Белозеров И.Л., Дорошенко В.А., Кибякова С.И., Кибяков А.П. Технологический расчёт лесопильных потоков

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ им. В.В. Куйбышева)

И.Л. Белозеров, В.А. Дорошенко,

С.И. Кибякова, А.П. Кибяков

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

ЛЕСОПИЛЬНЫХ ПОТОКОВ

Учебное пособие

Рекомендовано Дальневосточным региональным

учебно-методическим центром в качестве учебного пособия

для специальности 250403 «Технология деревообработки» вузов региона

Владивосток • 2009

УДК 674: 658.5: 681.3 (07)

Т 38

Рецензенты:

А. О. Сафонов, декан факультета технологии деревообработки Воронежской

государственной лесотехнической академии, доктор технических наук, профессор;

С. В. Денисов, заведующий кафедрой технологии деревообработки

Братского государственного университета, кандидат технических наук, доцент

Т 38 Технологический расчет лесопильных потоков: учеб. пособие /

И.Л. Белозеров, В.А. Дорошенко, С.И. Кибякова, А.П. Кибяков. – Вла-

дивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. – 135 с.

ISBN 978-5-7596-1126-4

Приведены общие сведения о теории раскроя пиловочного сырья

на пиломатериалы, рассмотрен технологический процесс лесопильных

цехов на базе лесопильных рам, ленточнопильных, круглопильных, фре-

зерно-брусующих и фрезернопильных станков. Описано применяемое

основное и вспомогательное оборудование с техническими характери-

стиками, что позволяет произвести выбор его для проектируемых лесо-

пильных цехов.

Рассмотрены известные способы раскроя пиловочного сырья на

пиломатериалы, основные правила составления поставов и методы их

расчета. Описана методика составления плана раскроя пиловочного сы-

рья на пиломатериалы при заданных спецификациях пиловочного сырья

и пиломатериалов. Приведена методика выполнения технологического

расчета лесопильных потоков на базе всех известных видов основного

бревнопильного оборудования, описан расчет производительности, по-

требного количества головных станков и всего последующего оборудо-

вания (обрезных и торцовочных станков, сортировочных площадок), ис-

ходя из условий синхронизации лесопильного потока.

Издание предназначено для студентов лесных вузов, преподавате-

лей, научных работников, аспирантов, специалистов лесной промыш-

ленности, занимающихся проектированием лесопильно-деревообрабаты-

вающих предприятий, а также всех, кто интересуется проблемами хими-

ко-лесного комплекса, рациональным раскроем пиловочного сырья, уг-

лубленной переработкой древесины.

УДК 674: 658.5: 681.3 (07)

ISBN 978-5-7596-1126-4 © И.Л. Белозеров, В.А. Дорошенко,

С.И. Кибякова, А.П. Кибяков, 2009

ВВЕДЕНИЕ

Россия, занимая лидирующее место в мире по запасам древесины (около

23 %), существенно отстает от развитых стран по производству деловой древе-

сины. Основу российского лесного экспорта по-прежнему составляют необра-

ботанные круглые лесоматериалы, а доля пиломатериалов и прочей продукции

деревообработки чрезвычайно мала.

В свете последних решений правительства актуальной становится про-

блема углубленной переработки древесины. Введение повышенных таможен-

ных пошлин на экспортируемую необработанную древесину призвано стиму-

лировать предприятия, занимающиеся лесозаготовкой, развивать собственную

деревообработку и отправлять потребителям уже готовую продукцию.

При изучении дисциплины «Технология лесопильно-деревообрабаты-

вающих производств» студентам предстоит выполнить курсовой проект на те-

му «Составление плана раскроя и расчет лесопильного потока», а в дипломной

работе часть студентов выполняют задания, связанные с проектированием ле-

сопильных цехов или реконструкцией уже существующих. Данное учебное по-

собие призвано помочь студентам в выполнении этих проектов, восполнить

пробел в обеспеченности специальной технической литературой.

