Древесина от рубок ухода как сырье для переработки Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ДРЕВЕСИНА ОТ РУБОК УХОДА КАК СЫРЬЕ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ

А. А. ШАДРИН, доцент кафедры технологии и оборудования лесопромышленного комплекса, А.В. МАКАРЕНКО, аспирант

При общем снижении объемов лесозаготовок, за последнее время, значимость рубок ухода остается все равно высокой, как в лесоводственном значении, так и в возможности получения сырья для переработки на нижнем лесном складе. Несмотря на это использование древесного сырья от данного вида лесопользования имеет трудности. Прежде всего, это значительное расхождение в качественных и количественных характеристиках между древесиной от рубок ухода и рубок главного пользования, что резко затрудняет ее совместную обработку в общих технологических потоках. Это отличие заключается и в средних значениях диаметров стволов, кривизны, длине бессучковой зоны, размеров гнили, количества сучков по длине лесоматериала, а так же в разбросе значений этих характеристик для хлыстов или сортиментов, что характеризуется отличием типа кривых распределений или их параметров. Кроме того, существуют отличия и в физико-механических свойствах древесины. Показатели прочности на изгиб, на растяжение или сжатие, ударную вязкость и другие в значительной степени определяются плотностью древесины. Последний показатель возрастает с возрастом дерева [4] и, следовательно, прочностные показатели древесины спелого лесонасаждения будут иметь более желательные для деревообрабатывающей промышленности значения, чем у средневозрастных и преспе-вающих, во время которых и проводятся последние этапы рубок ухода (прореживание и проходные). С другой стороны, плотность древесины выше у деревьев растущих в загущении, а для хвойных пород и отстающих в росте, а именно их и выбира-

ют при рубках ухода. Поэтому значительных отличий в прочности древесного сырья, заготовленного при рубках ухода и главной рубке, на одном и том же месте, не будет [4].

Проведенные исследования непосредственно на участке леса, назначенного в проходную рубку, и анализ полученных данных позволил построить кривые распределения по диаметру, кривизне, длине бессучковой зоны для деревьев [1].Они показали, что на проходных рубках распределение диаметров согласуется с логнормальной кривой, распределение кривизны с нормальной кривой и гнили также с логнормальным распределением, что подтверждается ранее проведенными исследованиями рядом ученых [2]. Изучение диаметров на рубках прореживания хорошо выровнилось только с кривой распределения размаха. Методика обработки экспериментальных данных и диаграммы распределений с параметрами кривых приведены в работе [1].

Так как на нижнем лесном складе древесина от рубок ухода поступает очень часто в виде сортиментов, то представляет интерес изучение их размернокачественных характеристик на лесном складе.

В результате анализа возможных видов переработки древесины от рубок ухода в условиях нижнего лесного склада и лесоперерабатывающих цехов и сравнения с предыдущими работами [3] была составлена классификация этих вариантов, которая должна послужить основой для создания модели лесообрабатывающего цеха с дозагрузкой станков древесиной от рубок ухода.

Классификация видов переработки сырья от рубок ухода в лесообрабатывающих цехах

Выделено несколько признаков по этой классификации: это вид производства, способ подачи сырья на обработку, место производства, количество технологических потоков, структура технологического потока, способ взаимосвязи и возможные варианты подсортировки.

По первому признаку выделено три производства: пилопродукции, технологической и зеленой щепы, а также производство круглых и колотых балансов из низкосортной древесины. Зеленая щепа может быть произведена из целых деревьев и хлыстов в условиях лесосеки. Поэтому один из признаков (третий) определяет место переработки сырья от рубок ухода на лесосеке, на нижнем лесном складе либо смешанное. Второй признак определяет принципиальный вопрос: является ли производство совместное или отдельное с древесиной от рубок главного пользования в рассматриваемом технологическом потоке. Выбор конкретного варианта зависит от изменения выхода готовой продукции и производительности оборудования этого технологического потока при совместной обработке, либо объема приведенных затрат на создание особого производства. Четвертый признак характеризует возможности цеха для совместной обработки сырья: однопоточная или многопоточная обработка сырья различного назначения. Следующие два признака определяют структуру и технологическую взаимосвязь потоков: существуют ли разветвления в потоках и возможна ли взаимосвязь между ними.

