преимуществом водокольцевой вакуумной технологии является высокий уровень совместимости с водяным паром и влагой - преимущество, которым нельзя воспользоваться при зажиме на обрабатывающем оборудовании, но которое фактически предопределяет использование этих вакуумных насосов для сушки и пропитки древесины.

В заключении…

Существуют различные возможности, которые можно использовать для создания вакуума для деревообработки. В принципе, ситуации необходимо оценивать на индивидуальной основе, чтобы найти идеальное решение для вакуумного насоса. Мы рекомендуем проконсультироваться со специалистом при выборе и подборе размеров насоса.