В пособии рассмотрен технологический процесс производства пиломате-

риалов, описано применяемое основное и вспомогательное оборудование, при-

ведена методика выполнения двух взаимосвязанных частей проектов: планиро-

вание раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы; выполнение технологиче-

ского расчета лесопильных потоков. Пособие будет полезно также инженерно-

техническим работникам в их повседневной деятельности: в нем описываются

действующие стандарты (включая зарубежные, – евростандарты, JAS), реша-

ются вопросы комплексной переработки древесины и древесных отходов, ме-

ханизации и автоматизации производства, охраны труда и окружающей при-

родной среды.

1. ПРОДУКЦИЯ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

1.1. Классификация пилопродукции

Основной продукцией лесопиления является пиленая продукция (пило-

продукция), а сопутствующей – технологическая щепа.

Пилопродукция получается в результате продольного деления бревен и

кряжей на части и продольного и поперечного раскроя полученных частей.

В соответствии с ГОСТ 18288-87 к ней относятся пиломатериалы, заготовки,

шпалы и обапол.

Рассмотрим основные термины и определения, относящиеся к пиломате-

риалам, принятые в России по ГОСТ 2140-81 и ГОСТ 18288-87.

Пиломатериалы – продукция из древесины, полученная в результате

продольного деления бревен, установленных размеров и качества, имеющая как

минимум две плоскопараллельные пласти.

Обрезной пиломатериал – пиломатериал с кромками, опиленными пер-

пендикулярно пластям и с обзолом не более допустимого.

Односторонне–обрезной пиломатериал – пиломатериал с одной кромкой,

опиленной перпендикулярно пластям, и с обзолом на этой кромке не более до-

пустимого.

Необрезной пиломатериал – пиломатериал с неопиленными или частично

опиленными кромками, с обзолом более допустимого в обрезной доске.

Брус – пиломатериал толщиной и шириной 100 мм и более.

Брусок – пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной не более двойной

толщины.

Доска – пиломатериал толщиной до 100 мм и шириной более двойной

толщины.

Заготовка из древесины – пилопродукция с размерами и качеством, соот-

ветствующими изготовляемым из нее деталям и изделиям с припусками на об-

работку и усушку.

Шпалы – пилопродукция установленной формы и размеров, применяемая

в качестве опор для рельсов железнодорожных путей.

Обапол – пилопродукция, имеющая внутреннюю пропиленную, а наруж-

ную непропиленную или частично пропиленную пласть, применяемая для кре-

пления горных выработок.

Горбыльный обапол – обапол, у которого наружная пласть не пропилена

или пропилена не более чем на половину длины.

Горбыль – боковая часть бревна, имеющая одну пропиленную, а другую

непропиленную или частично пропиленную поверхность, с нормируемой тол-

щиной и шириной тонкого конца.

Дощатый горбыль – горбыль, у которого наружная поверхность частично

пропилена.

Дощатый обапол – обапол, у которого наружная пласть пропилена более

чем на половину длины.

Пласть пиломатериала – любая из двух противоположных более широ-

ких продольных поверхностей пиломатериала, а также любая продольная по-

верхность пиломатериала с квадратным сечением.

Внутренняя пласть пиломатериала – пласть пиломатериала, менее отда-

ленная от сердцевины.

Наружная пласть пиломатериала – пласть пиломатериала, более отда-

ленная от сердцевины бревна, а также обе пласти сердцевинной доски.

Лучшая пласть пиломатериала – пласть пиломатериала с наименьшим

количеством сортоопределяющих пороков древесины и наименьшими их раз-

мерами или с лучшим качеством обработки.

Кромка пиломатериала – любая из двух противоположных более узких

продольных опиленных поверхностей обрезного пиломатериала, а также любая

из обзольных продольных поверхностей необрезного пиломатериала.

Торец пиломатериала – концевое поперечное сечение пиломатериала.

Ребро пиломатериала – линия пересечения двух смежных поверхностей

пиломатериалов.

