Технологические основы эффективного использования древесины мягколиственных пород в производстве пилопродукции

Проблема эффективного использования древесины мягколиствен-ных пород возникла в России достаточно давно и исторически связана с индустриализацией страны, развитием массовой промышленной переработки древесного сырья и сдвигами в структуре потребления древесины.

В предшествующем периоде, когда древесина была одним из основных конструкционных материалов, различные ее породы находили свое применение для разных целей в промышленности, строительстве и бытовом обиходе [1,2]. Позднее из-за изменения номенклатуры продукции, изготавливаемой из древесины, появления других конструкционных материалов лиственная древесина постепенно вытеснялась из сферы потребления и сейчас она используется, в основном, при выработке целлюлозы и плит, клееной фанеры и производстве пилопродукции.

В общем объеме пиломатериалов, вырабатывавшемся на территории бывшего Союза, а позднее России, основная часть — 82.85% падает на хвойные породы, на мягкие лиственные породы (береза, ольха, осина, липа и др.) приходилось 17. 14% и на твердолиственные (дуб, бук, граб, ясень, ильм) — не более 1%. Это соотношение первоначально соответствовало распределению ресурсов древесины для промышленной переработки по группам пород. С течением времени, в результате систематических перерубов по хвойному хозяйству, а также вследствие естественного замещения доля мягких лиственных пород в расчетной лесосеке увеличилась до 40%. В 70−80-х годах задача вовлечения в переработку этой части ресурсов древесного сырья уже стала предметом рассмотрения на всех уровнях управления лесной отраслью. Основные успехи того периода связаны, в основном с развитием мощностей в производстве целлюлозы, а также с применением административных мер и централизованным регулированием цен на сырье мягких лиственных пород и пило-продукцию из него. С переходом к рыночной экономике проблема рациональной переработки сырья мягких лиственных пород, особенно на пилопродукцию, возникла вновь, так как ранее применявшиеся меры не действовали, и было необходимо найти технологические решения, способные обеспечить конкурентоспособность пилопродукции мягких лиственных пород на внутреннем и внешнем рынках, то есть заново определить технологические основы переработки этого вида древесного сырья. Таким образом проблема эффективной переработки мягколиствен-ной древесины на пилопродукцию остается актуальной и сейчас, так как ранее не получила полного, научно обоснованного решения.

Во избежание терминологической путаницы необходимо определить, что входит в понятия «технологические основы» и «мягколиствен-ная древесина». По установившемуся определению технология это «совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции» (БЭС, изд.2, перераб. и дополн. 1997, с. 1200). Под технологическими основами понимается совокупность закономерностей и соотношений, характеризующих внутреннюю структуру производственной системы, а также циркулирующие в ней материальные и информационные потоки.

Определение «мягкие лиственные породы» или «мягколиственные породы», применяемое в практике переработки древесного сырья на пилопродукцию, несколько отличается от более строгой классификации пород в науках о лесе и лесных культурах. Дело в том, что разновидности березы занимают некое промежуточное положение между твердоли-ственными и мягколиственными породами. Например, береза каменная по плотности древесины и прочностным характеристикам вплотную примыкает к твердолиственным породам. Другие разновидности березы, особенно при специфичных условиях произрастания, напротив, обнаруживают свойства, близкие к породам, четко классифицируемым как мяг-колиственные. Очевидно, именно по этой причине, а может быть из-за естественного стремления к сокращению терминов, первоначально бытовавшая формулировка «береза и другие мягколиственные породы» постепенно трансформировалась в термин «мягколиственные породы», общепринятый сейчас в лесопильно-деревообрабатывающем производстве. В дальнейшем изложении будет применяться именно эта формула — «мягколиственные породы», хотя, следует признать, она не совсем строга и несвободна от налета производственного вульгаризма.

Цель настоящей работы — исследование, обоснование и определение направлений совершенствования технологии переработки мягко-лиственной древесины на пилопродукцию. Для достижения этой цели следовало решить следующие задачи:

— выполнить научный анализ и определить размерно-качественные требования к пилопродукции, вырабатываемой из мягколиствен-ной древесины;

— исследовать специфику и изменчивость размерно-качественных характеристик мягколиственного пиловочного сырья;

— теоретически исследовать методы раскроя сырья, отвечающие особенностям мягколственной древесины;

— экспериментально исследовать разработанные методы и схемы раскроя;

— обосновать структуру технологического процесса переработки мягколиственного сырья.

