Деревообрабатывающая промышленность. Изделия из древесины. Переработка отходов. ДСП. Фанера. Лесопильная продукция (Мебельная промышленность- см. 684)

В работе дана характеристика операции формирования ширины обрезных пиломатериалов на базе станка Ц2Д-5А; изучен механизм управления подвижной пилой посредством ручной установки гидропозиционера на размер обрезаемой доски по ширине. Сформулированы общие методические положения по формированию сечений пиломатериалов; выполнен анализ результатов формообразования размеров обрезных пиломатериалов. Представлена классификация систем управления деревообрабатывающими станками. Разработаны исходные технологические требования для системы позиционирования суппорта обрезного станка от линейного асинхронного двигателя, учтены изменения характеристик выхода пиломатериалов в зависимости от сочетаний толщин тонких и толстых досок. Установлено, что выставка штока (вторичного элемента) линейного асинхронного двигателя на максимальную длину соответствует наименьшей ширине обрезной доски с учетом припуска на ее усушку по номинальной ширине. При этом базовой поверхностью служит воображаемая плоскость, параллельная плоскости неподвижной круглой пилы двухпильного станка и касательная в точках, определяемых положениями ее зубьев с регламентируемым уширением на сторону. Началом отсчета номинальной ширины обрезной доски является плоскость, располагающаяся параллельно базовой и отстоящая от нее на величину, равную номинальной ширине доски с припуском на усушку.

В настоящее время ведутся многочисленные исследования способов модификации древесины в целях получения новых конструкционных и защитных материалов, имеющих лучшие эксплуатационные свойства и технико-экономические показатели их производства по сравнению с существующими материалами аналогичного назначения. Известны способы модификации древесины, позволяющие, например, заменять новым материалом цветные металлы в пáрах трения, использовать модифицированные материалы на основе древесины для защиты от нейтронных потоков и т. д. Одним из наиболее распространенных способов модификации древесины, наряду с уплотнением, является пропитка ее жидкостями с различными свойствами. Для повышения эффективности процесса пропитки разработаны установки, использующие эффект пьезопериодического поля. Скорость пропитки при этом выше, чем у других известных способов, так как заготовки дополнительно подвергаются воздействию импульсного повышения давления. В ранее разработанных математических моделях работы таких установок не были учтены различия параметров, характеризующих фильтрацию в капиллярах и порах древесины. В ходе реализации разработанной математической модели установлено, что за 25 циклов повышения давления происходит пропитка образца на 25...30 см в зависимости от породы древесины, что с учетом времени цикла, составившего 60 с, свидетельствует, что предложенные конструкции установок для пропитки древесины при помощи гидроудара, а также по принципу давление–сброс–давление превосходят уже известные установки. Результаты реализации модели показывают, что вклады поровой и капиллярной фильтраций сопоставимы, при этом первая протекает несколько медленнее, чем вторая. Перспективным направлением дальнейших исследований считаем опыты для получения дополнительных сведений о проницаемости древесины, отдельно по порам и капиллярам. Новые экспериментальные данные позволят решить задачу оптимизации параметров процесса пропитки в целях получения равномерно пропитанных заготовок за минимальное время обработки.

Предложены техническое и технологическое решения, целью которых является раз-работка оборудования, позволяющего сократить трудозатраты на настройку толщины выпиливаемых досок и удаление от станка готовой продукции в виде необрезных пиломатериалов. Разработка базируется на аналогах конструкции ленточнопильных станков для продольной распиловки. Новая конструкция ленточнопильного станка снабжена пильным механизмом и механизмом удаления отпиленных досок, смонтированными на опорно-поворотной колонне, перемещающейся между установленными с обеих сторон от нее приемными столами для загрузки на них одновременно двух бревен. Работа пильного механизма и механизма удаления отпиленных досок осуществляется таким образом, что при повороте опорно-поворотной колонны и переводе ее в рабочее положение над обоими приемными столами располагается один из данных механизмов. Приемные столы имеют возможность перемещения в вертикальной плоскости для настройки толщины отпиливаемых досок. Настройка толщины новой доски, отпиливаемой от первого бревна, осуществляется путем подъема соответствующего ему приемного стола на необходимую толщину доски одновременно с отделением доски от второго бревна и удалением доски, отпиленной ранее от первого бревна. Такое совмещение операций позволяет исключить дополнительные затраты времени на настройку, так как она выполняется во время работы пильного механизма. Заявленное в цели исследования повышение производительности ленточнопильного станка реализуется за счет сокращения продолжительности цикла его работы. Материалы статьи могут быть рекомендованы для повышения производительности при пилении ленточнопильным станком. Использование предложенного варианта про-дольной распиловки и технологического оборудования для его осуществления возможно как на деревообрабатывающих предприятиях, так и на лесосеке с применением мобильного варианта размещения станка при выполнении всех операций технологического процесса.

В статье разрабатываются режимы сушки лиственничных пиломатериалов, основанные на положениях, принципиально отличающихся от тех, что заложены в современные режимы. Предполагается, что в процессе сушки влага в древесине перераспределяется в составе водного раствора экстрактивных веществ. При этом движущей силой массопереноса является перепад давлений, что позволяет рассматривать сушку как одну из разновидностей баромембранного переноса. Основной источник сопротивления переносу влаги – полимерная пленка, которая формируется на поверхности доски из экстрактивных веществ на начальной стадии сушки. Цель исследования – разработка основных положений формирования режимов сушки лиственничных пиломатериалов. Предполагается, что тепловая энергия, которая подводится к высушиваемому сортименту, расходуется на создание условий возникновения избыточного давления. Данный эффект объясняется образованием парогазовой смеси в результате химико-физической активности древесины лиственницы. Поэтому температура древесины служит своеобразной мерой протекания определенной группы физико-химических процессов. В результате устанавливаются химический состав и объем смеси. Уровень температуры также определяет проницаемость системы межклеточных мембран. В результате массопереноса на поверхность доски выводится содержимое полостей клеток древесины лиственницы: влага в жидком и газообразном состоянии, водорастворимые вещества (арабиногалактан), газовая смесь, в состав которой входят такие вещества, как серосодержащие соединения, вода, спирты, фенолы, карбоновые кислоты. В жидкой составляющей присутствует значительное количество водорастворимых веществ, в которых основная доля приходится на арабиногалактан, обладающий полиэлектролитными свойствами. Все эти вещества способны изменять свое физическое состояние в зависимости от внешних условий. Следующим этапом процесса удаления влаги из древесины лиственницы является массообмен, который следует рассматривать как процесс разделения на три основных группы веществ: одна испаряется – это парогазовая смесь и часть влаги, вторая – сливается на пол сушильной камеры, третья, к которой относится арабиногалактан, – накапливается на поверхности. Как показали опытные сушки, наличие на поверхности доски данной группы веществ в виде полимерной пленки оказывает значительное влияние на процесс удаления влаги из древесины лиственницы.

Актуальной проблемой лесного хозяйства является измельчение малоценных деревьев при рубках ухода за лесом, обрезке зеленых насаждений, очистке лож затопляемых водохранилищ гидроэлектростанций. В связи с тем, что экономическая эффективность данных мероприятий зависит от реализации древесины, измельчению древесины уделяется мало внимания. При рубках ухода в основном используется существующая лесозаготовительная техника. Обрезка зеленых насаждений, как правило, не предусматривает измельчения веток, производится только их вывозка. Также не разработаны технологии ликвидации малоценной древесины от вторичного зарастания после сплошных рубок при затоплении лож водохранилищ. Отсюда следует, что определение оптимальных конструктивных параметров орудий и агрегатов для измельчения малоценной древесины при перечисленных выше видах работ, а также режимов их работы актуально. Целью исследований является выбор конструкции рабочего органа для измельчения малоценных деревьев с обоснованием компоновки орудий и агрегатов, обеспечивающих выполнение поставленной задачи. Программа исследований предусматривала: исследование усилий резания древесины в зависимости от угла скольжения ножа и затрат мощности на его привод; расчет производительности транспортных средств при вывозке веток от обрезки зеленых насаждений по базовой и предлагаемой технологиям; обоснование энергетических и динамических параметров агрегата для измельчения древесных стволов на чурки при очистке лож водохранилищ. Эксперименты проводились на тензометрическом стенде и теоретически с использованием созданной автором компьютерной программы «Dina-2», что еще на стадии проектирования позволило обосновать параметры агрегата, конструкцию его рабочего органа и режимы его работы. На основании полученных результатов можно предложить конструкцию и компоновку лесохозяйственных орудий и агрегатов для измельчения малоценной древесины с рабочим органом в виде улиткообразного ножа, определить мощностные и динамические параметры устройства, что будет способствовать увеличению производительности труда и снижению энергетических затрат на выполнение технологического процесса.

