УДК 674.8

Структура баланса объемов древесного сырья
при его подготовке перед обработкой

С.П. Исаев, к. т. н., доцент

Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск

Вопрос утилизации техногенных образований и отходов включен в перечень критических технологий, утвержденный Президентом Российской Федерации. Процесс механической переработки древесного сырья в готовую продукцию сопровождается образованием значительного количества отходов, структура баланса которых зависит от применяемых технологий.

В любом технологическом процессе обработки древесины можно выделить три основные стадии (этапа): подготовка древесного сырья к обработке, изготовление полуфабрикатов, изготовление продукта. Между этими стадиями нет жесткой технологической связи. Напротив, нормальное функционирование всей технологической цепи предполагает наличие между стадиями производства определенных буферных запасов полуфабрикатов.

К основным подготовительным технологическим операциям относят раскрой долготья на сортименты, сортирование, окорку бревен и их первичную обработку (оцилиндровывание бревен, переработка части сырья на щепу).

Структурная схема технологического процесса подготовки древесного сырья перед обработкой изображена на рис. 1. В технологический процесс подготовки сырья перед обработкой входят: поштучная подача хлыстов (бревен) на продольный транспортер; сканирование и определение геометрических характеристик хлыста (бревна); поперечный раскрой хлыста и сортирование; окорка бревен; оцилиндровывание бревен.

Рассмотрим вариант, когда на стадии подготовки древесного сырья к обработке получают оцилиндрованное бревно, щепу (технологическую и топливную). Кроме того, внебалансовая часть древесного сырья (кора) также может быть использована либо в качестве вторичного сырья, либо в качестве продукта, предназначенного для реализации.

Рис. 1. Структурная схема технологического процесса
подготовки древесного сырья к обработке:

1 – поперечный транспортер для поштучной подачи хлыстов;
2 – поперечный транспортер для поштучной подачи бревен;
3 – сканирующее устройство; 4 – устройство для поперечного
раскроя хлыстов; 5 – окорочный станок; 6 – оцилиндровочный станок;
7 – машина рубильная

Для оценки структуры баланса объемов древесного сырья при его подготовке перед обработкой к изучению принят имитационный раскрой хлыстов лиственницы даурской поскольку данная порода является доминирующей в лесах дальневосточного региона 73%. Выполнение имитации вариантов раскроя хлыстов осуществляли с использованием разработанного программного комплекса автоматизированного расчета прогнозной оценки типоразмерной структуры древесного сырья при его первичной обработке.

В результате выполнения имитационного раскроя установлено, что хлысты диаметром от 12 до 18 см имеет смысл не подвергать раскрою на лесоматериалы круглые. Рационально предусмотреть окорку хлыстов и последующую их переработку на щепу. Определено, что хлысты с диаметрами в интервале от 20 до 28 см имеют наибольший объемный выход пиловочного сырья (50 …90 %), а из хлыстов с диаметрами 30 … 38 см предпочтительнее вырабатывать фанерное сырье, выход которого для данных групп диаметров составляет 60 … 80 %. Проведенные исследования позволили установить следующее: несмотря на то, что объемный выход опилок в плотном объеме не превышает 0,3 %, однако для отдельных хлыстов и соответствующих схем их раскроя выход опилок в насыпном объеме составляет 1,4 … 1,8 %. Средневзвешенный выход опилок, образующихся при раскрое хлыстов, составил 1,05 % от объема раскраиваемого сырья. Таким образом, при раскрое 1000 м³ хлыстов образуется 10,5 м³ опилок (в насыпном объеме), что по массе составляет около 2000 кг (относительная влажность опилок – 50… 60 %).

Исследования зависимости изменения относительного объема коры по длине ствола лиственницы даурской позволили установить, что относительный объем коры снижается от комля до 0,3 доли ствола, при этом в интервале от 0 до 0,15 доли ствола относительный объем коры больше среднего значения (за среднее значение принят относительный объем коры, определенный как отношение объема коры всего ствола к объему древесины ствола). В интервале от 0,3 до 0,8 долей ствола относительный объем коры увеличивается, при этом в интервале от 0,3 до 0,6 долей ствола относительный объем коры меньше среднего значения, а в интервале от 0,6 до 0,8 долей ствола – больше среднего значения.

Установлено, что бревна, имеющие одинаковый вершинный диаметр, но выпиленные из различных частей различных стволов, отличающихся своим отношением к ступени толщины, имеют различный объем коры. При этом средневзвешенный выход коры по всей группе хлыстов с учетом их распределения по диаметрам составил 20,1 % от объема древесины. Следует так же отметить, что процент содержания коры изменялся от 17 % для комлевых бревен до 34 % для вершинных бревен.

Определение выхода щепы показало, что при переработке всего объема хлыста на щепу, ее кондиционный выход составляет около 86 % от объема хлыста. Суммарный объем щепы, получаемой при оцилиндровке лесоматериалов круглых и измельчении балансовой части хлыста, с учетом отсева составляет от 10 до 22 % от его объема.

Рациональность схем раскроя хлыстов обеспечивает выход оцилиндрованных лесоматериалов в интервале от 67 до 87 %. При этом для хлыстов с диаметрами от 28 до 38 см выход оцилиндрованных чураков составляет 40 … 70 %.

На рис. 2 изображена диаграмма структуры баланса объемов древесного сырья при его подготовке перед обработкой, которая иллюстрирует наличие значительных объемов вторичного сырья, образующихся при раскрое хлыстов и подготовке круглых лесоматериалов к обработке.

Рис. 2. Диаграмма структуры баланса объемов древесного сырья
при его подготовке перед обработкой

Из диаграммы видно, что насыпные объемы щепы и коры сопоставимы с объемами круглых лесоматериалов подготовленных к обработке.

Выводы

1. Хлысты диаметром от 12 до 18 см в целях снижения трудоемкости работ можно не раскраивать, рационально предусмотреть окорку хлыстов и последующую их переработку на щепу.

2. Средневзвешенный выход опилок насыпного объема, образующихся при раскрое хлыстов, составил 1,05 % от объема раскраиваемого сырья. Таким образом, при раскрое 1000 м³ хлыстов образуется 10,5 м³ опилок (в насыпном объеме), что по массе составляет около 2000 кг.

3. Использование коэффициента формы бревна позволяет прогнозировать возможные объемы древесины и коры в процессе подготовки древесного сырья к обработке.

4. Предложенный подход определения объемов коры позволил установить, что средневзвешенный выход коры в плотном объеме по всей группе хлыстов с учетом их распределения по диаметрам составил 20,1 %.

5. Оценка структуры баланса объемов древесного сырья при его подготовке перед обработкой дает основание полагать, что применение рациональных режимов раскроя хлыстов и подготовки круглых лесоматериалов к обработке с применением оцлиндровывания способствует концентрации значительного количества отходов (вторичных древесных ресурсов).