Последний признак показывает необходимость подсортировки перед подачей древесины на обработку. В связи с тем, что кривые распределения и их параметры для рассматриваемых количественных и качественных признаков пиловочного сырья от промежуточного и главного видов пользования разное, то и средние значения этих признаков будут разные. Их соотношение можно оценить следующим образом:

отношением количества сортиментов от разных видов рубок Npy/Nvrп ;

отношением средних диаметров,

^ру/^ргп 5

отношением средних значений кривизны, /ру//ргп;

отношением средних значений ядровой гнили, £>ру/£>рП1,

где Л'ру, /ру, йру, £>ру - количество сортиментов, средняя кривизна, средний диаметр, средний диаметр ядровой гнили, соответственно, для сырья от рубок ухода; ЛГргп, /рП1,

^ргп, £>ргп - количество сортиментов, средняя кривизна, средний диаметр, средний диаметр ядровой гнили, соответственно, для сырья от рубок главного пользования для одной сортировочной группы. Подсортировка непосредственно не может влиять на эти величины, она может оказывать только косвенное влияние через выбираемые диапазоны численных значений признаков, по которым производится разделение пиловочного и другого сырья на сортогруппы. Правильный выбор интервалов варьирования количественных и качественных характеристик для сортогрупп определит эффективность производства, особенно при использовании сырья от рубок ухода, которое отличается большим разнообразием. Дальнейшие исследования должны определить количество сортировочных групп и их интервалы, что определит какая древесина от рубок ухода может поступать в совместную обработку, а какая в отдельную.

Рассмотрим вопрос о соотношении объемов древесины от обоих рассматриваемых видов пользования в какой-либо сортировочной группе. Допустим подсортировка идет по двум смежным четным диаметрам, то есть через 4 см. Допустим также, что известны параметры кривых распределений: логнормального для диаметров сортиментов от проходных рубок и прореживания и нормального для сортиментов от рубок главного пользования. Тогда вычислив площадь, ограниченную кривой плотности распределения для диапазона диаметров, установленную для данной сортировочной группы, и

умножив ее на заготавливаемый объем получим количество древесины, поступающую в эту сортировочную группу от того или иного вида пользования. Так для рубок ухода имеем:

УГ = ]л,(^У,’у-, (I)

<*а =р

где /ру (х) - кривая плотности диаметров

сортиментов от прореживания и прочисток; с1п и йк - начальный и конечный диаметры

сортировочной группы; Уру - объем заготовок вышеназванного вида; /; - длина сортиментов; /ср - средняя длина всех сортиментов пиловочного сырья.

Аналогично для объема сортиментов от главной рубки:

УГ = \/„(х)Лхуг"г- •

(2)

ср

где /ргп(л:) - кривая плотности диаметров

сортиментов от главной рубки; Ургп - объем означенного вида заготовок.

Таким образом, получаем коэффициент, оценивающий содержание количества древесины от разных видов заготовок в /-той сортировочной группе:

(3)

пу =

'РУ

V. +¥

іргп I ру

или для другого вида пользования:

V-

£угп __ ’т

* ргп

V. +¥.

гргп * ру

(4)

Зная соотношение объемов заготавливаемого пиловочного сырья от промежуточного пользования и главного пользования можно рассчитать процентное содержание объема одной подсортировочной группы к общему объему заготовок. Обозначим это соотношение так:

У„..„ (5)

/і

рг п

К

ру

Тогда процентное содержание одной подсортировочной группы пиловочника определенной длины, используя формулы (1) и (2), будет выглядеть следующим образом:

к.