Страницы истории изданий "Известия высших учебных заведений. Лесной журнал"

Среди различных способов сушки древесины наиболее распространен метод конвективной камерной сушки. Режимы регламентируют процесс сушки пиломатериалов в зависимости от породы и размеров по времени или по влажностному состоянию древесины. В Руководящих технических материалах по сушке режимы устанавливаются в зависимости от влажностного состояния древесины. Режим сушки предусматривает контроль начальной влажности пиломатериалов путем отбора образцов из различных зон сушильного пакета для взвешивания, определения текущей влажности и закладки их обратно в штабель. Однако этот способ определения текущей влажности древесины требует периодического открывания рабочей камеры (что изменяет параметры сушильной среды) и перехода на одну из трех ступеней режима сушки. Процесс сушки характеризуется повышающейся жесткостью режима при уменьшении влажности пиломатериалов. Он должен обеспечивать наименьшую продолжительность процесса при сохранении естественных свойств древесины. Рассмотрен вопрос о применении метода расчета поля влажности пиломатериалов, так как переменные во времени ре-имы не дают точной информации о предполагаемом состоянии влаги во времени. Разработанный прием расчета распределения влаги в поперечном сечении пиломатериалов с использованием метода конечных элементов в виде множества треугольников, глобальных сеток жесткости и суммарных векторов нагрузки позволяет определять влагосодержание в узлах сетки. Сравнение кривых сушки, определенных по методу П.С. Серговского и по предложенному методу, показало, что последний дает более точные результаты.

Приводится решение проблемы определения напряженно-деформированного состояния гибридных (состоящих из разных пород древесины) деревянных брусьев. Поперечное сечение такого бруса – слоистое. Каждый его слой может изменять форму поперечного сечения в широких пределах, т. е. необходимо учитывать физическую нелинейность диаграмм деформирования слоев, а также разную их сопротивляемость растяжению и сжатию. В общем случае брус испытывает прямой поперечный изгиб с растяжением-сжатием. Сравниваются диаграммы деформирования для 6 пород древесины на растяжение-сжатие вдоль волокон. Полученные результаты показывают, что разные породы древесины совершенно по-разному сопротивляются растяжению и сжатию: одна порода лучше работает на растяжение (может испытывать большие предельные напряжения и деформации), другая – на сжатие. При одном уровне напряжений графики деформирования различных пород расположены близко друг к другу, при других – значительно расходятся. Данные расчетов гибридных брусьев демонстрируют значительные особенности деформирования и разрушения гибридных физически нелинейных брусьев по сравнению с однородными (состоящими из одной породы), материал которых подчиняется закону Гука. К этим особенностям относятся: значительное изменение величины предельной нагрузки и максимального прогиба при варьировании пород слоев; возможность возникновения скрытых механизмов разрушения, когда предельные продольные деформации достигаются во внутренних слоях бруса. Эти особенности деформирования и разрушения гибридных деревянных конструкций необходимо учитывать в процессе их производства.

Теоретически установлено, что при раскрое с брусовкой оптимальный диаметр бревна зависит не только от заданной толщины бруса, но и от геометрических параметров бревна: длины и среднего сбега. При этом отношение заданной толщины бруса к оптимальному диаметру бревна отличается от классического, а сечение бруса максимального объема не является квадратным. Для практических расчетов оптимальных диаметров бревен при брусовом способе раскроя получены простые формулы. При раскрое пиловочного сырья с брусовкой толщина бруса соответствует ширине обрезных досок полной длины, которая определяется согласно спецификации производимых на лесопильном предприятии пиломатериалов. Именно для выработки этих толстых досок, получаемых из пропиленной пласти бруса, используется основная часть объема пиловочных бревен. Зона двухкантного бруса, ограниченная величиной пропиленной пласти в верхнем торце, представляет собой четырехкантный брус, из которого и получают обрезные доски полной длины, равной длине бревна. Стремление обеспечить наибольшую эффективность при выпиловке таких досок из четырехкантного бруса, вписанного в окружность верхнего торца бревна, очевидно. Тогда коэффициент объемного выхода этого бруса из бревна должен быть максимальным. В статье методами математического анализа решается задача оптимизации диаметра бревен и относительных размеров бруса по толщине и ширине по отношению к оптимальному диаметру бревна, при котором коэффициент объемного выхода четырехкантного бруса достигает максимума.

Трещины различного вида – наиболее часто встречающиеся пороки сушки в лиственничных пиломатериалах. Многочисленными исследованиями установлено, что указанный вид порока зависит от многих факторов. Поэтому необходима систематизация этих факторов с целью установить степень значимости каждого. Исследования показали, что основные факторы, оказывающие влияние на формирование трещин в лиственничных пиломатериалах при сушке, целесообразно разделить на три группы, которые в той или иной степени зависят от структуры древесины. Первая (основная) группа факторов связана с наличием в древесине лиственницы значительного количества сердцевинных лучей. В пиломатериалах смешанной распиловки они выступают как концентраторы напряжений, что приводит к возникновению трещин при сушке. В пиломатериалах радиальной распиловки наличие сердцевинных лучей упрочняет конструкцию доски. В результате вероятность появления трещин в этой группе пиломатериалов многократно снижается. Действие второй и третьей групп факторов обусловлено распределением связанной влаги по сечению доски. Цель данной работы – проведение систематизации факторов, которая позволила бы выстраивать технологический процесс сушки лиственничных пиломатериалов таким образом, чтобы максимально снизить вероятность появления трещин.

Предлагается способ раскроя пиловочных бревен при распиловке бруса параллельно образующей. После выпиливания двухкантного бруса его делят вдоль на две части и каждый из полученных трехкантных брусьев распиливают на пиломатериалы параллельно образующей. Возможны два варианта распиловки: с получением укороченных пиломатериалов из сердцевинных частей бруса; с получением кли-новидных пиломатериалов. При этом увеличивается не только объемный, но и качественный выход пиломатериалов. С помощью имитационной модели для сравнения проведены экспериментальные исследования объемного выхода пило-материалов при распиловке бруса параллельно образующей и параллельно продольной оси бревна. Получены зависимости объемного выхода пиломатериалов от диаметра, длины и среднего сбега бревна. Диапазоны варьирования: диаметры – от 28 до 36 см, длина – от 4 до 6 м, средний сбег – от 1,0 до 2,8 см/м. Построены графики зависимости объемного выхода пиломатериалов от исследуемых факторов. Установлено, что наибольшее влияние на объемный выход пиломатериалов оказывает сбег бревна. Диаметр не оказывает сильного влияния на объемный выход пиломатериалов при распиловке бруса параллельно образующей по сравнению с распиловкой параллельно оси бревна, при значениях диаметра более 32 см выход увеличивается незначительно. При распиловке бруса параллельно образующей объемный выход пиломатериалов выше на 2...6 %, чем при распиловке параллельно оси. Увеличение длины бревна снижает объемный выход пиломатериалов при распиловке бруса параллельно как образующей, так и продольной оси. Низкие значения среднего сбега пиловочного бревна (1,0...1,3 см/м) не дают преимуществ ни тому, ни другому способу распиловки. С увеличением среднего сбега до 2,8 см/м при распиловке бруса параллельно образующей объемный выход возрастает на 4...6 %. Распиловка бруса параллельно образующей с получением клиновидных пиломатериалов по сравнению с получением укороченных пиломатериалов из сердцевинных частей бруса повышает объемный выход на 1,0...1,5 %.

Развитие технологии сушки древесины в настоящее время идет в основном путем совершенствования режимов сушки на основе современных методов компьютерного моделирования и оптимизации процессов. При этом перспективным направлением является совершенствование режимов сушки в части их энергоэффективности и обеспечения требуемого потребителями качества продукции. Предмет настоящего исследования – теоретический анализ тепломассообмена при сушке пиломатериалов режимами, основанными на явлении термовлагопроводности. Подобные режимы характеризуются наличием градиента температуры по сечению сохнущего сортимента, что позволяет классифицировать их как существенно неизотермические. Для анализа процессов неизотермического переноса могла бы быть использована модель, базирующаяся на уравнениях двухфазной фильтрации, изотермах сорбции, термодинамических уравнениях Кельвина–Клайперона–Клаусиуса, но это сопряжено с существенными математическими затруднениями. Цель исследования – корректировка решения системы уравнений тепломассообмена в условиях существенной неизотермичности. Методологической основой исследования является физическая модель капиллярно-пористой структуры древесины, учитывающая коллоидную природу клеточной стенки, а также модель переноса влаги в капиллярах древесины. У капиллярно-пористых тел, к которым можно отнести древесину, влагообмен со средой происходит за счет удаления жидкости из капилляров, выходящих на поверхность. При равновесии жидкости в капилляре над ее мениском на стенке образуется полимолекулярная пленка толщиной, уменьшающейся вверх по определенному закону, который может быть найден, если известно расклинивающее давление или насыщенность пара пленки в функции ее толщины. Для оценки вклада пленочного механизма переноса в общий поток влаги может быть использована система уравнений Дерягина–Нерпина. На основе этого было проведено компьютерное моделирование процессов капиллярного влагопереноса в целях уточнения влияния термовлагопроводности на общий процесс тепломассообмена в коллоидном капиллярно-пористом теле – древесине. В ходе анализа процессов тепломассообмена получены формулы для определения критерия фазового перехода и термоградиентного коэффициента для существенно неизотермических режимов сушки древесины. Результаты работы могут быть использованы при изучении капилярно-пористой структуры древесины и определении параметров режимов сушки пиломатериалов. К принципиально новым выводам по итогам исследования можно отнести то, что направление градиента температуры в сечении сохнущего сортимента тормозит (или увеличивает) поток влаги в капиллярах, возникающий на основе пленочного механизма переноса, вызванного расклинивающим давлением. Это явление существенно влияет на величину критерия фазового перехода, а также вызывает некоторую асимметричность потоков влаги при изменении направления вектора градиента температуры.

