Совершенствование технологий переработки стволовой древесины от проходных и санитарных рубок

В России в лесах I, II группы проводятся рубки ухода за лесом, санитарные рубки. Реализация древесины от этих выборочных рубок является главным источником дохода для финансирования основных лесохозяйственных работ на предприятиях лесного хозяйства [16.17,20]. Для расширения объемов тесокулыурных работ, работ по лесовосстановлению, по лесомелиорации необходимо увеличить доход, прибыль от лесопромышленного производства в песхозах.

Лесопромышленные и деревообрабатывающие производства в лесном •хозяйстве включают в себя рубки ухода за лесом, санитарные рубки, рабогы по зыпуску сортиментов круглого леса, пиломатериалов, мебели, строительных деталей и других товаров народного потребления. В рыночных условиях свободного предпринимательства предприятия лесного хозяйства постепенно адаптируются к рынкам спроса и предложения лесопродукции, решаюг задачи Увеличения объемов сбыта лесоматериалов, изделий деревообработки. Лесхозы, у1ехлеехозы уделяют большое внимание более глубокой переработке древесины •I выпуску конкурентоспособной продукции: мебели, стройматериалов, шломатериалов, сувениров и другой продукции.

В этих условиях представляется чрезвычайно актуальным в тесопромышленном производстве лесного хозяйства осваивать высокие) ффективные технологии переработки древесины, полученной от проходных и санитарных рубок.

Существующие технологии лесопромышленного производсгва в лесхозах, «1ехлесхозах являются далеко не самыми эффективными [1,6,14,22,29,53]. Залка, трелевка леса при проведении выборочных рубок сопровождается 1екоторым повреждением остающихся деревьев, потерями древесины в виде вершин стволов, оставляемых в лесу [5,7,23,28,51,67]. Раскряжевка хлыстов на десосеках, на верхних и нижних складах ~ это основная технологическая) перация, которая должна обеспечить выпуск сортиментов круглого леса необходимого качества для удовлетворения запросов потребителей 33,40,44,45,50,63]. Эта технологическая операция обычно выполняется переносными или стационарными моторными пилами без досгаточно эффективного решения практических задач технологической оптимизации раскроя хлыстов [3,15,24,45,50,59]. Выпускаемые при раскряжевке бревна часто включают в себя отрезки древесины разных сортов, а сорт в целом бревна и оптовая цена 1 его древесины определяется самым низким сортом отрезка древесины [26,33,48,50,54,63]. Выпиливаемые пиловочные бревна имеют недостаточно высокий цилиндрический объем древесины, что не позволяет в лесопилении получить высокий полезный выход обрезных пиломатериалов [11,24,26,45,47,50].

Предприятия лесного хозяйства находят заказы потребителей на отгрузку чиловочника, балансов, рудничной стойки, сголбов, строевого леса. Выполнить зсю эту размерно-качественную спецификацию в заданном объеме по отдельным соргиментам, сортам при сущесгвующих технологиях раскряжевка ЮЯЬОВ не предоставляется возможным [45,50]. Какие-то сортименты юрторазмерных групп выпускаются в большем объеме, меньше, чем это требуется.

При переработке стволовой древесины от проходных, санитарных рубок I спелых насаждениях обычно получают большое количество крупномерных шмлевых бревен с напенной гнилью [10,19,37,50,58,61,64,66]. Использование таких бревен в качестве пиловочного сырья в лесопилении чаще всего Малоэффективно и даже убыточно, ввиду весьма низкого полезного выхода збрезных пиломатериалов. Комлевые бревна с напенной гнилью обычно не заходят сбьгга даже в качестве топливных дров и часю сжигаются на складах вместе с различными отходами древесины. В это же время здоровая древесина шмлевых бревен с напенной гнилью отличается высоким качеством, не имеет сучков и может быть ценным компонентом сырья целлюлозно-бумажного троизводства. Однако лесхозы, как правило, не занимаются выпуском высокоценного сырья для целлюлозно-бумажного производства из комлевых бревен с напенной гнилью.

В связи с вышеизложенным в этой работе решаются научно-практические задачи совертиенствования технологий переработки стволовой древесины, гюл>чениой от проходных санитарных рубок для повышения прибыльности лесопромышленного производства в лесном хозяйстве.

Целью диссертационной работы являются натурные наблюдения, производственные эксперименты, разработки математических моделей, алгоритмов оптимизации раскроя стволов деревьев, комлевых бревен с гнилью эт проходных и санитарных рубок для повышения полезного выхода песоматериалов и снижения отходов древесины.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи научных исследований и прикладных технологических разработок:

1. Изучить направления совершенствования технологий переработки стволовой древесины, полученной от проходных и санитарных рубок.

2. Провести исследования и разработки математических моделей стволов деревьев, хлыстов, бревен для учета объемов древесины и решения технологических задач переработки стволовой древесины.

3. Разработать математические модели, алгоритмы технологической оптимизации раскроя хлыстов на сортименты круглого леса и комлевых бревен: напенной гнилью на колотые балансы.