Толщина пиломатериала – размер пиломатериала, определяемый рас-

стоянием между пластями в установленном для измерения месте в направле-

нии, перпендикулярном пластям.

Ширина пиломатериала – размер пиломатериала, определяемый расстоя-

нием между его кромками в установленном для измерения месте в направле-

нии, перпендикулярном его продольной оси.

Длина пиломатериала – размер пиломатериала, определяемый кратчай-

шим расстоянием между его торцами, опиленными условно перпендикулярно

продольной оси пиломатериала.

Номинальный размер пиломатериала – размер пиломатериала, установ-

ленный нормативно-технической документацией при заданной влажности.

Фактический размер пиломатериала – размер пиломатериала при его из-

мерении.

Распиловочный размер пиломатериала – размер пиломатериала с припус-

ком на усушку.

Вырабатываемые пиломатериалы можно классифицировать по множеству

признаков. Рассмотрим основные из них.

1. По породам – хвойные (лиственница, сосна, кедр, ель, пихта), мягкие

лиственные (осина, липа, береза, ольха, тополь и др.), твердые лиственные (дуб,

ясень, ильм, орех, бук и др.).

2. По назначению – экспортные и внутреннего потребления. В свою оче-

редь пиломатериалы внутреннего потребления делятся на пиломатериалы об-

щего и специального назначения, а экспортные – на пиломатериалы северной и

черноморской сортировки.

3. По характеру обработки – обрезные, односторонне-обрезные и необ-

резные. Обрезные пиломатериалы, как правило, выпиливают в виде параллеле-

пипеда, т.е. с параллельными кромками, но они могут быть и с непараллельны-

ми кромками, т.е. обрезанными по сбегу.

4. По размерам и геометрической форме поперечного сечения – пластины

(в виде сегментов), четвертины (в виде секторов), брусья (двух- трех- и четы-

рехкантные), доски, бруски и обапол.

5. По расположению в бревне – выделяют доски сердцевинные, централь-

ные и боковые. Самые крайние боковые доски, выпиливаемые из сбеговой зоны

бревна, называют также подгорбыльными.

6. По расположению пластей относительно направления годичных слоев –

пиломатериалы радиальной, тангенциальной (иногда говорят – тангентальной)

и смешанной распиловки.

7. По качеству древесины, точности размеров и чистоте поверхности –

на сорта. Требования приведены в соответствующих технических условиях.

На рис. 1.1 приведена общая классификация пилопродукции по назначе-

нию, породам, виду обработки и размерам с указанием действующих стандар-

тов. Более подробно классификация пилопродукции по указанным признакам

представлена в источниках [5, 24, 29, 32].

1.2. Стандарты на пиломатериалы и заготовки

Характеристика основных государственных стандартов (ГОСТ) на пило-

материалы приведена на рис. 1.1. В соответствии с требованиями потребителя

пилопродукция делится на сорта, отнесение к которым зависит от назначения,

наличия в ней пороков древесины, их размеров и дефектов обработки. Основ-

ные пороки: сучки, трещины, наклон волокон, гнили и окраски. Дефекты – ве-

личина обзола, дефекты пропила, деформация и некоторые другие.

На пиленую продукцию в России действуют следующие стандарты:

• ГОСТ 6564-84 «Пиломатериалы и заготовки. Правила приемки, методы

контроля, маркировка и транспортирование»;

• ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры»;

• ГОСТ 8486-86 «Пиломатериалы хвойных пород. Технические условия»;

• ГОСТ 2695-83 «Пиломатериалы лиственных пород. Технические условия»;

• ГОСТ 9302-83 «Пиломатериалы хвойных пород черноморской сорти-

ровки, поставляемые для экспорта. Технические условия»;

• ГОСТ 26002-83 «Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки,

поставляемые для экспорта. Технические условия»;

• ГОСТ 9685-61 «Заготовки из древесины хвойных пород. Технические

условия».