В Российской Федерации, по оценке Организации Объединенных Наций, покрытая лесом площадь составляет 8,5 млн км². Благодаря имеющимся запасам лесных ресурсов значительное развитие получили предприятия лесопромышленного комплекса. В условиях современной конкурентной экономики лесопромышленные предприятия в целях дальнейшего развития вынуждены поддерживать инвестиционную активность на высоком уровне, оптимизировать технологические процессы и модернизировать производственное оборудование. В статье проанализированы инвестиционные проекты крупнейших предприятий лесной промышленности Архангельской области (АО «Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат», ЗАО «Лесозавод 25»), рассмотрены факторы снижения себестоимости сырья для перерабатывающих предприятий лесного комплекса, приведены сравнение видов транспортировки круглых лесоматериалов, динамика поставок лесоматериалов на примере предприятий Архангельской области. В настоящее время расчетная лесосека в области составляет чуть более 20 млн м3, объемы лесозаготовок – половину от нее. Основной причиной этого является недостаточная развитость дорожной сети для вывозки заготовленной древесины, поэтому выделяемый лесосечный фонд расположен географически неравномерно и тяготеет к местам, где имеются лесовозные дороги. Дорожную сеть необходимо расширять, но в современных экономических условиях сделать это крайне сложно. Предлагается развивать транспортировку лесоматериалов по естественным транспортным артериям – рекам. Наиболее экономически целесообразен сплав в лесотранспортных единицах. Отмечается, что для лесосплава практически не используются малые и средние реки ввиду малых габаритов лесосплавного хода. Для того, чтобы включить их в логистику транспортных процессов необходимо модернизировать существующие технологии сплотки круглых лесоматериалов. Нами проанализированы современные разработки конструкций сплоточных единиц, пригодных для сплава в условиях ограниченных габаритов лесосплавного хода, рассмотрены основные научные разработки для определения гидродинамических и инерционных характеристик сплоточных и лесотранспортных единиц, приведены результаты математического планирования и классического исследования гидродинамических характеристик линеек из плоских сплоточных единиц.

В ленточных борах Алтайского края наряду с посадкой чистых сосновых лесных культур широко практиковалось их создание кулисным способом в смешении сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) с ивой остролистной (Salix acutifolia Willd.). В 90-е гг. XX в. эта практика была прекращена. Целесообразно оценить производительность таких древостоев пока еще можно определить, какие искусственные сосняки создавались с предварительным шелюгованием. Исследования проведены в Барнауль-ском ленточном бору на территории Рубцовского и Угловского административных районов Алтайского края с 2013 по 2016 г. Лесорастительные условия района: резко континентальный климат, продолжительная холодная зима и короткое жаркое лето; небольшое (250...350 мм/год) количество осадков; песчаные почвы; уровень грунтовых вод, находящийся на глубине от 4 до 10 м и более. В ходе исследований применялся метод пробных площадей. Пробные площади (в количестве 57 шт.) закладывались в искусственных сосняках типа леса сухой бор пологих всхолмлений. Исследуемые древостои имели возраст от 13 до 81 года, класс бонитета II–V и разные схемы смешения пород. Рубки ухода в рассматриваемых насаждениях не проводились. Приведены таксационная характеристика наиболее типичных исследованных сосняков и графики хода роста по запасу искусственных сосняков, имеющих различное размещение деревьев на площади. Аппроксимация данных была выполнена при помощи функции Теразаки, так как она показала наибольшее значение коэффициента детерминации по сравнению с другими S-образными функциями. В ходе исследований установлено, что в ленточных борах Алтайского края из лесных культур с равномерным размещением сеянцев на площади формируются наиболее производительные искусственные сосняки. Если сравнить производительность древостоев, сформировавшихся из лесных культур сосны, созданных кулисным способом в смешении с ивой остролистной, и производительность древостоев, образованных из лесных культур с аналогичным размещением деревьев на площади, но без ивы, то можно сделать вывод, что первые формируются в более производительные древостои.

В настоящее время на лесозаготовительных предприятиях древесная зелень является отходом и не имеет полезного применения. Однако в ее состав входят компоненты, которые можно использовать в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности. В данной статье рассматриваются способы и аппаратурное оформление процессов экстрагирования ценных компонентов из зелени хвойных и лиственных пород, разработанных на кафедре переработки древесных материалов Казанского национального исследовательского технологического университета. В связи с тем, что древесная зелень, содержащая витамины и минералы, является сырьем для производства кормовой муки, нами была разработана и запатентована технология ее комплексной переработки с извлечением ценных компонентов водяным паром при температуре 165 ºС. Готовыми продуктами, получаемыми с помощью данной технологии, являются кормовая мука и биологически активные вещества. Многие биологически активные вещества не устойчивы к высоким температурам, поэтому для их извлечения разработана установка переработки хвойного экстракта из древесной зеленой массы. Процесс происходит в цилиндрическом контейнере при температуре 40...50 ºС, в качестве экстрагента используется перегретый пар, что обеспечивает максимальный выход биологически активных веществ. При экстракции количество экстрагента в несколько раз превышает количество сырья, в связи с этим предложена технологическая линия, которая позволяет применять его повторно. Основное оборудование дан-ной линии: экстрактор, выпарные аппараты, конденсатор смешения, холодильная компрессорная установка и рекуперативный теплообменник. Представленные разработки позволяют рационально использовать лесосечные отходы с получением ценных компонентов и могут найти применение на предприятиях лесопромышленного комплекса.

В статье приведено решение задачи по определению изгибающего момента от действия начальных напряжений в пиломатериалах, сформировавшихся в процессе роста деревьев лиственницы даурской. Для размера ядровой зоны, характерной для этой породы деревьев, принято распределение начальных напряжений по объему ствола дерева с использованием закона параболоида 14-й степени. Получены математические модели для исследования начальных напряжений и прогиба пиломатериалов от действия начальных напряжений и собственного веса, позволяющие установить размер длины досок, при котором их результирующий прогиб будет равен нулю. Величина результирующего прогиба зависит от положения годичных слоев в доске, а это является объективным подтверждением присутствия в ней начальных напряжений. Математические модели прогиба пиломатериалов свидетельствуют о влиянии положения годичных слоев, что служит обоснованием двойного измерения прогиба досок (со стороны как наружной, так и внутренней пласти) при машинной силовой сортировке. На основании этого потребуются корректировка способа и усовершенствование конструкций машин для силовой сортировки пиломатериалов с учетом действия в них начальных напряжений, сформировавшихся в период роста деревьев. Результаты исследований позволяют определять модуль упругости и начальные напряжения в пиломатериалах из древесины лиственницы даурской и других пород, что важно при установлении класса их прочности в процессе силовой машинной сортировки. За счет подбора и рационального расположения конструкционных пиломатериалов в клееной строительной деревянной конструкции с учетом присутствия в ней начальных напряжений можно повысить ее несущую способность. Пиломатериалы, естественно изо-гнутые из-за наличия в них начальных напряжений, могут быть отобраны для изготовления элементов арок и сводов. Разработанные математические модели могут служить основой для создания компьютерных технологий проектирования и изготовления высокопрочных клееных деревянных строительных конструкций. Результаты исследований позволяют на стадии составления схемы раскроя пиловочника из лиственницы даурской определять естественную кривизну досок, появляющуюся в них из-за действия начальных напряжений, что будет способствовать повышению качества лиственничных пиломатериалов и сокращению их потерь из-за продольного коробления при камерной сушке.

Библиографический указатель подготовлен к 80-летию кафедры древесиноведения и тепловой обработки древесины лесотехнического института. Указатель содержит библиографическое описание научных, учебных и научно-методических изданий, имеющихся в фонде научной библиотеки САФУ, а также статьи, опубликованные в сборниках научных трудов, тезисов докладов, конференций, периодических изданиях, патенты на изобретения. Ретроспективный библиографический указатель отражает вопросы изучения древесины, исследования ее свойств и создания новых древесных материалов учеными кафедры в период ее становления и развития.

Термическая обработка широко применяется для изменения свойств древесины (механических, физико-химических, теплофизических, биологических и др.). Одним из видов термического воздействия является сушка. Для определения оптимальных режимов сушки и минимизации энергетических затрат необходимо разработать математические модели процессов, протекающих в древесине при тепловом воздействии. При математическом описании тепломассообмена при сушке стоит задача описания внутренних источников теплоты и массы. Удаление влаги рассматривается как сложный многостадийный физико-химический процесс. Стадийность процесса сушки обусловлена наличием в древесине влаги, имеющей связи с древесным веществом. Разрушение связей происходит в своих (разных) диапазонах температур. Отдельные стадии рассматриваются как параллельные, независимые химические реакции и описываются кинетическими уравнениями. Для исследования кинетики удаления связанной влаги в древесине была разработана и изготовлена экспериментальная установка, позволяющая проводить термогравиметрические эксперименты в среде с контролируемой влажностью. Образцы для исследования имели разную начальную влажность при различной относительной влажности среды. Результаты термогравиметрических экспериментов обрабатывали с использованием метода, позволяющего разделить процесс на отдельные стадии. Установлено, что удаление связанной влаги из древесины протекает в семь стадий. Для каждой стадии были определены энергия активации, предэкспоненциальный множитель и начальная относительная масса. Изучена зависимость кинетических параметров от относительной влажности среды. Сделано допущение, что только энергия активации зависит от влажности сушильного агента. Получены эмпирические зависимости энергии активации от относительной влажности среды для первой, второй и третьей стадий; проведены термогравиметрические исследования кинетики сушки древесины с начальной влажностью, превышающей предел насыщения клеточных стенок, т. е. при наличии свободной влаги; получены постадийные кинетические параметры.