К

общ <1к

К™ |/ргп + Ку |/ру (А‘Vя'

I

—100%. (6)

обш 'ср

Заметим, что Уобщ равно сумме Ургп и Уру. Разделим числитель и знаменатель (5) на Уру и получим:

К

ргп

к,

ру

|/ргп(Ф* + \/Ру(х)йХ

V

_Е1 + 1 Ку

^-100

%.

ср

Учитывая соотношение (6) получим окончательное выражение для определения

к;:

к,= — ' й+1

Л|/Ргп(*У*+|./Ру(*У*

М00%.

ср

(7)

Если мы обозначим И как отношение объема заготовок промежуточного вида пользования к объему древесины от главной рубки, то есть возьмем обратное значение

А = ^-. (8)

К

ргп

то формула (7) будет выглядеть следующим образом:

(<4

к;

1

й + 1

|/Ргп(*УЛ' + Л|/Ру(*У*

М00 %.

ср

(9)

Таким образом, зная величину й и общий объем заготовок можно определить объем i сортировочной группы и соответственно узнать производительность лесопильного оборудования и количество смен загрузки в год на этой группе сырья. Изменяя начальный и конечный диаметры можно добиться оптимального значения количества сортировочных групп ориентируясь на максимальную производительность используемого оборудования и желательный ассортимент готовой продукции.

Следует обратить внимание на то, что подсортировка древесины, особенно от рубок ухода, может потребоваться не только по диаметрам, но и величине кривизны, количеству сучков на один метр длины и размерам ядровой гнили. По всем вышеперечисленным признакам также нужно установить количество сортировочных групп и диапазоны варьирования признаков для каждой группы. Это предполагается сделать вышеописанным способом.

Создание математической модели производства с использованием аппарата имитационного моделирования на основе вышеприведенной классификации позволит выяснить, каким образом организовать подсортировку и эффективно дозагрузить оборудование лесообрабатывающих цехов древесиной от проходных рубок и прореживания, либо определить при каких размернокачественных характеристиках сырья существует необходимость создания отдельного производства. Критериями эффективности в

этом случае будут производительность лесопильного оборудования и количественный выход планируемых видов пиломатериалов.

Литература

1. Научный отчет по теме: «Совершенствование технологических процессов переработки вторичных древесных ресурсов на лесных предприятиях малолесных районов». - М.: МГУ Л, 1997. - Рук. темы проф. Редькин А.К.

2. Даугавиетис М.О. Исследование технологических вариантов первичной переработки тонкомера из рубок прореживания. Канд. дис. - Рига: 1972.

3. Шадрин А. А. Анализ и моделирование технологических процессов комбинированных лесообрабатывающих цехов И Науч. тр. / МЛТИ, 1982. - Вып. 142.

4. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: Лесн. пром., 1986. - 365 с.

В.В. АМАЛИЦКИЙ

В.Г. БОНДАРЬ А.М. ВОЛОБАЕВ А.С. ВОЯКИН

НОВЫЕ КНИГИ

Амалицкий В.В., Бондарь В.Г.,

Волобаев А.М., Воякин А.С. Надежность машин и оборудования лесного комплекса: Учебник для студентов лесотехнических вузов. Спец. 1704.00. - М.: МГУЛ, 1998. - 228 с.

НАДЕЖНОСТЬ

МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА

Издательство МГУПа Москва - 1Э9Э

В настоящей книге рассмотрены основные положения теории надежности, испытаний на надежность и технической диагностики деревообрабатывающего оборудования с учетом его особенностей на стадиях создания и эксплуатации. В ней описываются современные и перспективные методы и средства испытаний, приводятся правила выбора параметров технического состояния, показателей надежности и диагностических параметров.

В основу изложенного материала положены результаты более чем двадцатилетних исследований надежности деревообрабатывающего оборудования, проводимых на кафедре станков и инструментов Московского государственного университета леса. В книге нашел отражение также опыт проведения аналогичных испытаний и технического диагностирования в других отраслях промышленности.