Повышение объемного и качественного выхода радиальных пиломатериалов при секторно-совмещенном способе раскроя бревен

Актуальность темы

.

В последнее время, в России и за рубежом, отмечается стабильный спрос на высококачественные пиломатериалы, особенно при изготовлении столярно-строительных изделий. Причем предпочтение отдается пиломатериалам радиальной распиловки (угол наклона годичных колец к пласти 60−90°) и клееным. Первые имеют меньшую склонность к растрескиванию и усушке, короблению, большую прочность на изгиб и истирание, по сравнению с тангенциальными. Такие пиломатериалы вырабатывают развально-секторным и брусово-секторным способами только из толстомерных бревен (диаметром 40 см и более). Причем их объемный выход составляет не более 40% при общем расчетном выходе обрезных пиломатериалов 58−62%. Из тонкомерного сырья (диаметром 14−24 см), распиливаемого, как правило вразвал, получают обрезные пиломатериалы смешанной распиловки (являющиеся менее качественными и ценными), с расчетным выходом не более 50−55%. Вторые обладают высокой формоустойчивостью, что обусловлено отсутствием в них внутренних напряжений, имеют большую прочность по сравнению с массивной древесиной. Однако и в этом варианте объемный выход конечной продукции составляет не более 50%.

Для повышения объемного (до 70% и более) и качественного выхода пилопродукции предложен (в виде патентов) ряд способов, согласно которым бревна подлежат раскрою вдоль на фрагменты непрямоугольного сечения и склеиванию в блоки. В этом ряду наиболее рациональным является секторно-совмещенный способ, который предусматривает получение из бревна секторов (секторных пиломатериалов) и формирование из них двух-, трехи многослойных клееных блоков. Последние могут служить самостоятельной продукцией или распилены на спецификационные заготовки. При этом вся продукция может быть радиальной. Однако для реализации в промышленности указанных способов необходима разработка методологии получения и склеивания фрагментов бревен в блоки.

В связи с реализацией стратегии сбережения лесных ресурсов в качестве ее научного сопровождения актуальной задачей является разработка способов позволяющих увеличить объемный выход (до 70% и более) и повысить качество обрезных пиломатериалов, в том числе и радиальных за счет склеивания секторов.

Цель работы.

Увеличение объемного и качественного выхода радиальных пиломатериалов за счет разработки и оптимизации параметров технологических операций получения и склеивания секторов.

Задачи исследования.

1. Разработать аналитический аппарат, позволяющий планировать раскрой бревен на сектора и на всех стадиях технологического процесса изготовления клееных секторных блоков, а также в условиях переменной влажности, определять параметры их поперечных сечений.

2. На основе экспериментальных исследований обосновать параметры размерно-качественной характеристики секторов для последующего их склеивания в блоки.

3. Теоретически обосновать и экспериментально исследовать продолжительность сушки секторных пиломатериалов.

4. Разработать технологические структурные модели, участвующих в склеивании поверхностных слоев радиального среза древесины сосны и ели и выявить условия формирования прочности радиального клеевого соединения.

5. Обосновать технико-экономическую эффективность изготовления клееной секторной пилопродукции. Аппробировать и внедрить результаты исследований в промышленность.

Объект исследования.

Секторно-совмещенный способ раскроя бревен. Методы исследования.

Поставленные задачи решались посредством теоретических и экспериментальных исследований. Методика исследований соответствовала общепринятым в деревообработке стандартам и нормативам. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики.

Научная новизна работы.

1. Разработан аналитический аппарат для определения размерных параметров поперечного сечения секторов и радиальных клееных секторных пиломатериалов на всех стадиях технологического процесса изготовления продукции и в условиях переменной влажности, отличающийся тем, что учитывает механическую обработку древесины, её линейную радиальную и тангенциальную усушку и разбухание, а также радиальную направленность клеевых швов.

2. Разработана методика оптимального планирования раскроя пиловочных бревен на спецификационные радиальные секторные пиломатериалы, отличающаяся учетом формы поперечного сечения, величины центрального угла и окончательных размеров секторов после высушивания.

3. Разработаны технологические структурные модели, участвующих в склеивании поверхностных слоев радиального среза древесины хвойных пород — сосны и ели, отличающиеся учетом размеров и количеством трахеид ранней и поздней зоны древесины и позволяющие определять емкость и контактную поверхность заполненного клеем слоя, а также условия формирования клеевого соединения.

4. Предложена методика определения продолжительности сушки секторов, отличающаяся учетом формы поперечного сечения пиломатериалов.

Значимость для теории.