Объем пиломатериалов и заготовок определяется по ГОСТ 5306-83, опре-

деление и измерение пороков древесины и качества обработки – по ГОСТ 2140-81

(производится по «худшей» пласти), а влажности – по ГОСТ 16588-91.

Пиленые заготовки должны быть прирезаны на заданные одинарные или

кратные размеры, по качеству древесины пригодные для создания готовых де-

талей изделия. Они должны иметь припуски на обработку (фрезерование и тор-

цовку), а при необходимости и на усушку. Такие заготовки часто называют

черновыми.

Рис. 1.1. Действующие стандарты на пиломатериалы

Пиломатериалы, ГОСТ 24454-80

Хвойные (80%)

Внутризаводской оборот

Внутренний рынок

Товарные

ГОСТ 8486-86

Хвойные

пиломатериалы

0, 1, 2, 3, 4-го

сортов

ГОСТ 2695-83

Лиственные пиломатериалы

1, 2, 3-го сортов

Экспортные

Товарные

Толщина

16…250 мм

(16 размеров).

Ширина обрез-

ных 75…275 мм

(9 размеров),

необрезных – от

50 мм с градаци-

ей 10 мм. Длина

1…6,5 м с града-

цией 0,25 м,

0,5…1,0 м с гра-

дацией 0,1 м.

Толщина 13…100 мм

(19 размеров). Ширина

обрезных 60…200 мм

(10 размеров), необрез-

ных – от 50 мм

с градацией 10 мм.

Длина мягколиственных

0,5…2,0 м с градацией

0,1 м; 2,0…6,5 м

с градацией 0,25 м;

Длина твердолиствен-

ных 0,5…6,5 м

с градацией 0,1 м

ГОСТ 26002-83Э

Пиломатериалы

северной

сортировки.

Бессортные

(1, 2, 3), 4, 5-го

сортов.

Доски,

багеты,

дилены

ГОСТ 9302-83Э

Пиломатериа-

лы черномор-

ской сорти-

ровки.

Бессортные,

4-го сорта.

Нормале,

соттомизура,

морали,

мадриери,

кортаме

Толщина и ширина по

ГОСТ 24454-80. Длина 1,5 м и более

с градацией 0,3 м; 0,45…1,35 м с

градацией 0,15 м

ГОСТ 8486-86

Пиломатериалы

в развивающиеся страны

Лиственные (20%)

Основная масса заготовок вырабатывается по ГОСТ 9685-61 «Заготовки

из древесины хвойных пород. Технические условия». Толщина варьирует от 19

до 70 мм, ширина – 40…150 мм, длина до 1 м с градацией 5 см и более 1 м с

градацией 10 см. Различают досковые и брусковые заготовки. По качеству дре-

весины и еѐ обработки хвойные заготовки подразделяются на четыре сорта

(1, 2, 3 и 4-й), а лиственные – на три (1, 2, 3-й).

Пилопродукция, готовая к отгрузке, должна быть учтена и замаркирова-

на. Марка наносится отбойным клеймом или несмываемой краской с помощью

кисти и трафарета.

Внутренние поставки пилопродукции регламентированы в части правил

приемки, контроля качества и маркирования ГОСТ 6564-84. Маркирование экс-

портных пиломатериалов производится согласно требованиям ОСТ-13-62-72.

1.3. Требования зарубежных стандартов на пилопродукцию

В разд. 1.2 приведены основные стандарты, действующие как на про-

дукцию внутреннего потребления, так и на экспортную. Все они разработаны в

СССР и в последнее время не переиздавались. Пользование стандартами несу-

ществующей ныне страны вызывает у наших зарубежных партнеров некоторый

протест, что вполне естественно. В практику российской торговли лесомате-

риалами в последнее время входят так называемые евростандарты.