4. Выполнить производствеиные эксперименты, компьютерные расчеты и определить эффективность предлагаемых методов раскроя хлыстов и бревен.

5. Выдать производству рекомендацию по раскряжевке хлыстов от дроходных и санитарных рубок, по выпуску колотых балансов из комлевых 5ревен с напенной гнилью.

Методика исследований включает в себя: изученные в производственных /словиях технологий переработки стволовой древесины от проходных и санитарных рубокиспользование методов математического моделирования объекгов лесопромышленных технологий и методов оптимизации раскроя лесоматериаловмашинные компьютерные имитационные эксперименты по раскрою стволовой древесиныаналитические расчеты оптимизации раскроя комлевых бревен с гнилью на кологые балансы.

В первой главе показано состояние изученности темы, поставлены цель и задачи диссертационных исследований.

Во второй главе рассмотрены направления совершенствования технологий переработки стволовой древесины сосны, березы, полученной от проходных и санитарных рубок ЦЧР. т-ч и о.

В третьей главе представлены результаты исследований и научных разработок математических моделей стволов, хлыстов, бревен сосны, березы и уравнения расчета их объемов.

Четвертая глава посвящена решению задач технологической оптимизации раскроя стволов и комлевых бревен, полученных от проходных и санитарных рубок.

В пятой главе показана эффективность предлагаемых методов эптимизации рассм, а гриваем ых технологических операций и изложены рекомендации по раскрою хльютов и комлевых бревен от выборочных рубок.

Достоверность полученных результатов, обоснованность выводов и рекомендаций.

Результаты научных исследований получены на основе [троизводственных наблюдений, экспериментов, при использовании методов уштематического моделирования объектов лесопромьшиюнных технологий, 1рограмм компьютерных расчетов.

Обоснованность методов и рекомендаций базируется на адекватности моделей раскроя стволовой древесины реальным объектом и технологиям, юзитивными результатами использования предлагаемых технологий.

На защиту выносятся.

1. Математические модели стволов, хлыстов, бревен сосны, березы для решения гехнологических задач раскроя сгволовой древесины от выборочных рубок.

2. Научные и практические решения по оптимизации поперечного раскроя хлыстов и продольного раскроя комлевых бревен с напенной гнилью.

3. Рекомендации производству по раскряжевке хлыстов и выпуску колотых балансов из бревен с напенной гнилью.

Научное значение полученных результатов.

Математические модели стволов, хлыстов, бревен сосны, березы и математический аппараг оптимизации раскроя этих объектов лесопромышленных технологий является научно-теоретической основой решения задач учета лесоматериалов, поиска отимальных схем поперечного раскроя хлыстов продольного раскроя бревен, в том числе бревен с напенной гнилью.

Практическое значение полученных результатов исследований.

Лесопромышленное производство предприятий лесного хозяйства получило аппарат математического обеспечения систем компьютерной поддержки оптимизации технологий переработки стволовой древесины от проходных и санитарных рубок. Практика переработки хлыстов, бревен получила рекомендации по раскрою хлыстов на сортименты круглого леса, по эаскрою комлевых бревен с напенной гнилью на колотые балансы, что повышает эффективность и прибыль лесопромьппленных технологий лесхозов, мехлесхозов.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены, обсуждены на научно-технических конференциях ВГЛТА в 1995, 1996, 1999 г., на Всероссийской научно-технической конференции «Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов», т. 1, М, МГУЛ, 1994.

Публикация.

Основные материалы диссертации опубликованы в 5 научных статьях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав основного текста, заключения, списка литературы из 72 наименований и приложения. Основная часть изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка, 20 таблиц.

Выводы.

1. Использование лесорубочных билетов на проходные и санитарные рубки дает возможность с помощью математических моделей стволов деревьев достаточно точно определять потенциальный объем выхода заготавливаемых сортиментов круглого леса.

2. Основным соргообразующим неизбежным пороком древесины являются сучья. Главным соргопоиижающим пороком высокоценной бессучковой комлевой древесины являются напенные гнили вырубаемых деревьев при санитарных и проходных рубках.

3. Компыогерная реализация алгоритма, программы наилучшего выполнения плановых заданий по вьшуску ценных сортиментов круглого леса показала свою эффективность. В частности выпуск весьма дефицитных пиловочных бревен при раскряжевке хлыстов от санитарных и проходных рубок возрастает с 55% до 62%.

4. Компьютерная оптимизация раскроя хлыстов, за счет устранения выхода деловых бревен недомерков (меньше стандартной длины) за счет л}Лчшего использования высокоценной пиловочной зоны хлыстов, на 7% увеличивает общий объемный выход деловых сортиментов.

За счет увеличения объемного выхода высокоценного пиловочника общий выход деловой древесины в оптовых ценах возрастает на 10,3%.

5. При производственной и оптимальной раскряжевке хлыстов от проходных и санитарных рубок получается около 7% комлевых бревен с гнилью, допустимой в IV сорте, дровяных бревен и откомлевок. Вся эта древесина используется в лучшем случае в качестве дров. Эта древесина может стать сырьем для выпуска высокоценных колотых балансов.