Для плоских изделий применяются бесконтактные и контактные методы контроля плоскостности. При проведении бесконтактного контроля используют оптические системы. Контактный контроль поверхности подразумевает применение механических систем измерения или специальных преобразователей физических величин материала. Контактные методы, основанные на исследовании физических параметров материала, позволяют контролировать потерю плоской формы равновесия объекта и изменение остаточных напряжений. Образующиеся остаточные напряжения имеют наибольшее значение в области периферии диска из-за повышенного нагрева данной зоны пилы. Отклонение от плоскостности диска вследствие потери им плоской формы равновесия носит несимметричный характер. Нами предлагается применять метод акустической тензометрии для контроля плоскостности плоских круглых пил. Суть метода акустической тензометрии заключается в изменении скорости распространения ультразвуковых колебаний в материале при изменении величины остаточных напряжений. Предлагаемый способ подразумевает разбиение диска на кольцевые зоны с их последующим сканированием в окружном направлении. Отклонения кольцевой зоны от плоскостности характеризуются наличием деформации в сканируемой зоне и сравниваются с нулевыми показателями не эксплуатируемой ранее пилы. Представленная в работе экспериментальная установка предназначена для контроля плоскостности круглых пил методом акустической тензометрии и прямого измерения с помощью индикатора часового типа. Дополнительно перед проведением эксперимента контролируемые пилы подвергались химическому анализу для подтверждения соответствия заявленной марки стали у всех пил. Для возбуждения ультразвуковых колебаний на контролируемом участке использовался пьезоэлектрический преобразователь DA-501 с рабочей частотой 5 МГц, измерения проводились эхо-методом. В результате предварительного опыта было установлено, что полученные экспериментальные данные имеют нормальное распределение. Проведение основного эксперимента опиралось на полный факторный план с тремя варьируемыми параметрами, на основании результатов которого была принята теоретическая зависимость и доказана возможность использования данного метода для контроля плоскостности круглых пил.

Технико-экономическая эффективность использования дереворежущих инструментов и качество выпускаемой с их применением продукции в значительной степени определяются совокупностью характеристик рабочих поверхностных слоев рас-сматриваемых инструментов, в том числе износостойкостью. При этом отмечается существенное разнообразие реализующихся механизмов протекания изнашивания как в части качественного характера их проявления (постепенное изнашивание образующих режущие кромки поверхностей, микровыкрашивание и сколы режущего лезвия), так и особенностей образования продуктов изнашивания. Изнашивание дереворежущих инструментов – результат совместного проявления механического, электроэрозионного, химического, электрохимического и других воздействий. Особенностью, дополнительно усугубляющей такую сложную картину поверхностного разрушения, является возможность возникновения эффекта синергизма механических и химических составляющих процесса изнашивания, когда их взаимное влияние увеличивает степень проявления каждого из наблюдаемых механизмов. При таком многоплановом эксплуатационном воздействии износостойкость инструментов во многом обусловлена физико-химическими свойствами материалов, применяемых для их изготовления, видом и режимами используемой упрочняющей обработки, а также характером внешних воздействий на них в процессе эксплуатации. В связи с этим для обеспечения должной износостойкости инструментов необходимо решать комплексные задачи совершенствования их конструкций, обоснованного выбора инструментальных материалов и способов их упрочняющей обработки. Важнейший аспект решения этих задач – экспериментальная проверка целесообразности принятых решений, для чего применительно к различным эксплуатационным условиям требуется разработать или выбрать методики износных испытаний, позволяющих получать достоверные результаты. При этом следует учитывать, что выбор методов исследования напрямую связан с характером рассматриваемых видов деревопереработки, механизмов изнашивания тех или иных дереворежущих инструментов. Должен приниматься во внимание тот факт, что указанные механизмы могут изменяться как в процессе единичного реза, так и по мере затупления рассматриваемых инструментов.

В настоящее время в России преобладает сортиментная технология заготовки древесины, на которую приходится более 70 % всего объема. Во многом это обусловлено запретом на выезд автолесовозов с хлыстами на дороги общего пользования. Лесозаготовительным предприятиям экономически не выгодно без поддержки государства строить специальные лесные дороги, поэтому объемы вывозки древесины в хлыстах существенно упали. Кроме того, в связи с истощением доступных лесосырьевых баз плечо вывозки заготовленной древесины часто превышает 250 км. Это увеличивает транспортную составляющую себестоимости заготовленной древесины и снижает экономическую эффективность работы лесозаготовительных предприятий. Особенно не выгодно становится перевозить грузы с малым коэффициентом полнодревесности как при транспортировке, так и в пересчете на будущую готовую продукцию или полуфабрикаты, т. е. за вычетом объемов отходов, которые впоследствии будут образовываться при переработке древесины. На основании исследований, выполненных методом укрупненного анализа статей затрат на заготовку круглых лесоматериалов, определяющих стоимость пиловочной древесины, фанерных бревен и балансов, установлено: лесозаготовительное производство в существующих условиях может эффективно реализовывать деловую древесину при расстоянии вывозки, не превышающем 65 км; при расстоянии вывозки 250 км доля затрат на транспортные операции в себестоимости круглых лесоматериалов составляет 47 %, что является определяющим фактором в оценке рентабельности инвестиционных проектов при организации предприятий по заготовке и переработке древесины; увеличение объемов заготовки древесины для обеспечения сырьем современных лесопильных заводов при отсутствии строительства новых предприятий глубокой переработки древесины требует создания промежуточных специализированных лесных терминалов, осуществляющих выработку пиломатериалов и заготовок из балансовой древесины.

Изложена методика составления и расчета поставов при различных способах раскроя пиловочного сырья, которая позволяет просчитать выход продукции исходя из сортности пиловочника, типа оборудования, вида распиловки, требований к влажности. Данное пособие будет полезно при выполнении курсовых проектов, курсовых и расчетно-графических работ, дипломном проектировании. Приведены необходимые нормативы и справочные материалы по составлению, расчету поставов и планированию раскроя пиловочного сырья.

Лесопокрытая площадь в наиболее обжитых районах Европейско-Уральской части Российской Федерации занята в основном низкосортной лиственной древесиной с преобладанием березы и осины. Пиролиз является традиционным способом переработки низкосортной древесины, получаемый при этом древесный уголь может быть эффективно использован в технологии других углеродных материалов. Разработанная нами структура системы получения углеродных материалов из древесины состоит из четырех подсистем: 1 – заготовка сырья, 2 – первичная обработка древесины, 3 – пиролиз древесины, 4 – переработка древесного угля. При заготовке и первичной обработке древесины энерго- и ресурсосбережение обеспечиваются за счет утилизации древесных отходов, при пиролизе – за счет применения тепла экзотермических реакций. Показано, что в условиях лесопромышленных предприятий отбор избыточного тепла возможен при использовании для производства древесного угля модульных пиролизных ретортных установок и подобных им аппаратов. При переработке древесного угля ресурсосбережение обеспечивается за счет направления его мелких фракций на брикетирование, а энергосбережение – при сжигании газов активации. В процессе получения активных углей наименьшую экологическую опасность представляет активация водяным паром. Окисление активного угля (по соображениям экологической безопасности) предлагается проводить в паровой фазе с использованием горячего влажного воздуха в качестве окислителя. При этом не образуется сточных вод. Анализ вариантов переработки низкосортной древесины показал, что разработанная нами технология получения углеродных материалов позволяет более чем в 3 раза увеличить стоимость продукции, производимой, например, из 1 м3 березовой древесины, повысить экономическую стабильность предприятий лесного комплекса, получить до четырех видов углеродных материалов (древесный уголь, древесно-угольные брикеты, активные и окисленные угли), а также снизить экологическую опасность их производства за счет сжигания парогазовой смеси пиролиза древесины, применения водяного пара (на стадии получения активных углей) и воздуха (на стадии получения окисленного угля).

В статье приведены результаты исследования влияния постоянного электрического поля на влагостойкие и адгезионные свойства фанерных материалов. Получены электретные характеристики фанерных материалов из различных пород древесины и клеев. Выявлено, что поляризация фанеры в процессе приготовления или поляризация только клея в постоянном электрическом поле позволяют значительно повысить ее прочностные свойства (прочность сцепления соединения «клей–шпон»). Установлено, что при предварительной поляризации клея предел прочности при скалывании воз-растает на 15...350 %; при поляризации фанерных образцов в процессе их изготовления предел прочности при скалывании увеличивается на 15...450 % по сравнению с образцами, на которые не воздействовало электрическое поле. Отмечено, что наибольшие значения предела прочности при скалывании имеют фанерные материалы из березового шпона, который обладает более высокими показателями прочности древесного волокна. Фанерные образцы, поляризуемые в постоянном электрическом поле, более стойки к расслоению, короблению, дольше сохраняют свою целостность во влажной среде. Безусловно, это связано с влиянием поляризованного состояния клея на адгезию к шпону. Воздействие электрического поля повышает влагостойкость фанерных образцов на 0,9...22,0 %, водостойкость – на 3,0...17,0 %. Предлагаемый метод представляет практический интерес и может быть реализован в условиях производства для получения высокопрочной влагостойкой фанеры.