Расширены и дополнены теоретические основы получения секторных клееных пиломатериалов, учитывающие:

— изменение поперечного сечения секторов на различных технологических стадиях;

— размерно-качественную характеристику секторов и продолжительность их сушки;

— структуру, участвующего в склеивании поверхностного слоя радиального. среза древесины сосны и ели;

— напряженное состояние радиальных клееных соединений;

— физико-механические свойства древесины сосны и ели в радиальном направлении бревна.

Значимость для практики.

Деревообрабатывающая отрасль России получает основы технологического процесса изготовления формоустойчивых клееных секторных пиломатериалов:

— методику планирования оптимального раскроя бревен на сектора;

— рациональные параметры размерно-качественной характеристики секторов для последующего их склеиваниятехнологию формирования клееных радиальных секторных пиломатериаловконструктивные решения по модернизации горизонтального ленточнопильного станка для производства секторов;

— модель поточной линии для производства секторных клееных блоков, включающую участки оцилиндровки и раскроя бревен на сектора, их сушку и склеивание в блоки.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Аналитический аппарат для определения размерных параметров секторных клееных пиломатериалов на всех технологических стадиях их изготовления и в условиях переменной влажности.

2. Методика оптимального планирования раскроя пиловочных бревен на спецификационные секторные пиломатериалы.

3. Методика определения продолжительности и кинетики сушки секторных пиломатериалов.

4. Структурная технологическая модель, участвующего в склеивании поверхностного слоя радиального среза древесины сосны и ели.

Достоверность научных положений подтверждается допустимой относительной погрешностью результатов эксперимента, актами внедрения предлагаемых технологических решений на ООО «Ниса» и ООО ТД «Воронежсрубдизайн» (г. Воронеж) технико-экономическим обоснованием их применения в производстве.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы отмечены золотой медалью на Всероссийском студенческом конкурсе на лучшую научную работу за 2008 г, докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО «ВГЛТА» (2009 — 2011 г. г.), международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию лесоинженерного факультета ВГЛТА «Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего» (г. Воронеж 2009 г.), международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию факультета «Технология деревообработки» ВГЛТА (г. Воронеж 2010 г.), международной научно-технической конференции стран, участниц ЕврАзеС (г. Екатеринбург, 2010 г.), 11-ой международной научнотехнической интернет-конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (г. Брянск, 2010 г.).

Публикации результатов исследований.

По материалам диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, получено четыре патента РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 169 страницах печатного текста и включает 90 рисунков, 35 таблиц.

Список использованных источников

имеет 67 наименований, в том числе 3 на иностранном языке. Приложение содержит акты внедрения и другие материалы по теме диссертации.

Основные выводы и рекомендации.

1. Разработан аналитический аппарат, позволяющий планировать раскрой бревен на сектора и на всех стадиях технологического процесса изготовления клееных секторных блоков, а также в условиях переменной влажности, определять параметры их поперечных сечений.

2. Теоретически и экспериментально установлено, что технологически обоснованными (наименьшее количество пропилов при раскрое бревен, наибольший объемный выход — 70% и более, отсутствие покоробленности по пласти, наименьшее количество выходящих на пласти пороков и др.) являются сектора с центральным углом 30 — 45 град, обрезанные по хорде.

3. Разработана методика определения размеров (сопоставимой толщины) секторов, позволяющая подбирать режимы их камерной сушки, скорость которой выше, а продолжительность меньше на «27%, чем у пиломатериалов прямоугольного сечения.

4. Разработана структурная модель участвующего в склеивании поверхностного слоя радиального среза древесины сосны и ели, учитывающая их анатомическое строение. На основе их моделей теоретически исследованы условия формирования максимальной прочности клеевого соединения и определены оптимальные расходы клеев для склеивания секторных пиломатериалов. Для достижения максимальной прочности клеевого соединения необходимо, чтобы: а) расход клея обеспечивал полное заполнение всех полостей трахеид и образование промежуточного слоя клеевого состава между склеиваемыми радиальными поверхностямиб) предел прочности поверхностного слоя, заполненного клеем, был больше предела прочности клеевой прослойки и предела прочности древесины.

5. Экспериментально показана возможность получения клееных радиальных пиломатериалов из секторов с пределом прочности при статическом изгибе, превышающим на 15−30% этот показатель у клееных пиломатериалов из досок прямоугольного сечения радиальной или смешанной распиловки.

6. Применительно к деревообрабатывающему предприятию ООО «Дондрев» разработана поточная линия, включающая в качестве основного оборудования оцилиндровочный станок позиционного типа, секторнопильный станок мощностью «680 тыс. секторов в год, и вертикальный пресс ПВС-3 для склеивания секторных панелей (размером 128×500×2000 мм) мощностью — 56 900 штук в год. Экономическая эффективность предлагаемой поточной линии составляет 9151,43 тыс. руб. в год или при выпуске 1 м клееных секторных панелей — 2135,9 руб.