6. Повышение цилиндрического объема пиловочных бревен на 2,2−3,1% при оптимизации раскроя пиловочной зоны хлыстов дает возможность Л’величить выход обрезных досок на 1,7−2,6%.

7. Для выпуска колотых балансов из комлевых бревен с иапеиной гнилью целесообразно использовать вьшускаемые в России станки АБС-2 с плоскими ножами, но лучше станки Н-10 с кольцевыми ножами.

Расчеты показывают, что на станках АБС-2 при удалении гнилей в колотых балансах потери здоровой комлевой древесины составляют 2,6−16%, на станках Н-10 эти потери от 0,8% до 3,4%.

Повышенные оптовые цены на колотые балансы из бессучковой комлевой древесины обеспечивают высокую прибыль от этой технологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные исследования технологий переработки стволовой древесины от проходных и санитарных рубок показали наличие существенных и неиспользуемых резервов увеличения вьшуска качественных сортиментов круглого леса и колотых балансов из низкосортных и дровяных комлевых бревен с напенной гнилью.

1. Главным резервом повышения прибыльности, эффективности лесопромышленной деятельности предприятий лесного хозяйства является совершенствование технологий заготовки и переработки стволовой древесины, в том числе от проходных и санитарных рубок.

2. Для реализации научно-практических решений по повышению эффективности технологий переработки стволовой древесины и учег' объемов лесоматериалов необходимо иметь в первую очередь уравнения образующей стволов стоячих деревьев, хлыстов, а также комлевых, срединных, вершинных бревен.

3. Пол>'ченные в работе математические модели стволов сосны, березы, их хлыстов и бревен являются адекватными их реальной, фактической форме, отражают особеиносги их формообразования и являются математической основой построения вычислительных процедур оптимизации раскроя этих лесоматериалов.

4. Разработанные вычислительные процедуры, алгоритмы оптимизации раскряжевки хлыстов на специализированные сортименты круглого леса являются приемлемыми для практической реализации в лесопромышленных технологиях. При этом также решается задача максимизации выпуска наиболее дефицитных, вьюокоценных сортиментов, в частности, пиловочных бревен.

5. Представленные в работе вычислительные процедуры расчета протяженности сортиментых зон и длин выпиливаемых сортиментов отвечают требованиям реализации этих систем в вьюоких технологиях, так как они значительно снижают огходы древесины на лесозаготовках и в лесоперерабатывающих технологиях.

Математические модели хлыстов и бревен дают возможность создавать программное обеспечение систем компьютеризации учета и сортировки круглого леса.

6. Проведенные эксперименты, расчеты дали возможность получить математический аппарат поиска схем раскроя комлевой части хлыстов на однородные по сортности отрезки с отделением деловой части хлыста от дровяной. Полечены уравнения по вычислению, расположения зон колотых балансов в комлевой части сосновых хлыстов с напенной гнилью, что позволяет реализовать соответствующую технологию выпуска этих балансов.

7. Предложена методика использования лесорубочных билетов на проходные и санитарные рубки, позволяющая с помощью математических моделей древесных стволов более точно определять потенциальный объем заготавливаемых сортиментов круглого леса.

8. При санитарных и проходных рубках вырубаются деревья, у которых главным сортопонйжающим пороком бессучковой, высокоценной комлевой древесины являются напенные гниж.

9. Компьютерная оптимизация раскроя хлыстов сосны показала свою эффективность. В частности, выпуск высокоценных пиловочных бревен, по сравнению с практикой обычной раскряжевки, увеличится с 55% до 62%. При этом общий объемный выход деловых сортиментов из хлыстов сосны увеличился на 5,75.

10. С учетом увеличения выхода пиловочника и увеличения общего объемного выхода деловой древесины выпуск лесоматериалов в оптовых ценах возрастает на 10,3%.

11. При оптимизации раскряжевки хлыстов цилиндрический объем древесины пиловочных бревен увеличивается на 2,2−3,1%, что позволяет повысить выход обрезных пиломатериалов на 1,7−2,6%.

12. При раскряжевке хлыстов от санитарных и проходных рубок получается 7% круглых лесоматериалов в виде комлевых бревен с гнилыо, допустимой только в IV сорте, а также дровяных бревен и откомлевок с гнилью.

Вся эта древесина в лучшем случае используется как дрова. Эта древесина может стать сырьем для выпуска высокоценных колотых балансов, обеспечивающих высокую прибыль.

13. Для выпуска колотых балансов из комлевых бревен с напенной гнилью целесообразно использовать выпускаемые в России станки ЛБС-2 с плоскими ножами и станки Н-10 с кольцевыми ножами.

14. Расчеты показали, что на станках АБС-2 при удалении гнилей в колотых балансах потери здоровой комлевой древесины составляют 2,6%-16%, на станках Н-10 эти потери от 0,8% до 3,4%.