Процесс получения гранулированного биотоплива из термомодифицированной массы на пресс-грануляторах валкового типа является перспективным методом утилизации древесных отходов березовой коры. Плотность гранул из коры – важный показатель, их высокого качества. Получение качественных гранул из термомодифицированной коры березы зависит от давления прессования, которое напрямую связано с относительной длиной фильеры матрицы и физико-механическими свойствами исходного сырья, в первую очередь с коэффициентами трения и адгезии спрессованной древесной гранулы с цилиндрической поверхностью фильеры матрицы в пресс-грануляторах валкового типа. В настоящее время практически отсутствуют данные о коэффициентах адгезии и трения для термомодифицированной древесной коры, что не позволяет определить давление, развиваемое прессовочными валками в процессе прессования древесных гранул. На основании разработанной математической модели для расчета давления прессования в цилиндрической фильере матрицы коэффициенты трения и адгезии были объединены в коэффициент α, что позволило создать стенд и разработать методику его экспериментального определения. Проведенные исследования по получению гранул из термомодифицированной березовой коры показали, что обобщающий коэффициент α является функцией исходной влажности термомодифицированного сырья и давления прессования. Статистическая обработка экспериментальных результатов позволила получить уравнение регрессии для определения коэффициента α.

В статье проанализированы результаты работ отечественных и зарубежных авторов в области напряженно-деформированного состояния древесного ствола и распределения внутренних напряжений в нем. Установлено, что на начальные напряжения, при их дальнейшем изменении в процессе роста деревьев, накладываются циклические напряжения растяжения и сжатия, возникающие при ветровой нагрузке. Древесный ствол, как уравновешенная система и живой организм, стремится компенсировать возникающие нагрузки за счет увеличения плотности стенок клеток, изменения их структуры – скручивания. Возникновение предельных нагрузок и цикличность нагрузок при раскачивании могут приводить к микроповреждениям – трещинам. У хвойных пород образовавшиеся полости заполняются природным антисептиком – смолой. Под воздействием переменных сжимающих и растягивающих напряжений происходит дальнейшее увеличение полостей и заполнение смоляных кармашков. С учетом характера начальных напряжений в радиальном и тангенциальном направлениях кармашки в среднем будут длиннее в зонах наибольших радиальных напряжений растяжения. Целью исследования являлось обоснование местоположения наибольшего скопления смоляных кармашков. Основываясь на том, что форма ствола соответствует форме стержня равного сопротивления, при котором напряжения в наружных во локнах при изгибе должны быть одинаковыми по всей высоте дерева, был произведен расчет окружных и радиальных напряжений по радиусу сечения ствола. При учете взаимосвязи между размером ядровой зоны, напряжениями в центре и по контуру сечения и пределами прочности древесины при статическом изгибе и сжатии для расчета начальных напряжений в стволе древесины лиственницы даурской методами сопротивления материалов применена функция распределения начального продольного напряжения в виде параболоида 14-й степени. В результате получены эпюра суммарного напряжения в стволе, на основе обобщенного закона Гука – график распределения главной относительной деформации в радиальном направлении по диаметру сечения ствола. В качестве подтверждения теории формирования смоляных кармашков проведены лабораторные испытания для определения пределов прочности при статическом изгибе и сжатии вдоль волокон с учетом соотношения радиусов ядровой и заболонной древесины в образцах. Изучение локализации кармашков по диаметру сечения стволов лиственницы даурской показало, что наибольшее их количество расположено в зоне максимальной радиальной деформации.

Обоснование энергетических и динамических параметров агрегата для понижения пней является важным вопросом при выполнении лесовосстановительных работ. Также актуально определение оптимальных конструктивных параметров фрезерного рабочего органа агрегата и режимов его работы. Цели данных теоретических исследований – обоснование возможностей преодоления перегрузок при встрече рабочего органа с пнем за счет кинетической энергии вращающихся масс двигателя, трансмиссии и фрезы; определение оптимальных энергетических и динамических параметров агрегата; теоретический анализ процесса дробления пня фрезерным рабочим органом, позволяющий в дальнейшем решить задачу оптимизации конструктивных и геометрических параметров рабочего органа, а также режимов его работы по критерию минимума энергоемкости. Программа исследований предусматривала изучение возможности преодоления перегрузок посредством подбора оптимальных значений частоты вращения рабочего органа, мощности двигателя, момента инерции агрегата, скорости его движения по критерию допустимого коэффициента загрузки двигателя трактора, рациональных по критерию минимума энергоемкости режимов резания и углов установки резцов. Исследования проводили теоретически на основании созданных авторами компьютерных программ Dina 2 и Freza_n, что позволило обосновать параметры агрегата и его рабочего органа на стадии проектирования. На основании полученных результатов возможно обосновать выбор базового трактора, конструкцию и компоновку тракторного лесохозяйственного агрегата для понижения пней с рабочим органом в виде фрезы фронтальной навески и определить мощностные и динамические параметры такого агрегата, что позволит увеличить производительность труда и снизить утомляемость оператора

Для условий малообъемных лесозаготовок форма лесосек напрямую связана с формой таксационных выделов, расположенных на территории лесного квартала. Непрямо-угольная форма выделов, а следовательно, и осваиваемых лесосек, различие запасов назначенного в рубку древостоя и видов рубок являются характерными особенностями лесосечных работ при их комплексном ведении на нескольких смежных лесосеках в условиях поквартального освоения лесных участков. Нами предложена методика расчета среднего расстояния трелевки с территории выделенных делянок, отличающаяся возможностью ее использования на лесосеках различной конфигурации в условиях неравномерности распределения запасов древесины по площади и разнообразия технологических схем разработки пасек, характеризующихся криволинейной формой магистральных и пасечных волоков. Методика предусматривает разбиение анализируемых смежных лесосек на ряд простейших геометрических фигур, что позволяет максимально упростить расчеты и свести их к использованию методов дифференциального и интегрального исчисления. Идея базируется на анализе грузовой работы при трелевке лесоматериалов с различных участков смежных лесосек к погрузочным площадкам. Получена универсальная математическая зависимость для определения грузовой работы по трелевке лесоматериалов с участков любой конфигурации в условиях ветвистой структуры размещения на них пасечных и магистральных волоков. Материалы могут быть рекомендованы к использованию при обосновании технологических элементов лесосек, созданных путем объединения нескольких таксационных выделов, в условиях поквартального освоения лесных участков. При внедрении полученных результатов в производство создаются условия для более эффективного размещения погрузочных пунктов, прокладки трелевочных волоков, сокращаются затраты на освоение лесосек и повышается производительность трелевочной техники. Разработанная методика может быть использована для увеличения эффективности освоения лесных участков и оптимизации лесозаготовительного процесса при непрямо-угольной форме разрабатываемых лесосек. Полученные нами результаты прошли экспериментальную проверку в производственных условиях и рекомендуются к использованию на предприятиях, заинтересованных в поквартальном освоении лесных участков.

Физико-механические свойства древесины зависят от количества влаги, находящейся в клеточных стенках и связанной с ее компонентами. Однако до сих пор нет четкого представления о местонахождении связанной влаги в древесинном веществе клеточных стенок. Цель исследования состояла в том, чтобы теоретически обосновать сорбционную способность компонентов древесины и смоделировать данный процесс на наноуровне с учетом размеров молекул и атомов. Для моделирования был взят основной и наиболее изученный компонент древесины – целлюлоза. Разработанная нами пространственная сферическая модель макромолекулы целлюлозы и расположение ее звеньев в элементарной ячейке позволили объяснить механизм поглощения влаги клеточной стенкой древесины на молекулярном уровне. Гидроксильные группы макромолекул целлюлозы и молекул воды имеют одну природу, так как электроотрицательность составляющих их атомов совпадает по значению, что позволяет им легко образовывать межмолекулярные водородные связи в одном слое и между соседними слоями в кристалле. Водородная связь по своему характеру является электростатической. Энергия ее примерно в 10 раз меньше энергии межатомных ковалентных связей. Электроотрицательности ОН-групп молекул целлюлозы и воды совпадают по значимости, поэтому при определенных энергетических условиях окружающей среды молекула воды, разрывая межмолекулярную водородную связь молекулы целлюлозы, тут же замыкает ее на себя. Точно также молекула воды покидает водородную связь, если она обладает достаточной кинетической энергией, чтобы сдвинуться с места. Проникновение молекул воды в кристалл целлюлозы происходит путем перемещения их из одной водородной связи в другую. Молекулы воды удерживаются в этих связях только за счет своей электроотрицательности. Таким образом, механизм взаимодействия микрокристаллита целлюлозы с влагой определяется тем, что молекулы воды удерживаются в водородных связях гидроксильных групп глюкопиранозных звеньев макромолекулы целлюлозы и имеют возможность перемещаться между ними. При внедрении молекулы воды в водородную связь расстояние между OH-группами целлюлозы увеличивается на ее размер, и при влагопоглощении разбухание кристаллической структуры целлюлозы составляет около 12 %. Молекулы воды образуют водородные связи с лигнином и гемицеллюлозой так же, как с целлюлозой. Расчет, произведенный через молекулярные массы элементарных звеньев макромолекул, показывает, что максимальное количественное содержание физически связанной влаги в древесине составляет около 30 %, что соответствует многочисленным экспериментальным данным других исследователей.

