Об использовании особенностей сучковатости пиловочного сырья при раскрое пиломатериалов

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Регулирование заготовки древесины гражданами для собственных нужд необходимо рассматривать в контексте правопреемственности мелкого отпуска древесины на корню, существовавшего в России до 2007 г., то есть с соответствующими ему видами учета древесины при таксации лесосек в процессе подготовки к заключению договора купли-продажи лесных насаждений для собственных нужд граждан.

2. Форма договора купли-продажи лесных насаждений для собственных нужд граждан должна устанавливаться субъектами Российской Федерации с учетом законодательства о местном самоуправлении в Российской Федерации и административно-территориального устройства регионов.

3. Требования к заготовке древесины гражданами для собственных нужд должны устанавливаться лесохозяйственными регламентами лесничеств и неукоснительно соблюдаться гражданами при заготовке древесины:

а) запрет на сплошные рубки лесных насаждений, обеспеченные молодняком и подростом главных пород, а также выборочные рубки деревьев при уходе за лесами;

б) сроки заготовки древесины зависят от доступности мест рубок и способа лесовосстановления;

в) обязательная сдача мест рубок лесничествам по окончании вывозки древесины и их очистки лесничествам ввиду того, что они подлежат лесовосстановлению государством в сжатые сроки.

4. Отказаться от постановки столбов к каждому пеньку и угломерной съемки границ, снизить объем документооборота, что позволит значительно сократить трудовые затраты и повысить эффективность управления лесными ресурсами, а также финансовых вложений.

Библиографический список

1. Правила отпуска древесины на корню в лесах Российской Федерации. - Утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 06.01.1998. - № 551.

2. Лесной кодекс Российской Федерации. - Федеральный закон от 04.12.2006. - № 200-ФЗ.

3. О введении в действие Лесного кодекса Российской Федерации. - Федеральный закон от 04.12.2006.

- № 201-ФЗ.

4. Гражданский кодекс Российской Федерации. Часть

2. - Федеральный закон от 26.01.1996. - № 14-ФЗ.

5. О договоре купли-продажи лесных насаждений, расположенных на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности.

- Утверждено Постановлением Правительства Российской Федерации от 26.06. 2007. - № 406.

6. Порядок подготовки и заключения договора купли-продажи лесных насаждений, расположенных на землях, находящихся в государственной или муниципальной собственности, и примерной формы договора купли-продажи лесных насаждений. - Утвержден Приказом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 08.02.2010. - № 33.

7. Наставление по отводу и таксации в лесах Российской Федерации. - Утверждено приказом Федеральной службы лесного хозяйства России от 15.06.1993. -№ 155.

8. Правила заготовки древесины. - Утверждены Приказом Министерства природных ресурсов Российской Федерации от 16.07.2007. - № 184.

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ОСОБЕННОСТЕЙ СУЧКОВАТОСТИ

пиловочного сырья при раскрое пиломатериалов

B. С. ШАЛАЕВ, проф. каф. технологии лесопиления и деревообработки, д-р техн. наук,

C. Н. РЫКУНИН, зав. каф. технологии лесопиления и деревообработки, проф., д-р техн.наук

Размерно-качественные особенности древесного ствола, а соответственно и круглых лесоматериалов, формируются в течение роста дерева как живого организма, сопровождающегося его структурно-морфологическими изменениями, которые, в свою очередь,

shalaev@mgul.ac.ru

могут быть выражены с использованием законов бионики и закономерностей безразмерных соотношений.

Анализ структурно-морфологических характеристик, их синтез с внутренней структурой дерева позволяет сделать вывод о спи-

118

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

рально-винтовом распределении сучков в теле ствола дерева [1]. С другой стороны, из многочисленных исследований ботаников, и это давно является хрестоматийным, известно о мутовчатом расположении ветвей у деревьев хвойных пород. И если наиболее распространенные российские породы: лиственница, ель, пихта - породы с нестрого мутовчатым расположением ветвей, то сосна относится к породе со строго мутовчатым расположение ветвей [6-7]. С.П. Исаевым [1] было определено усредненное количество сучков в мутовке: для лиственницы - 3,08; для ели - 5,02; для пихты - 4,97. Для сосны этот показатель - 5-7. В этом случае явно выраженное нечетное число сучков в мутовке влияет на их неравномерное распределение вдоль оси ствола по его окружности.