Основой для работы послужила созданная в Центральном научно-исследовательском институте механической обработки древесины (ЦНИИМОД) научно-методическая база опытных распиловок для установления нормативов выхода пилопродукции (Г.Г.Титков, Н. А. Попов, Л. З. Лурье, С. И. Малыгин, Е. ПЛебедева, Г. И.Захарьин) и программно-методическая записка по теме № 138 «Разработать технологические основы и нормативную базу переработки древесины лиственных пород на пилопродукцию», подготовленная автором для руководства и координации работ по проблеме в масштабах отрасли. При выполнении исследований был использованы средства математического анализа и математического моделирования, для выполнения отдельных задач использовались методики технологического прогнозирования и функционально-стоимостного анализа (ФСА).

Основные научные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

— впервые разработана и предложена научно обоснованная концепция совершенствования технологии производсва пилопродукции из древесины мягколиственных пород;

— разработана и средствами ФСА обоснована структура технологического процесса производства пилопродукции;

— впервые применен информационный подход для обоснования требований к размерам и сортировке пиловочного сырья;

— впервые предложена математическая модель раскроя бревна на пиломатериалы одной толщины;

— научно обоснованы схемы раскроя мягколиственного пиловочного сырья;

— выполнен широкомасштабный эксперимент по установлению нормативов выхода пилопродукции из пиловочного сырья мягко-лиственных пород.

Практическая значимость выполненных исследований заключается в том, что в результате использования научно обоснованных и экспериментально проверенных технологических решений и схем раскроя обеспечивается эффективная переработка мягколиственного пиловочного сырья на пилопродукцию. Результаты теоретических и экспериментальных исследований послужили основой для установления общеотраслевых нормативов выхода продукции и формулирования технологических требований к разработке и созданию оборудования для лесо-пильно-деревообрабатывающих предприятий малой мощности.

На защиту выносятся:

— концепция и структура технологического процесса эффективной переработки пиловочного сырья мягколиственных пород;

— научно-практические методы оптимизации потоков пиловочного сырья и пилопродукции;

— результаты теоретических исследований раскроя коротких бревен на пиломатериалы одной толщины;

— результаты экспериментальных исследований раскроя коротких бревен мягколиственных пород (осина и береза) на пиломатериалы кратных сечений;

— практические рекомендации по схемам раскроя пиловочного сырья мягколиственных пород;

— нормативы расхода сырья (выхода пилопродукции) при переработке бревен мягколиственных пород.

Реализация результатов исследований выразилась в постановке трех научно-исследовательских тем, входивших в государственную и феде ральные целевые программы, разработке инструктивных и нормативно-технических материалов для промышленности, организации изготовления оборудования для предприятий малой мощности.

Основные результаты работы рассматривались на научно-технических советах и технических совещаниях в Минлеспроме СССР и «Минпромнауки России, координационных совещаниях в период с 1980 по 1992 год, научно-практических конференциях в АГТУ (19 972 001гг.), международных научно-технических конференциях (1999 и 2000 года), совещаниях специализированных кафедр МГУЛ, СПбЛТА и АГТУ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 38 печатных работ, в том числе монография, справочник, брошюры и научные статьи. Материалы исследований использованы при подготовке программных, нормативно-технических, руководящих и инструктивных материалов для предприятий отрасли.

Решение проблемы эффективного использования ресурсов мягко-лиственной древесины в производстве пилопродукции имеет значение не только для России. Как показывает анализ зарубежных публикаций вопросы применением и переработкой мягколиственной древесины периодически возникают и странах Европы [119−128], и на североамериканском континенте [102−118]. Отсюда можно сделать вывод о том, что спрос на пилопродукцию из мягколиственной древесину имеет перспективу на внешнем рынке, а потребность в эффективных технологических решениях не будет преходящей.

ВЫВОДЫ.