В статье обоснована целесообразность переработки древесины, содержащей ядровую гниль. Предметом исследований являются способы переработки такой древесины. Древесина твердолиственных и хвойных пород, имеющая хорошие прочностные и теплоизоляционные показатели, пользуется высоким спросом, в результате чего сырьевые запасы этой древесины в европейской части страны постоянно сокращаются. Дефицит твердолиственных и хвойных пород требует вовлечения в переработку неделовой древесины. Существующий подход к выбору способа ее переработки определяется только видом применяемого оборудования. В лесопильном производстве ядровую гниль чаще всего удаляют выпиливанием двухкантного бруса или сердцевинных досок. В фанерном производстве чураки с диаметром гнили до 100 мм перерабатывают на лущильных станках с диаметром кулачков наружных шпинделей 110 мм. Древесину с ядровой гнилью применяют для производства плитных материалов, но суммарное содержание гнили в щепе не должно превышать 5 %. Чаще всего древесину с ядровой гнилью распиливают на дрова для реализации населению. Дифференциация подхода к выбору способа переработки древесины с ядровой гнилью заключается в обосновании вида получаемых материалов и изделий различного функционального назначения в зависимости от ее размеров. Предлагаются следующие способы переработки древесины в соответствии с градацией гнили по диаметру: до 50 мм – высверливание из лесоматериалов ядровой гнили; от 50 до 100 мм – лущение здоровой периферийной части ствола; свыше 100 мм – выпиливание из лесоматериалов обрезных пиломатериалов. Для обеспечения конкурентоспособности продукция, изготовленная из древесины с ядровой гнилью, должна обладать более высокими эксплуатационными показателями по сравнению с существующими материалами и изделиями. Лесоматериалы с ядровой гнилью диаметром до 50 мм наиболее целесообразно использовать для производства оцилиндрованных бревен, где полезный выход составляет около 80 %. Высверливание отверстия небольшого диаметра не приведет к существенному снижению несущей способности бревен. При переработке древесины с ядровой гнилью диаметром 50…100 мм предлагается применять лущение здоровой древесины для последующего склеивания фанерной продукции. Универсальным способом переработки древесины с ядровой гнилью диаметром более 100 мм (а также и менее 100 мм) является изготовление паллет для поддонов.

Повышение эффективности деревообрабатывающего оборудования является одной из важнейших задач, стоящих перед отечественными предприятиями в условиях острой конкурентной борьбы с зарубежными производителями. Цель работы – исследование возможности снижения вибрации деревообрабатывающих станков как на стадии проектирования, так и в условиях их эксплуатации. Приведены теоретические сведения по расчету виброускорения, виброскорости, динамической системы станка и основные направления снижения вибрации деревообрабатывающего оборудования. Выполнены экспериментальные исследования с помощью модернизированного вибростенда БЖ4, предназначенного для изучения вибрации механизмов и машин. По результатам измерений оценена эффективность виброзащиты для каждой октавной полосы частот. Наибольший уровень вибрации отмечен на нижней плоскости объекта виброизоляции, непосредственно контактирующей с источником вибрации, несколько меньший – на боковых плоскостях по направлению горизонтальных осей X и Y ортогональной системы координат. Еще ниже уровень вибрации был на верхней плоскости объекта виброизоляции по направлению оси Z. Установлено, что при наличии виброзащитных модулей вибрация уменьшается на 5…20 %. Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод о возможности существенного снижения массы и металлоемкости деревообрабатывающих станков в процессе их проектирования и изготовления. Дополнительные возможности для уменьшения вибрации появляются при правильных выборе и эксплуатации режущего инструмента.

Приведены результаты исследований по разработке и обоснованию ресурсосберегающих технологий модифицирования древесины путем высокочастотной и термической обработки для возможности ее дальнейшего использования в композиционных материалах с повышенными эксплуатационными характеристиками. Предложена обобщающая математическая модель, позволяющая рассчитывать кинетику процессов и конструктивные параметры аппаратурного оформления. Дана оценка технико-экономической эффективности применения изделий из модифицированной древесины.

Рассмотрены технологический процесс и оборудование лесопильного производства, вопросы подготовки сырья, сушки и складирования пиломатериалов, способы раскроя бревен и теоретические основы расчета поставов на раскрой пиловочного сырья. Приведены задания для выполнения курсовой работы.

Представлены результаты исследования процесса паровзрывной обработки лигноцеллюлозных материалов, приведена классификация древесных отходов и характеристика лигноцеллюлозных материалов в целом. Рассмотрены методы химического и паровзрывного разделения древесины на компоненты и возможность использования этих методов для переработки лигноцеллюлозных материалов в ценные продукты. Представлено аппаратурное оформление процессов паровзрывной обработки лигноцеллюлозных материалов.

Приведены общие сведения об организации промышленных процессов резания древесины. Изложена методика выполнения технологического расчета промышленных режимов резания для наиболее распространенных групп станков. Приведены рекомендации по подбору оптимальных параметров дереворежущего инструмента.

Рассмотрены физические основы процесса пропитки и современные технологии модифицирования древесины. Предназначено для студентов факультета энергомашиностроения и технологического оборудования в рамках направления подготовки 35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по профилю подготовки «Энергосберегающие технологии переработки лесных ресурсов в перспективные материалы», изучающих дисциплину «Основы развития техники и технологии модифицирования древесины и древесных материалов», а также для аспирантов и преподавателей.

Рациональное использование древесных отходов является одной из важнейших задач комплексной переработки древесного сырья. Для применения разноразмерных древесных отходов в производствах древесно-цементных материалов и твердого биотоплива необходимо их измельчать на специальных стружечных станках. При этом требования, предъявляемые к качеству измельченной древесины для указанных производств, ограничиваются в основном размерами древесных частиц и содержанием примесей, что позволяет оценивать эффективность работы режущих элементов при измельчении всего объема древесины в стружки требуемых размеров только величиной силы резания или ее производных. В большинстве случаев при резании древесины передний угол режущего инструмента конструктивно является величиной постоянной (по длине режущей кромки), а режущая кромка может иметь прямую, с наклоном, треугольную или радиусную форму. Качественные показатели процесса кругового резания режущим инструментом с перечисленными выше формами получены при обработке древесных материалов дисковыми пилами с твердосплавными пластинами. Силовые показатели процесса резания (с идентичными условиями) как древесины, так и древесных материалов немногочисленны, а с использованием режущего инструмента, имеющего ступенчатую форму режущей кромки и передней поверхности, а также несколько углов резания, практически отсутствуют. Настоящее исследование направлено на нахождение оптимальных параметров режущего инструмента (ножа), обеспечивающих наименьшие затраты энергии при первичном измельчении древесины фрезерованием. Экспериментальные исследования проводили на специальной установке, позволяющей моделировать процесс измельчения древесины фрезерованием. Применяли пять типов ножей, имеющих различные геометрические формы режущих кромок и передних поверхностей. Эффективность работы различных типов ножей оценивали величиной крутящего момента. В результате проведенного сравнительного анализа всех форм режущих элементов определена наиболее эффективная форма ножа, установлена зависимость крутящего момента от подачи на нож при статическом резании древесины сосны для трех главных направлений резания.

Наметившаяся в мировой и отечественной практике тенденция вовлечения древесных отходов как экологичного топлива в теплоэнергетический баланс становится все более актуальной. На предприятиях лесоперерабатывающей промышленности образуются большие объемы древесных отходов, 10…15 % которых приходится на древесную кору. Наиболее перспективным способом использования этого возобновляемого энергетического ресурса является изготовление древесных топливных гранул. Процесс получения древесных гранул из стволовой древесины достаточно хорошо разработан, однако их производство из древесной коры связано с некоторыми техническими трудностями (обезвоживание и измельчение коры, прессование измельченной коры через фильеры цилиндрической матрицы пресс-грануляторов валкового типа). Проведенные исследования показали, что предварительная термическая обработка древесной коры (термодификация) позволяет решить проблемы ее обезвоживания и механического измельчения до гомогенного состояния для последующего гранулирования. В мировой и отечественной литературе отсутствует теоретически обоснованная математическая модель, описывающая процесс прессования измельченной древесины в пресс-грануляторах валкового типа с цилиндрической матрицей, которая могла бы оптимизировать конструктивные и технико-энергетические параметры прессования. Цель исследования – разработка математической модели процесса прессования термомодифицированной древесной коры, позволяющей определить связь конструктивных параметров прессовочного узла и требуемых качеств древесных гранул с энергетическими затратами в пресс-грануляторах валкового типа с цилиндрической матрицей. Рассмотрен технологический процесс прессования шихты из древесной коры в клиновом зазоре между внутренней перфорированной цилиндрической поверхностью матрицы и наружной цилиндрической поверхностью прессовочного ролика, а также проанализированы физические процессы на участках формирования и выталкивания гранулы из фильеры. Получены обоснованная математическая модель процесса прессования шихты из древесной коры через цилиндрическую матрицу и зависимости, связывающие мощность, затрачиваемую на привод пресс-гранулятора, с конструктивными параметрами прессовочного узла и физико-технологическими параметрами шихты из древесной коры.