Из работ Горбачевой Л.Н.[2-4], Шалаева В.С.[8-12] и др.[5, 13] школы П.П. Аксенова известно о неравномерности распределения основных по встречаемости и сортообразующему значению пороков - сучков по окружности бревна, так называемой концентрации сучков в бревнах. Это явление предопределено биологическими особенностями развития ствола растущего дерева, условиями роста, более сильным развитием ветвей в сторону наибольшего светового потока.

Исследованиям этого явления и аспектам его использования в технологии лесопиления были посвящены вышеуказанные работы, причем, в первую очередь при выработке пиломатериалов. Естественно, при этом рассматривались направления улучшения состава вырабатываемых пиломатериалов по качеству и увеличению их стоимостного, ценностного выхода за счёт ориентированной по сучкам распиловки пиловочных брёвен, когда сучки в наибольшем количестве и крупных размеров попадали бы не на кромку, а на пласти выпиливаемых досок. Рассматриваемое направление исследовалось и зарубежными учеными [15-19].

Вместе с тем, большая часть вырабатываемых в лесопилении пиломатериалов перерабатывается, раскраивается на пиленые заготовки и детали. В конечном итоге, за исключением производства экспортных пиломатериалов важна итоговая продукция, ее со-

став по качеству. Эта часть производственной цепочки: ствол - хлыст - пиловочное бревно - пиломатериалы - пиленые заготовки - пиленые детали, рассматривалась с упомянутой точки зрения в существенно меньшей степени. Хотя даже безотносительно к условиям и технологии распиловки бревен при рассмотрении обычных пиломатериалов, предназначенных или не предназначенных для последующего раскроя, невооруженным взглядом можно оценить достаточно ощутимую разницу в насыщенности сучками симметричных относительно продольной оси частей пласти досок.

В этом случае рассматриваемое биологическое явление, а именно неравномерность распределения сучков по окружности бревна, так называемую концентрацию сучков в бревнах следует использовать для повышения эффективности технологии лесопиления, в первую очередь, рассматривая часть производственной цепочки: пиловочное бревно (ориентируя его при распиловке или нет) - пиломатериалы (различных категорий насыщенности сучками) - пиленые заготовки.

Здесь следует остановиться, во-первых, на классификации пиловочных бревен по типам концентрации сучков на их поверхности, которая, впрочем, была предложена еще в 70-х годах в работах Л.Н. Горбачевой и В.С. Шалаева.

1. Бревна с максимальной концентрацией сучков на поверхности одной четвертины.

2. Бревна с максимальной концентрацией сучков на поверхностях двух противоположных четвертин.

3. Бревна с максимальной концентрацией сучков на поверхностях двух смежных четвертин.

4. Бревна с концентрацией сучков на поверхностях трех четвертин.

5. Бревна с равномерным распределением сучков на поверхностях всех четвертин бревна.

Во-вторых, а это практически не рассматривалось ранее, возможно предложить некую классификацию - группы пиломатериалов по расположению сучков на их пластях:

- доски, где сучков немного и их расположение достаточно равномерное;

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013

119

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

- сучков много и их расположение равномерное;

- сучки расположены неравномерно относительно продольной оси доски;

- сучки расположены неравномерно по длине доски.

При производстве товарных (например экспортных) пиломатериалов сравнивается их сортность при ориентированной распиловке брёвен и без ориентации. По величине ценностного выхода можно оценить эффективность от ориентирования брёвен перед распиловкой.