Евростандарты разрабатывает Европейский комитет по стандартизации

(СЕН). Членами этого комитета являются национальные органы по стандарти-

зации Австрии, Бельгии, Великобритании, Германии, Дании, Ирландии, Ислан-

дии, Испании, Италии, Люксембурга, Нидерландов, Норвегии, Португалии,

Финляндии, Франции, Швеции, Швейцарии, Чехии. Из приведенного перечня

следует, что разработку стандартов осуществляют страны, которые не произво-

дят, а в основном потребляют лесоматериалы.

Секретариат Технического комитета СЕН ТК 175 «Круглые и пиленые

лесоматериалы» ведет Франция, а секретариаты рабочих групп этого комитета

ведут Италия, Франция, Швеция, Бельгия и Швейцария. Дания ведет секрета-

риат Технического комитета СЕН ТК 124 «Конструкции из лесоматериалов».

Для России применение этих стандартов является условием поддержки

и развития экспорта лесоматериалов в страны Европы: если стандарт принят, то

перечисленные выше страны обязаны обеспечить его применение в качестве

национальных стандартов без каких-либо изменений.

В европейских стандартах выделены правила сортировки столярных и

тарных пиломатериалов, а также пиломатериалов визуальной сортировки по

прочности. Изменены также методы определения размеров и объема круглых

лесоматериалов, например при замере длины бревен с кривизной, диаметра пи-

ловочника. Измерение последнего производят не в вершинном торце, а на сере-

дине длины бревна, а объем пиловочных бревен определяют как произведение

площади поперечного сечения на середине длины бревна на его длину.

Используемый в России метод вычисления объема (ГОСТ 2708-75) по

таблицам не учитывает изменения сбега по породам и районам заготовки, что

ведет к систематическим погрешностям, которые варьируют от минус 11 % до

плюс 9 %, поэтому в 1997 г. Министерством экономики утвержден и введен в

действие руководящий документ РД 13-2-3-97 «Лесоматериалы круглые, по-

ставляемые на экспорт. Методы измерений размера и объема. Контроль качест-

ва. Приемка», разработанный на основе проекта европейского стандарта. С вве-

дением его в действие в категорию не рекомендуемых для применения переве-

дены ранее утвержденные стандарты на поштучные методы измерения объема –

ГОСТ 2708-75 и ОСТ 13-303-92.

Для предприятий Дальнего Востока большой интерес представляют

страны Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР). Известно, что Дальний Вос-

ток, относящийся к лесоизбыточным районам, занимает в стране первое место

по площади лесов и второе – по запасам древесины, уступая лишь Восточной

Сибири. Здесь сосредоточено 46 % всей лесной территории России и около 29%

запасов древесины страны.

Дальний Восток является ведущим районом экспорта российских лесома-

териалов в страны АТР. Близость Тихого океана обеспечивает выход на рынки

сбыта пилопродукции в эти страны, на долю которых приходится более 30 %

территории земного шара, 40 % его населения, 60 % валового внутреннего про-

дукта и 50 % мирового экспорта. Преобладающая часть экспорта с российского

Дальнего Востока приходится на круглые лесоматериалы, доля экспортных пи-

ломатериалов незначительна, – около 10 % от общероссийского объема.

Основными импортерами лесной продукции в этом регионе являются Ки-

тай, Япония и Республика Корея, но в условиях разразившегося экономическо-

го кризиса наблюдается резкий спад поставок круглых лесоматериалов. Отчас-

ти этому способствует введение в стране повышенных таможенных пошлин на

экспортируемые круглые лесоматериалы. Объемы производства пиломатериа-

лов растут, но они все еще очень незначительны.

До недавнего времени основным импортером лесной продукции была

Япония, но в последние годы Китай потеснил своих соседей (Республику Ко-

рею и Японию) и стал безусловным лидером. Стоимость пиломатериалов, от-

гружаемых в Японию, самая высокая, но столь же высоки и требования к им-

портируемой продукции. От российских партнеров по бизнесу требуется знание

национальных стандартов, тем более что здесь уже созданы совместные рос-

сийско-японские предприятия (ЗАО «СТС Текновуд», ЗАО «ПТС Хадвуд» и др.).