Высокие требования к качеству и срокам изготовления продукции, выпускаемой судостроительной промышленностью, вызывают необходимость совершенствования технологий на всех этапах ее изготовления, начиная с получения литых заготовок. Модельную оснастку для крупногабаритных отливок в условиях единичного и мелко-серийного производства изготовляют из древесины и древесных материалов, что связано с большим разбросом типоразмерных характеристик при значительной номенклатуре изделий. Механическую обработку таких литейных моделей в виде тел вращения со сложным осевым профилем производят на станках токарной группы с единым электромеханическим копировальным приводом по двум осям. Замена копировальной системы управления на числовую позволила не только модернизировать станок, но и изменить технологию подготовки производства и сам процесс обработки литейной модели на станке. Нами создана цифровая модель осевого профиля изделия, состоящая из математического описания номинального контура, в виде дискретного набора точек и алгоритма слежения системой числового программного управления за точностью его воспроизведения режущим инструментом во время обработки на основе использования принципов широтно-импульсного управления электромагнитной муфтой главного привода станка. На специально разработанной микропроцессорной модели станка 1525 в лабораторных условиях протестировано программное обеспечение, реализующее цифровую модель осевого профиля поверхности вращения литейной модели из древесины. Использование разработанной цифровой модели при замене копировальной системы управления станком на числовое программное управление позволяет значительно снизить технологическую трудоемкость и затраты на изготовление из древесины и древесно-композитных материалов крупногабаритных литейных моделей с поверхностями вращения.

Применение предложенных нами пакетных двухярусных сплоточных единиц создает предпосылки для эффективного экологичного лесотранспорта по средним и малым рекам, обеспечивает возможность использования преимуществ водного транспорта даже небольшими лесозаготовительными предприятиями. Геометрические и прочностные параметры этих единиц зависят от геометрических характеристик составляющих их пакетов, в том числе и при нахождении их на плаву. Известные методики определения указанных характеристик плавающих пакетов в существующем виде не позволяют получать результаты с точностью, приемлемой для научных исследований, и не могут быть применены к двухярусным сплоточным единицам. С использованием эластиковой теории из параметрических уравнений гибких оболочек, заполненных сыпучей средой, получили замкнутую, ориентированную на численное решение, систему уравнений для точного определения геометрических параметров плавающего пакета. Его обвязку рассматривали как комбинацию двух кривых: подводной и надводной. Каждая из них – фрагмент бесперегибной эластики второго рода. Предполагалось, что конфигурация комбинированной оболочки формируется под давлением двух несмешивающихся видов сыпучей среды разной плотности. Граница между средами проходит по поверхности воды. В связи с невозможностью аналитического и недостаточной точностью и неудобством в применении графического решений применили численный метод. Разработали алгоритм точного определения геометрических параметров плавающего пакета численным методом, ориентированный на использование при последующей доработке применительно к двухярусным пакетным сплоточным единицам. Реализовали его на персональном компьютере. Выполнили расчеты по разработанному алгоритму для диапазонов факторов, встречающихся на практике. Для уменьшения объема вычислений задачу привели к безразмерному виду. Используя результаты вычислений, подобрали аппроксимирующие зависимости, которые, кроме предложенного численного метода, при несколько меньших требованиях к точности можно применять для определения рассматриваемых характеристик в научных исследованиях и практических расчетах. Выполнили экспериментальную проверку на физических моделях, в результате которой убедились в достоверности полученных результатов.

В результате техногенных аварий, в том числе на Чернобыльской атомной электро-станции, значительная часть лесных массивов страны подверглась радиоактивному загрязнению. Использование древесины из таких регионов весьма актуально, так как позволяет решать также и экологические проблемы за счет снижения вероятности повторного заражения радионуклидами прилегающих территорий. Предлагается решать их на основе технологии переработки загрязненной радионуклидами древесины на базе мобильных установок, работающих непосредственно на лесосеке от бензиновых или дизельных двигателей через карданный вал. Это позволит избежать перевозки загрязненной древесины в чистые регионы, организовать переработку без строительства стационарных цехов и уменьшить затраты на ее переработку. Для реализации такой технологии нами предложены схемы раскроя древесины, загрязненной радионуклидами, позволяющие получать пилопродукцию требуемых размеров, не со-держащую радионуклидов. При этом решаются задачи оптимального планирования раскроя бревен различного диаметра путем включения в план раскроя только тех поставов, которые обеспечат выпиловку пиломатериалов нужных размеров с допустимым содержанием радионуклидов при наименьших затратах сырья. Эта технология разрешает с минимальными потерями заготавливать и отгружать потребителю «чистую» древесину в виде окоренного сырья или готовых пиломатериалов. Наиболее целесообразно изготавливать продукцию, которая исключает прямой контакт с людьми, например шпалы. Образующиеся при этом радиоактивные отходы древесины предложено утилизировать путем измельчения и захоронения непосредственно на лесосеке или методами газификации с помощью газогенератора, который позволяет получать генераторный газ с минимальным уровнем загрязнения радионуклидами.

Приведены необходимые нормативно-справочные материалы для составления, расчета и анализа поставов при распиловке пиловочных бревен хвойных пород на различном бревнопильном оборудовании.

Развитие деревянного домостроения сдерживается из-за недостатка станков для обработки круглых сортиментов и получения заготовок высокого качества. Целью работы является разработка станков для изготовления заготовок круглых сортиментов высокого качества в виде цилиндров и бруса, которые используются в деревянном домостроении. При-ведены конструкции станков для обработки круглых сортиментов, позволяющие получать такие заготовки. Обработка круглых сортиментов производится фрезами, перемещающимися вдоль оси бревна. Получение заготовок в виде цилиндров и многогранных призм обеспечивается с помощью различных фрез соответствующего профиля и поворота бревна на определенный угол после каждого прохода фрезы. На станках также возможна установка круглых пил вместо фрез, что дает возможность получать доски и брус и расширяет их конструктивные возможности. Для повышения качества обработанных бревен предложена усовершенствованная конструкция станка, в котором имеется устройство, позволяющее выполнять в бревнах продольные пазы, вводить в них жидкий быстрозатвердевающий клей, маскирующий полученные пазы. Это способствует снижению остаточных напряжений и уменьшает опасность растрескивания бревна. Формирование паза осуществляется с помощью сборной фрезы, производящей одновременно обработку бревна. Количество пропилов и их глубина зависят от диаметра бревна. В статье приведена таблица для определения количества и глубины пропилов. Другое устройство обеспечивает упаковку бревна в пленку, что позволяет защитить бревно от загрязнения, изолирует клей от вытекания и сохраняет исходную влажность бревна. Мощность электродвигателей для фрезерования составляет 5,0…10,0 кВт, мощность мотор-редуктора механизма подачи – 1,0…2,0 кВт, мощность мотор-редуктора для поворота бревна – 0,5… 1,0 кВт. Суммарная максимальная мощность составляет 13,0 кВт, что меньше чем у серийных аналогичных станков. Предложенная конструкция позволяет получать сортименты высокого качества без трещин и растрескиваний через несколько лет после изготовления. Новая разработка защищена патентами на изобретения.

Отходы и побочные продукты, образующиеся и накапливающиеся на предприятиях нефтехимического профиля, являются многочисленными и разнообразными как в качественном, так и в количественном отношении. Решение проблемы переработки и использования этих отходов неразрывно связано с защитой окружающей среды от загрязнений, комплексным использованием сырья и материалов. Это способствует увеличению производительности технологических процессов, более полному и экономичному использованию химического сырья. Многочисленные отходы нефтехимических производств, к которым относятся и предприятия, производящие синтетические каучуки, содержат большое количество соединений, обладающих различной реакционной активностью. Эти соединения могут служить ценным исходным сырьем как для органического синтеза, так и для получения полимерных материалов, которые могут быть использованы в производстве лакокрасочных материалов, композитов различного назначения, пропиточных составов и др. В статье описывается возможность использования нефтеполимерной смолы на основе фракции С9 для защитной обработки древесноволокнистых плит. Исследования проводили с использованием метода планирования эксперимента по схеме греко-латинского квадрата четвертого порядка. Экспериментальные результаты обрабатывали с использованием вычисли-тельных средств, в результате чего были получены уравнения регрессии, описывающие влияние основных технологических параметров процесса на свойства образцов плит. Результаты указывают на то, что пропитка плит нефтеполимерной смолой позволяет улучшить водоотталкивающие свойства плитных материалов и повысить их прочность при изгибе. Наилучшие результаты достигнуты у плит, пропитанных при температуре 80 оС и термообработанных при 170 оС в течение 5 ч. Таким образом, обработка древесноволокнистых плит модифицированной нефтеполимерной смолой позволяет эффективно защитить их от неблагоприятных воздействий и продлить срок службы изделий на их основе.