При выработке же заготовок их объёмный выход зависит не только от качества пиломатериалов, но и от спецификации заготовок. При этом кроме заготовки основного размера, в соответствии со спецификацией, обычно вырабатываются и короткие заготовки, а чем больше количество длин коротких заготовок, вырабатываемых вместе с основной, тем меньше требования к качеству пиломатериалов.

Для того чтобы иметь количественное представление о неравномерности распределения сучков по ширине пласти пиломатериалов и влиянии этого фактора на объемный выход заготовок, на базе Щелковского учебноопытного лесхоза Московского государственного университета леса в рамках магистерской работы Б.У Алиева в 2010-11 гг. были выполнены предварительные экспериментальные исследования.

Была взята выборка в 32 сосновые доски. Относительно продольной оси их разделили условно на две части. Определялась площадь сучков на пласти каждой половины доски. В итоге сформировалось две группы половин досок: с меньшими и большими значениями площади пороков на пластях. Усред-ненно, группа с меньшими значениями пло-

Таблица

Объемный выход заготовок длиной 1000 мм

Площадь пороков на пластях пиломатериалов, % Ширина заготовок, мм Размеры допускаемых сучков в долях ширины пласти Объемный выход заготовок, %

1,11 75 0,2 42,2

2,02 50 0,5 33,8

1,56 75 0,2 24,8

1,56 50 0,5 46,7

щадь пороков составила _^ен = 1,11%, в группе с большими значениями f.Qji = 2,02% от общей площади пласти доски. Проверка дисперсий по критерию Фишера показала их неоднородность. При этом для всей выборки и обеих групп половин досок площадь пороков соста-вилаf й = 1,56%.

Для полученных групп пиломатериалов определялся объемный выход заготовок длиной 1000 мм двух групп качества:

- с величиной (размерами) допускаемых сучков до 0,2 ширины пласти, при ширине заготовки b = 75 мм;

- с величиной (размерами) допускаемых сучков до 0,5 ширины пласти, при ширине заготовки b = 50 мм.

Для заготовок шириной b = 75 мм объемный выход P рассчитывался по также полученному ранее [14] расчетно-экспериментальным образом уравнению

P = 84,934-38,519f

где f - площадь пороков на пласти доски.

Для заготовок шириной 50 мм объемный выход P рассчитывался по полученному ранее [14] расчетно-экспериментальным образом уравнению

P = 90,337 - 27,980f

Результаты расчета объемного выхода заготовок сведены в таблицу.

Выработка заготовок может осуществляться из рассортированных по качеству пиломатериалов и нерассортированных. В рассматриваемом случае критерием оценки качества пиломатериалов при сортировке является площадь пороков на их пластях. Из приведенных данных следует:

- объёмный выход заготовок шириной 75 мм из рассортированных пиломатериалов составил 42,2%, из не рассортированных

- 24,8%;

- объёмный выход заготовок шириной 50 мм из рассортированных пиломатериалов составил 33,8%, из не рассортированных

- 46,7%.

Из представленных материалов следует, что расход пиломатериалов, в которых учитывается неравномерное распределение сучков по ширине пласти, может уменьшаться достаточно значимо. Естественно, при этом

120

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

следует учитывать также некие характеристики сучковатости (кромочной), вскрываемой при раскрое пиломатериалов.

Таким образом, даже из предварительного рассмотрения и многообразия вариантов-предположений следует необходимость и целесообразность проведения детальных исследований с выполнением значительного объёма экспериментальных работ и оптимизации технологических решений.

При этом в технологическом плане возможно рассматривать результаты распиловки бревен без какой-либо их ориентации перед распиловкой, а проводить оптимизацию технологии раскроя полученных пиломатериалов на заготовки заданных размеров и качества. Очевидно, для рассматриваемых четырех групп пиломатериалов возможны разные по оптимальности решения. Несмотря на обилие исследований по оптимизации раскроя пиломатериалов, рассматриваемый аспект не изучался на достаточно детальном уровне. Многообразие оптимальных вариантов существенно расширится, если учитывать технологические возможности-условия: раскроя пиломатериалов на две и более размерно-качественные группы заготовок; увеличения объемов производства клееных заготовок; cортирования пиломатериалов до их раскроя по критерию выхода основной заготовки.