В Японии на продукцию лесного хозяйства (в том числе изделия из дре-

весины) распространяются стандарты JAS (от английского Japanese Agricultural

Standart), под которыми понимается система стандартизации сельско- и лесохо-

зяйственной продукции Японии.

Всего имеется 353 стандарта, 39 из которых относятся к 25 наименова-

ниям продукции лесного хозяйства, таких как лесоматериалы, пиломатериалы,

клееная древесина, фанера и др. В отличие от японских промышленных стан-

дартов JIS, сельскохозяйственные стандарты JAS не пронумерованы. Их иден-

тифицируют датами и номерами установления и наименованием стандартов.

Одним из первых (в 1991 г.) установлен «Японский сельскохозяйствен-

ный стандарт пиломатериалов хвойных пород, применяемых для несущих эле-

ментов», разработанный для упрощения и стандартизации типоразмеров пило-

материалов для несущих элементов, а также для поощрения строительства де-

ревянных домов. В последующем система JAS совершенствовалась.

Рассмотрим в качестве примера требования JAS только для одной кате-

гории пиломатериалов – «Пиломатериалы хвойных пород для несущих элемен-

тов», которые используются в ответственных местах, обеспечивающих проч-

ность конструкций. В зависимости от способа качественной сортировки пило-

материалы разделяются на две группы: пиломатериалы визуальной качествен-

ной сортировки; пиломатериалы машинной качественной сортировки. При ви-

зуальной качественной сортировке на глаз определяют размеры и количество

сучков, обзолов и других пороков, а при машинной сортировке на приборе оп-

ределяют модуль упругости.

Пиломатериалы визуальной качественной сортировки в зависимости от

физико-механических свойств разделяются на пиломатериалы для несущих

элементов сорта «КО» и сорта «ОЦУ». Пиломатериалы для несущих элементов

сорта «КО» предназначены для мест, в которых требуется высокая прочность

на изгиб. Пиломатериалы для несущих элементов сорта «ОЦУ» предназначены

для элементов, принимающих в основном сжимающие усилия.

Пиломатериалы для несущих элементов сорта «КО» также выделяются

в зависимости от поперечных сечений в «класс для несущих элементов I» и

«класс для несущих элементов II».

Пиломатериалы машинной качественной сортировки в зависимости от

результатов определения на стенде модуля Юнга разделяются на следующие

шесть категорий: Е50 (модуль Юнга при изгибе 40…60 × 10

кгс/см

Е70 (60…80 × 10

кгс/см

), Е90 (80…100 × 10

кгс/см

), Е110 (100…120 × 10

кгс/см

), Е130 (120…140 × 10

кгс/см

), Е150 (140…160 × 10

кгс/см

Пиломатериалы машинной качественной сортировки должны соответ-

ствовать техническим требованиям 3-го сорта пиломатериалов визуальной ка-

чественной сортировки для несущих элементов сорта «ОЦУ».

По размерам установлено 129 вариантов (для сорта «КО» класс I – 39

вариантов, для сорта «КО» класс II – 90, для сорта «ОЦУ» – 129).

Пиломатериалы визуальной качественной сортировки в зависимости от

качества поверхностей подразделяются на три сорта: 1-й (со знаком «»),

2-й («») и 3-й («»). Японские сельскохозяйственные стандарты действи-

тельны только на территории Японии, и выполнение их необязательно для лю-

бого изготовителя продукции. Потребитель по своему усмотрению решает

применяемость стандартов.

В ряде зарубежных стран (например, США и Канада) определяют и

нормируют качество пиломатериалов не визуально, как в России, а по иным

признакам. Так, все хвойные пиломатериалы по своему назначению делят на

три основные группы: строительные, поделочные и конструкционные. Строи-

тельные подразделяются на отделочные и рядовые, а у поделочных выделяют

всего два сорта – высший и низший.