Рассмотрен процесс конвективной сушки хвойных пиломатериалов при непрерывной циркуляции сушильного агента в условиях пониженного давления среды. Установлено, что заметное снижение скорости циркуляции сушильного агента в камере происходит при давлении среды 50 кПа и менее. Давление насыщения водяного пара в су-шильной среде однозначно и логарифмически зависит от температуры, поэтому с понижением давления среды температура кипения воды снижается, коэффициенты диффузии и самодиффузии водяного пара, а также влагосодержание сушильной среды увеличиваются. В связи с этим определяется тепло- и массоперенос при пониженном давлении среды. Коэффициенты диффузии при пониженном давлении возрастают. Интенсивность процесса сушки в вакууме зависит от внутренней диффузии влаги к поверхности древесины. Влагосодержание сушильного агента, определяемое парциальным давлением водяного пара в вакуумной камере (автоклаве), увеличивается с понижением давления. Для интенсификации испарения влаги из древесины необходимо, чтобы температура древесины была равна температуре кипения влаги или превышала ее. Испаряясь, влага охлаждает поверхность древесины, в результате чего увеличивается внутренняя диффузия влаги к ее поверхности. Внутри древесины возникает избыточное давление, которое релаксируется в зависимости от ее гидравлического сопротивления. После релаксации давления в древесине температура насыщения будет ниже температуры влаги, и влага вскипает по всему объему древесины. Сушку проводят в вакуумной сушильной камере – автоклаве. Для конденсации водяного пара из сушильного агента корпус автоклава выполнен двойным в целях охлаждения водой. Сконденсированная в процессе сушки влага собирается в градуированную емкость с водомером. При начальной влажности пиломатериалов по объему кон-денсата можно определить текущую влажность древесины. Разовая вместимость автоклава – до 22 м3 пиломатериалов. Одновременно работают три автоклава. Использование пониженного давления среды в процессе конвективной сушки хвойных пиломатериалов на 13…26 ч снижает ее продолжительность. Процесс сушки контролируют с пульта управления по температуре древесины и состоянию среды в сушильной вакуумной камере.

Одним из важных этапов создания изделий для судостроительной промышленности, например крупногабаритных обтекателей гребных винтов, является изготовление деревянных моделей литых заготовок. Именно модели из дерева получили наибольшее распространение в этой сфере производства, так как оно отличается единичностью и мелкосерийностью, а номенклатура отливок очень широка и имеет большой разброс массогабаритных характеристик. Точность изготовления заготовки определяется качеством применяемой модельной оснастки, используемой при изготовлении литейных форм. В настоящее время оборудование, используемое в модельном производстве российских предприятий, устарело. В связи с высокой стоимостью нового оборудования его доля не велика, а имеющиеся современные станки постоянно загружены. По этой причине существенно сужены возможности механизации чистовых операций формообразования деревянных крупногабаритных моделей, что обусловливает высокую долю ручного высококвалифицированного труда в процессе изготовления и высокую себестоимость изделий. При изготовлении деревянных крупногабаритных моделей обтекателей гребных винтов для решения этой проблемы можно использовать широко применяемые в промышленности токарно-карусельные станки, которые предварительно необходимо модернизировать. В этих станках используются жесткие механические копиры с электромеханическими системами слежения за профилем посредством электрощупа, движущегося синхронно с резцом по копиру. Кроме того, они имеют один главный электропривод и автоматическую коробку скоростей с электромагнитными муфтами, обеспечивающими как раздельную, так и одновременную управляющую подачу инструмента по двум координатам. Замена одного главного электропривода совместно с редуктором на современные следящие электроприводы по каждой оси с соответствующими типами устройств с числовым программным управлением требует значительных капиталовложений, весьма трудоемка и предполагает длительный вывод станка из технологического процесса. Поэтому задача по разработке методов и технических средств программного управления копировальными станками без замены используемого электропривода и основного оборудования станка является актуальной. В данной статье представлена цифровая система управления токарно-карусельными станками с одним главным электроприводом. Ее использование позволяет существенно расширить функциональные возможности станков и номенклатуру обрабатываемых деталей; снизить трудоемкость обработки за счет исключения операций изготовления жестких копиров (шаблонов профиля) и точной настройки копировальных устройств; повысить качество обработки; применять современные информационные технологии при подготовке производства в целом. Модернизированные токарно-карусельные станки существенно сократят долю ручного труда при проведении чистовых операций формообразования деревянных крупногабаритных моделей.

В учебном пособии изложена методика составления и расчета поставов при различных способах раскроя пиловочного сырья. Данная методика используется при изучении различных дисциплин: «Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств», «Научные исследования», для выполнения курсовых проектов, курсовых и расчетно-графических работ, дипломного проектирования, а также в целях углубления и закрепления теоретических знаний по раскрою круглых лесоматериалов. Приведены необходимые нормативы и справочные материалы по составлению, расчету поставов и планированию раскроя пиловочного сырья.

Прогнозирование физико-механических свойств древесины является важной и актуальной задачей в процессе изготовления конструкционных пиломатериалов. При несоответствии плотности и зависящей от нее прочности древесины конструкционных пиломатериалов расчетным характеристикам она не может быть использована в производстве несущих конструкций, что снижает коэффициент использования древесины и увеличивает стоимость готовых изделий. Разработан метод оценки плотности древесины эксплуатационной влажности на этапе лесозаготовки, основанный на оценке ее базисной плотности, что позволяет присваивать определенные качественные индексы лесным массивам до проведения лесозаготовительных работ. Исследования выполнены для групп модельных деревьев сосны и ели, заготовленных в разных частях Ленинградской области. За критерий оценки качества древостоев принята плотность древесины при влажности 12 %. Получены модели, описывающие связь между базисной плотностью древесины сосны и ели и плотностью древесины влажностью 12 % в деловой части хлыста. Внедрение разработанного метода в практику лесных хозяйств возможно путем введения индексов лесосек, указывающих на качественные характеристики растущих деревьев и их соответствие определенным видам продукции исходя из требуемой заказчиками плотности древесины. Дополнение существующих таксационных характеристик индексом соответствия лесных массивов позволит разделять круглые лесоматериалы по стоимости.

В связи с значительным повышением требований к экологической безопасности лесосплава, исключению потерь древесины при транспортировке ее по воде существенно возрастает важность правильной оценки прочностных характеристик лесотранспортных единиц, прежде всего их первичных элементов – пакетов круглых лесоматериалов, лесосплавных пучков. Актуальность темы также обусловлена появлением новых перспективных лесотранспортных единиц – пакетных пучков, прочностная оценка которых невозможна без основательного подхода к рассмотрению этого вопроса. Представленная в литературе информация по данной теме свидетельствует, что предлагаемые формулы имеют преимущественно эмпирический характер, неточно отражают физическую сущность явлений. Эмпирические формулы учитывают зависимость отдельных прочностных характеристик от тех или иных определяющих факторов, но не позволяют получить целостную картину. Результаты расчетов по различным формулам иногда существенно отличаются. Критерии прочностных характеристик пакета, по мнению автора, требуют пересмотра. При выполнении работы использован теоретический метод исследований с фрагментарной проверкой полученных аналитических зависимостей и положений на той части имеющегося материала экспериментального происхождения, которая наиболее достоверна. В результате проведенных исследований разработаны теоретические основы оценки прочностных характеристик плавающего пакета круглых лесоматериалов, получены аналитические зависимости для определения натяжений как в верхних, так и в нижних ветвях его обвязок. Взамен используемых прочностных характеристик плавающего пакета введены понятия его поперечной и продольной прочности, которые определяют прочность пакета в целом, предложен комплексный критерий для оценки продольной прочности плавающего пакета, получена аналитическая формула для его определения, даны рекомендации по его практическому применению. Результаты работы следует использовать при подборе обвязок пакетов круглых лесоматериалов, пучков и назначении геометрических параметров этих сплоточных единиц в целях обеспечения надлежащих прочностных характеристик. Кроме того, полученные материалы являются базой для разработки подхода к оценке прочностных характеристик новых сплоточных единиц – пакетных пучков.

Сушка профильных заготовок из массивной древесины имеет ряд особенностей. В первую очередь – это переменное сечение по длине заготовки, что ставит ряд сложных задач по формированию штабелей или пакетов, выбору режимов, технологий и сушильного оборудования. В качестве экспериментального материала выбрана древесина бука. Процесс сушки является сложным тепломассообменным процессом, включающим теплообмен между поверхностью древесины и средой, тепло- и влагопроводность внутри материала и испарение влаги на его поверхности. Для изучения тепломассообмена необходимо знать распределение влаги по сечению материала. В основном принимают для исследований или расчетов, что влага внутри материала распределяется по параболической или косинусоидальной зависимости. Косинусоидальная зависимость описывается уравнением скорости сушки в виде баланса влаги, которая перемешается внутри материала и испаряется с его поверхности. Полученная физико-математическая модель является исходным положением для составления методики экспериментальных исследований кинетики процесса сушки. Экспериментально необходимо определять влажность центральных и поверхностных слоев древесины, изменение средней влажности во время сушки, линейные размеры заготовок, режимные параметры процесса сушки (температура среды и равновесная влажность древесины). Представлены формулы, по которым определены коэффициенты сушки, влагопроводности, влагоотдачи, массообменные критерии Нуссельта и Фурье. По экспериментальным данным построены кривые сушки, отражающие изменение влажности древесины во время сушки, и кривые скорости сушки, на основании которых определяют кинетические характеристики процесса. Найдено, что скорость сушки в ходе эксперимента уменьшается более чем в шесть раз. Полученные значения коэффициентов сушки и влагопроводности можно использовать в теоретических уравнениях для определения продолжительности процесса сушки. Обобщающими характеристиками кинетики процесса сушки являются безразмерные критерии Нуссельта (характеризирует соотношение коэффициентов влагоотдачи материала с характерным размером и влагопроводности) и Фурье (характеризирует интенсивность перемещения влаги внутри древесных сортиментов).