Ориентированная по сучкам распиловка бревен, естественно, также даст различные для пяти предлагаемых типов бревен результаты по классификации пиломатериалов. При этом, как и в предшествующем (не ориентированном по сучкам раскрое брёвен) случае, необходимы соответствующие оптимизационные решения по каждой из групп пиломатериалов. Естественно, следует также учитывать упоминаемые ранее условия раскроя пиломатериалов на две и более размерно-качественные группы заготовок; увеличения объемов производства клееных заготовок; сортирования пиломатериалов до их раскроя по критерию выхода основной заготовки.

Выбор технологических схем, очевидно, может и должен рассматриваться не только с точки зрения выхода (как объемного, так и по стоимости), но и по трудозатратам. В этом

случае, рассматривая в совокупности эти две группы классификаций под углом повышения эффективности технологии лесопиления, возможно сформулировать весьма интересную оптимизационную задачу.

Библиографический список

1. Исаев, С.П. Формирование древесных материалов из хвойного сырья на основе учета его морфометрических характеристик: Дисс...докт. техн. наук. / С.П. Исаев. - Хабаровск, 2009. - 346 с.

2. Горбачева, Л.Н. К вопросу распределения сучков на поверхности сосновых бревен / Л.Н. Горбачева // Науч. тр. МЛТИ. - 1973. - Вып. 56. - С.27-34.

3. Горбачева, Л.Н. Особенности распределения пороков на поверхности сосновых бревен / Л.Н. Горбачева // Науч.тр. МЛТИ. - 1975. - Вып. 67. - С. 41-48.

4. Горбачева, Л.Н. Исследование влияния размернокачественных особенностей соснового пиловочного сырья на ценностный выход пиломатериалов внутрисоюзного потребления: дис. ... канд. техн. наук / Л.Н. Горбачева, - М., 1981. - 166 с.

5. Захарьин, Г.И. Исследование зависимости выхода пиломатериалов от размерно-качественных факторов соснового пиловочного сырья и поставов: Дисс.канд. техн. наук / Г.И. Захарьин. - М., 1976. - 126 с.

6. Полубояринов, О.И. Сучковатость древесного сырья / О.И. Полубояринов. - Л.: Ленингр. лесотехн. акад., 1972. - 81 с.

7. Полубояринов, О.И. Квалиметрия древесного сырья в процессе лесовыращивания: дис. докт. с.-х. наук / О.И. Полубояринов. - Л., 1976. - 504 с.

8. Шалаев, В.С. Распределение сучков в еловом пиловочном сырье и оценка влияния ориентации бревен по сучкам при распиловке на качественный выход пиломатериалов / В.С. Шалаев // Материалы всесоюзной научной конференции «Рациональное и комплексное использование древесины в деревообрабатывающей промышленности». - Минск, 1974. - С. 62-64.

9. Шалаев, В.С. Характеристика неравномерности распределения сучков на поверхности еловых пиловочных брёвен / В.С. Шалаев // Сборник научных трудов «Технология и материалы деревообрабатывающих производств». - МЛТИ, 1981. - Вып. 117. - С. 113-116.

10. Шалаев, В.С. Математическое описание закономерности распределения сучков на поверхности еловых пиловочных брёвен (для условий европейской части СССР) / В.С. Шалаев // Сборник научных трудов «Технология и материалы деревообрабатывающих производств». - МЛТИ, 1982. - Вып. 140. - С. 78-79.

11. Шалаев, В.С. Размерно-качественные особенности древесины ели и выработка из неё пиломатериалов повышенной сортности: Дисс.канд. техн. наук / В.С. Шалаев. - М., 1984. - 245 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

121

ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

12. Шалаев, В.С. Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества: Дисс...докт. техн. наук. / В.С. Шалаев. - М., 1995. - 472 с.

