ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПУСТОТЕЛОГО БРУСА
Бегунков О.И., Исаев С.П., Руденок Я.В. (ХГТУ, г. Хабаровск, РФ)
The article discusses ways of using logs of small diameter in production of wood hollow beams.
В работе дан анализ существующих технологических процессов производства пустотелого бруса, приведены результаты экспериментов по определению формы образующей тонкомерного лиственничного сырья, произведена теоретическая оценка эффективности существующих технологических процессов изготовления такого бруса.
Общая площадь лесного фонда Хабаровского края – 73689,0 тыс. га, что составляет 6,5 % лесного фонда России. Расчетная лесосека по Хабаровскому краю составляет 26,5 млн. м3, в т.ч. доступная – 16,2 млн. м3 на долю хвойных пород приходится 95 % /1/. Лесной комплекс края ежегодно заготавливает порядка 6…6,5 млн. м3 деловой древесины. В 2004 г. вывозка составила 8200 т. м3, при этом лесоматериалов круглых было произведено 7050 т. м3.
В общем объеме лесосечного фонда тонкомерная низкотоварная древесина составляет не многим более 30 % и в большинстве своем при разработке делян остается на корню или уничтожается при валке деревьев. Одним из способов вовлечения тонкомерной древесины в переработку является производство пустотелого бруса. За рубежом такой брус называют кройц-балкой.
Кройц-балки – это конструкционный брус для несущих и ненесущих деревянных сооружений с поперечным сечением от 80…100 мм до 160…320 мм. Длины могут выбираться произвольно. Кройц-балки составляются из 4 отдельных частей (сегментов) и в центре имеют отверстие. Общий вид склеенного пустотелого бруса показан на рис. 1.
Рисунок 1- Пустотелый брус (кройц-балка) из тонкомерной древесины лиственницы
Известны несколько технологий изготовления пустотелого бруса /1, 2, 3/.
По технологии, предлагаемой авторами /1, 2/, сохраняется имеющийся сбег бревна. В работе /3/ в технологи-ческом процессе применяется операция предварительной оцилиндровки бревен.
Схема формирования пустотелого бруса из бревна приведена на рис. 2.
Сохранение сбега предполагает увеличение выхода готовой продукции. Однако это сопряжено с рядом трудностей в технологическом процессе: на укладке сегментов в штабель для сушки, на сборке сегментов (желательно, чтобы все сегменты были из одного бревна) и др. Следует также иметь в виду, что при формировании бруса в размер потребуются большие припуски на обработку строганием.
 |
Рисунок 2- Схема формирования пустотелого бруса из бревна:
1 – древесина; 2 – полость
Говоря о рациональном использовании древесного материала при производстве строительного бруса, следует помнить об обеспечении прочностных показателей.
Наиболее
экономичным являются такие формы поперечных сечений, для которых с наименьшей
затратой материала получается наибольшая величина момента сопротивления 
.
В результате расчетов
установлено, что брус полого сечения, имеющий ширину полуплощади склеивания Х
равную 
,
будет иметь прочностные показатели сопоставимые с показателями бруса сплошного
сечения аналогичных размеров. А формула для определения момента сопротивления
бруса полого сечения может быть записана следующим образом:
. (1)
Расчеты, выполненные по формуле (1) и по формуле для бруса сплошного (Wх.с.с) квадратного сечения, позволили установить, что расхождение в значениях Wх.с.с. и Wх.п.с равно 0,42%.
Для оценки эффективности сохранения сбега бревна были проведены экспериментальные исследования на производственной базе ОАО «Баджальский лемпромхоз-2». При этом были поставлены следующие задачи: определить форму образующей тонкомерной древесины лиственницы; определить из какой части ствола вырезано бревно; определить процент бревен получаемых из той или иной части ствола; рассчитать выход готовой продукции (бруса) из бревен: с сохранением естественного сбега; обработанных с сохранением постоянной конусности; оцилиндрованных.
Согласно методике были исследованы размерные характеристики тонкомерной древесины лиственницы даурской. Всего было обследовано 44 бревна длиной 4 м. На каждом бревне по общепринятой методике определялся диаметр в 9 точках с соответствующим шагом. По опытным данным и специально разработанной методике моделирования формы ствола /4/, позволяющей определить место вырезки бревна из ствола, установлено, что 100 процентов обследованных бревен заготовлены из комлевой части ствола. Результаты показали хорошее совпадение экспериментальных данных и теоретических, рассчитанных по предложенной модели (коэффициент корреляции – 0,86…0,98). Средний диаметр бревен по результатам теоретических и экспериментальных исследований составил 14 см.
На основе полученных моделей бревен были рассчитаны размеры и возможный объемный выход бруса.
Выход пустотелого бруса из оцилиндрованных бревен диаметром 14 см составил 80,5 % (сечение 130х130 мм, длина 4 м); из бревен обработанных с сохранением постоянной конусности – 100,1 % (сечение 145х145 мм, длина 4 м); из бревен с сохранением естественного сбега – 93,3 % (сечение 140х140 мм, длина 4 м).
Выход бруса (сплошного сечения) из аналогичного бревна по традиционной технологии получается равным 43 %. При этом он имеет сечение – 95х95 мм.
На наш взгляд меньший выход бруса по технологии с сохранением естественного сбега объясняется более высоким припуском на обработку после склеивания бруса. Учитывая большую трудоемкость изготовления бруса по данной технологии можно предполагать, что более эффективной будет технология, предусматривающая обработку бревен с сохранением постоянной их конусности.
Литература
1. Бегунков О.И., Выводцев, Гурьев В.В., Исаев С.П. и др. Использование низкотоварной древесины и отходов лесопромышленного производства: Практическое руководство/ Под ред. В.В. Шкутко. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2003. – 132с.
2. Фрайс И. Технология производства клееных строительных балок / Деревообрабатывающая промышленность, 1994, №1, с.30.
3. Patterson D.W., Xie Xiaolin. Inside-out beams from small-diameter appalachian hardwood logs / Forest Products journal, vol. 48, №1, 1998, p.76 – 80.
4. Исаев С.П. О соответствии между сортиментацией древостоев и фактическим выходом сортиментов // Химико-лесной комплекс – проблемы и решения. Сб. статей по мат. Всероссийской научно-практ. конф.– Красноярск: СибГТУ, 2002, том 1. С. 13 – 17.