В результате выполнения комплексных исследований достигнута основная цель — научно обоснована и сформулирована концепция совершенствования переработки древесины мягколиственных пород на пилопродукцию. Проведенные исследования распространенности и ресурсов мягколиственной древесины в России, особенностей и размерно-качественных характеристик березового и осинового пиловочного сырья, номенклатуры и размерно-качественных характеристик вырабатываемой из него пилопродукции, выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Россия располагает существенными запасами древесины мягколиственных пород. Промышленное значение имеют две породы — береза и осина, удельный вес которых по отдельным регионам составляет от 9 до 80% расчетной лесосеки. Истощение ресурсов хвойной древесины и экологическое давление из вне страны ставит перед промышленностью задачу более широкого вовлечения мягколиственной древесины в переработку.

2. Ресурсы древесины мягколиственных пород таковы, что в настоящее время и в ближайшей перспективе они не могут быть поглощены всеми лесоперерабатывающими отраслями. Наиболее перспективным потребителем этого сырья является производство пилопродукции.

3. По сравнению с хвойной древесиной мягколиственное пиловочное сырье имеет менее выгодные размерно-качественные характеристики, концентрация этого сырья и его транспортирование на дальние расстояние проблематичны по экономическим соображениям. В то же время по своим эксплуатационным характеристикам мягколиственная древесина в некоторых сферах потребления (производство мебели, обшивок, покрытий пола, тара) незаменима и имеет преимущества перед хвойной древесиной.

4. Требования по качеству сырья и пилопродукции, заложенные в нормативно-технические документы (стандарты, технические условия), касающиеся древесины мягколиственных пород практически идентичны с аналогичными требованиями для хвойной древесины.

5. Пилопродукция из мягколиственной древесины вырабатывается по размерной сетке сечений, единой для всех пород, но длина полуфабрикатов и изделий из нее в подавляющем большинстве случаев не превышает 2−3 метров.

6. Современная унифицированная технология производства пилопродукции не обеспечивает конкурентоспособность продукции из мягколиственной древесины из-за высоких производственных затрат, поскольку она копирует традиционную технологию переработки хвойной древесины и не учитывает различий в размерно-качественных характеристиках этих двух групп пород.

7. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что при оптимизации схемы раскроя мягколиственного сырья возможно получить выход пилопродукции, сопоставимый с выходом пиломатериалов из хвойного сырья. Для мягколиственного пиловочного сырья рекомендуются схемы раскроя, находящиеся на стыке развального и брусо-во-развального методов и обеспечивающие разделение различных по качеству центральной и периферийной зон вершинного торца бревна.

8. Технология переработки мягколиственного пиловочного сырья с получением конкурентоспособной продукции должна базироваться на следующих положениях:

— поставка коротких бревен одной длины (3−4 метра);

— отсортировка бревен с развитой гнилью и кривизной более 1%;

— применение специальных схем раскроя средних лесоматериалов вразвал на одну толщину или с вырезкой центральной доски дву.

— кратной толщины. Для крупных лесоматериалов предпочтительней раскрой с глубоким брусом, высота которого равна трехкратной толщине доски с возможностью сдваивания толщины боковых досок;

— обрезка боковых досок по внутренней пласта;

— формирование окончательного сечения и глубокая переработка после сушки.

9. Технология, основанная на этих положения, может быть реализована в два этапа. Первый этап от поставки сырья до сортировки полуфабрикатов выполняет функцию обогащения (модель «О»), второй этап — после сушки выполняет функцию рафинирования (модель «Р»). Операция сушки древесины является связующим звеном между двумя этапами и может входит в любую из моделей, исходя из экономических соображений.

10. Методические приемы анализа и синтеза технологии производства пилопродукции имеют общеотраслевой характер и могут применяться при анализе существующих и поиске новых технологий.

11. Результаты исследований внедрены в производство в виде нормативных и руководящих технико-экономических материалов, использованы при создании гаммы оборудования для лесопильно-деревообрабатывающих предприятий малой мощности, а также при проработке научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов, входящих в Федеральную целевую программу «Развитие лесопромышленного комплекса Российской Федерации» .