13. Шалаев, В.С. Способ получения пиломатериалов из бревен / В.С. Шалаев, Г.И. Звягина, С.Н. Рыку-нин. - А.С. №1142276, кл.В2711/00, 1984.

14. Рыкунин, С.Н. Рациональное использование древесного сырья в производстве заготовок: дисс. ... докт. техн. наук / С.Н. Рыкунин. - М., 1988. -366 с.

15. Kato, K. 1976. Simulation of the yields of lumber. (1) A standard of the best method of sawing lumber from

a log in consideration of knots. J. Hokkaido For. Prod. Res. Inst. 1:2-6 (in Japanese).

16. Marcel Samson. Method for Assessing the Effect of Knots in the Conversion of Logs into Structural Lumber, Wood and Fiber Science, V22, Jule 1993, No.3, p.298-304.

17. M. Samson. Modelling of knots in logs. Wood Science and Technology. 27:429-437

18. Nakata, K. 1986. Simulation of softwood-log sawing. J. Hokkaido For. Prod. Res. Inst. 3:15-22 (in Japanese).

19. Taylor Wagner, F.G., Jr., AND F.W. Taylor. 1975. Simulated sawing with a chipping headrig. Forest Prod. J. 25(10): 24-28.

КАСАТЕЛЬНАЯ СИЛА РЕЗАНИЯ ПРИ СТРОГАНИИ КРОМОК ФАНЕРЫ

И.Т. ГЛЕБОВ, доц. каф. станков и инструментов Уральского ГЛТУ, канд. техн. наук, В.В. ГЛЕБОВ, студент магистратуры Уральский ГЛТУ

Фанера - древесный материал, состоящий из нескольких склеенных листов лущеного шпона при взаимно перпендикулярном расположении волокон древесины в смежных листах. Фанера широко используется в строительстве, машино- и судостроении, домостроении, производстве мебели. При механической обработке кромки листов фанеры формируют пилением, фрезерованием, строганием, шлифованием. Однако в теории резания древесины отсутствуют сведения о режимах обработки кромок фанеры.

Целью настоящей работы является определение зависимости касательной силы резания от толщины срезаемого слоя при строгании кромок фанеры общего назначения [1] на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

Известно, что для массивной древесины единичная касательная сила резания в зависимости от толщины срезаемого слоя описывается двумя уравнениями: уравнением параболы в диапазоне микросрезаемых слоев и уравнением прямой линии в диапазоне срезаемых слоев a = 0,1.. .2,0 мм [2]

- для микрослоев Fx1 = (p + 0,1k)(1 - 1/Xa2 +\

+ 0,2/X • a - 0,01/X),

- для макрослоев

GIT5@yandex.ru, glebow90@mail.ru

Fx1 = ap + ka,

где Fx1 - единичная касательная сила резания, Н/мм;

p - фиктивная сила резания, Н/мм; k - касательное давление срезаемого слоя на переднюю грань зуба, МПа; a - толщина срезаемого слоя, мм; ap - коэффициент затупления режущей кромки зуба;

X - коэффициент, мм2;

X = р02 + 0,2р0 + 0,01,

где р0 - начальный радиус закругления режущей кромки, мм.

При расчете режимов резания массивной древесины используют метод А.Л. Бершадского, основанный на «Общем законе резания древесины», в котором принято несколько допущений, одно из которых заключается в том, что граничное значение между микро- и макросрезаемыми слоями равно a0 = 0,1 мм. Теоретическое обоснование этого значения нам неизвестно, хотя принято во многих экспериментальных исследованиях.

Предлагаемая статья подготовлена с целью вывода математической модели касательной силы резания при строгании кромок фанеры в зависимости от срезаемых слоев и получения обоснованного значения граничного значения.

122

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013