Введение к работе
Актуальность темы. Актуальность темы.
В последнее время, в России и за рубежом, отмечается стабильный спрос на высококачественные пиломатериалы, особенно при изготовлении столярно-строительных изделий. Причем предпочтение отдается пиломатериалам радиальной распиловки (угол наклона годичных колец к пласти ) и клееным. Первые имеют меньшую склонность к растрескиванию и усушке, короблению, большую прочность на изгиб и истирание, по сравнению с тангенциальными. Такие пиломатериалы вырабатывают развально-секторным и брусово-секторным способами только из толстомерных бревен (диаметром 40 см и более). Причем их объемный выход составляет не более 40 % при общем расчетном выходе обрезных пиломатериалов 58-62 %. Из тонкомерного сырья (диаметром 14-24 см), распиливаемого, как правило вразвал, получают обрезные пиломатериалы смешанной распиловки (являющиеся менее качественными и ценными), с расчетным выходом не более 50-55 %. Вторые обладают высокой формоустойчивостью, что обусловлено отсутствием в них внутренних напряжений, имеют большую прочность по сравнению с массивной древесиной. Однако и в этом варианте объемный выход конечной продукции составляет не более 50 %.
Для повышения объемного (до 70 % и более) и качественного выхода пилопродукции предложен (в виде патентов) ряд способов, согласно которым бревна подлежат раскрою вдоль на фрагменты непрямоугольного сечения и склеиванию в блоки. В этом ряду наиболее рациональным является секторно-совмещенный способ, который предусматривает получение из бревна секторов (секторных пиломатериалов) и формирование из них двух-, трех- и многослойных клееных блоков. Последние могут служить самостоятельной продукцией или распилены на спецификационные заготовки. При этом вся продукция может быть радиальной. Однако для реализации в промышленности указанных способов необходима разработка методологии получения и склеивания фрагментов бревен в блоки.
В связи с реализацией стратегии сбережения лесных ресурсов в качестве ее научного сопровождения актуальной задачей является разработка способов позволяющих увеличить объемный выход (до 70 % и более) и повысить качество обрезных пиломатериалов, в том числе и радиальных за счет склеивания секторов.
Цель настоящей работы - увеличение объемного и качественного выхода радиальных пиломатериалов за счет разработки и оптимизации параметров технологических операций получения и склеивания секторов.
Для достижения поставленной цели, в работе предусматривается решение следующих задач:
1. Разработать аналитический аппарат, позволяющий планировать раскрой бревен на сектора и на всех стадиях технологического процесса изготовления клееных секторных блоков, а также в условиях переменной влажности, определять параметры их поперечных сечений.
2. На основе экспериментальных исследований обосновать параметры размерно-качественной характеристики секторов для последующего их склеивания в блоки.
3. Теоретически обосновать и экспериментально исследовать продолжительность сушки секторных пиломатериалов.
4. Разработать технологические структурные модели, участвующих в склеивании поверхностных слоев радиального среза древесины сосны и ели и выявить условия формирования прочности радиального клеевого соединения.
5. Обосновать технико-экономическую эффективность изготовления клееной секторной пилопродукции. Аппробировать и внедрить результаты исследований в промышленность.
Объектом исследования является секторно-совмещенный способ раскроя бревен.
Методы исследования. Поставленные задачи решались посредством теоретических и экспериментальных исследований. Методика исследований соответствовала общепринятым в деревообработке стандартам и нормативам. Полученные данные обрабатывались методами математической статистики.
Научная новизна работы:
1. Разработан аналитический аппарат для определения размерных параметров поперечного сечения секторов и радиальных клееных секторных пиломатериалов на всех стадиях технологического процесса изготовления продукции и в условиях переменной влажности, отличающийся тем, что учитывает механическую обработку древесины, её линейную радиальную и тангенциальную усушку и разбухание, а также радиальную направленность клеевых швов.
2. Разработана методика оптимального планирования раскроя пиловочных бревен на спецификационные радиальные секторные пиломатериалы, отличающаяся учетом формы поперечного сечения, величины центрального угла и окончательных размеров секторов после высушивания.
3. Разработаны технологические структурные модели, участвующих в склеивании поверхностных слоев радиального среза древесины хвойных пород – сосны и ели, отличающиеся учетом размеров и количеством трахеид ранней и поздней зоны древесины и позволяющие определять емкость и контактную поверхность заполненного клеем слоя, а также условия формирования клеевого соединения.
4. Предложена методика определения продолжительности сушки секторов, отличающаяся учетом формы поперечного сечения пиломатериалов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Аналитический аппарат для определения размерных параметров секторных клееных пиломатериалов на всех технологических стадиях их изготовления и в условиях переменной влажности.
2. Методика оптимального планирования раскроя пиловочных бревен на спецификационные секторные пиломатериалы.
3. Методика определения продолжительности и кинетики сушки секторных пиломатериалов.
4. Структурная технологическая модель, участвующего в склеивании поверхностного слоя радиального среза древесины сосны и ели.
Значимость для теории и практики:
Расширены и дополнены теоретические основы получения секторных клееных пиломатериалов, учитывающие:
- изменение поперечного сечения секторов на различных технологических стадиях;
- размерно-качественную характеристику секторов и продолжительность их сушки;
- структуру, участвующего в склеивании поверхностного слоя радиального среза древесины сосны и ели;
- напряженное состояние радиальных клееных соединений;
- физико-механические свойства древесины сосны и ели в радиальном направлении бревна.
Деревообрабатывающая отрасль России получает основы технологического процесса изготовления формоустойчивых клееных секторных пиломатериалов:
- методику планирования оптимального раскроя бревен на сектора;
- рациональные параметры размерно-качественной характеристики секторов для последующего их склеивания;
- технологию формирования клееных радиальных секторных пиломатериалов;
- конструктивные решения по модернизации горизонтального ленточнопильного станка для производства секторов;
- модель поточной линии для производства секторных клееных блоков, включающую участки оцилиндровки и раскроя бревен на сектора, их сушку и склеивание в блоки.
Полученные результаты внедрены в производство на ООО «Ниса» и ООО ТД «Воронежсрубдизайн» (г. Воронеж), включены в два учебных пособия с грифом УМО по дисциплине «Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы отмечены золотой медалью на Всероссийском студенческом конкурсе на лучшую научную работу за 2008 г, докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО “ВГЛТА” (2009 – 2011 г.г.), международной научно-практической конференции, посвященной 55-летию лесоинженерного факультета ВГЛТА “Ресурсосберегающие и экологически перспективные технологии и машины лесного комплекса будущего” (г. Воронеж 2009 г.), международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию факультета “Технология деревообработки” ВГЛТА (г. Воронеж 2010 г.), международной научно-технической конференции стран, участниц ЕврАзеС (г. Екатеринбург, 2010 г.), 11-ой международной научно-технической интернет-конференции “Лесной комплекс: состояние и перспективы развития” (г. Брянск, 2010 г.).
Публикации результатов исследований.
По материалам диссертационной работы опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, получено четыре патента РФ.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 169 страницах печатного текста и включает 90 рисунков, 35 таблиц. Список использованных источников имеет 67 наименований, в том числе 3 на иностранном языке. Приложение содержит акты внедрения и другие материалы по теме диссертации.
