3.3 Способы раскроя брёвен на пиломатериалы
Для получения пиломатериалов брёвна раскраиваются, то есть делятся вдоль оси на части пилами для продольного пиления (рамными, круглыми и ленточными). При этом распиловка ведётся либо одной пилой, либо группой пил.
Во втором случае в работе участвуют не менее двух пил, иногда их число доводится до 16…20. Этот способ называют групповой распиловкой. Групповая распиловка характерна для лесопильных рам, реже для круглопильных станков.
Если при распиловке делается только один рез и отделяется только одна часть бревна, такая распиловка называется индивидуальной. По этому способу используются ленточнопильные или круглопильные станки.
Индивидуальная распиловка позволяет лучше использовать древесину с учётом особенности различных частей бревна.
Групповая распиловка применяется для сырья малых и средних диаметров, однородного по строению и малоценного (хвойные и мягкие лиственные породы).
Пропилы в бревне могут быть расположены либо параллельно волокнам древесины, что соответствует направлению образующей бревна (по сбегу), либо, что чаще всего, под некоторым углом к направлению волокон и параллельно оси бревна (характерно для групповой распиловки).
По отношению к годичным слоям пропилы могут быть радиально направленными, по касательным к годичным слоям, либо занимать промежуточное положение.
Распиловку со строго определённым направлением пропилов называют ориентированной. Пиломатериалы ориентированной распиловки получают различные дополнительные свойства (радиальные пиломатериалы – повышенное качество). Направление пропилов может являться значительным дополнительным фактором, обеспечивающим повышение качества пиломатериалов. Наибольший выход пиломатериалов ориентированной распиловки можно получить при индивидуальном способе раскроя.
Выбор и обоснование того или иного способа распиловки круглых лесоматериалов определяется экономическими показателями. Главнейший из них – выход конечной продукции.
Под выходом пилёной продукции понимается отношение объёма полученной продукции к объёму затраченного на неё сырья:
, (10)
где — коэффициент выхода готовой продукции;
— процент выхода пиломатериалов;
— объём продукции, получаемой из сырья;
— объём сырья, затраченного на выработку данной продукции.
Раскрой бревна на пиломатериалы осуществляется совокупностью пропилов. Ее легко представить проекцией бревна на плоскость, перпендикулярную продольной оси бревна. Бревно принимаем за правильное геометрическое тело, вращающееся вокруг оси.
Основные способы раскроя лесоматериалов на пилопродукцию (рис.5):
Распиловка при развальном способе производится параллельными плоскостям пропилами, получаются необрезные доски, при этом средние — радиальной распиловки; крайние боковые – тангенциальной, остальные — смешанной, горбыли и технологическая щепа. Распиловка вразвал применяется для получения необрезных досок сравнительно коротких длин, заготовок для получения обрезных досок тонкомерных брёвен, так как другие способы дают сильное уменьшение ширины досок.
Характерно, что при обрезке необрезных досок, занимающих одно и то же место в схеме раскроя, практическая ширина доски будет различная (так называемое «рассеивание») из-за неправильности формы брёвен, неточности обрезки досок и подбора брёвен в поставе.
Рис. 5. Способы раскроя бревен: 1 — развальный; 2 — брусово-развальный; 3 — сегментный; 4 — секторный; 5 — круговой
По этой причине затруднительно выполнение заказов на пиломатериалы заданной ширины.
Распиловка брусовым способом производится следующим образом: вначале из бревна выкраивают двухкантный брус и боковые доски. В дальнейшем полученный брус раскраивается на доски, причём все средние доски получаются чистообрезными одной ширины, равной толщине бруса. Последующая переработка необрезных досок осуществляется по аналогии с досками развального способа.
Так как количество обрезных досок из одного бревна составляет 65…70 % от объёма всех досок, то легко выполняются заказы на пиломатериалы определённой ширины.
Брусово-развальный способ позволяет вырабатывать продукцию с высокой степенью завершенности (40 % пиломатериала – обрезные) и более высоким, по сравнению с развальным способом, качественным выходом пиломатериала.
Сегментный способ заключается в том, что из средней части бревна выпиливается брус или несколько досок, а с боковых сторон получаются две пластины, имеющие в поперечном сечении вид сегмента. В дальнейшем сегменты могут быть распилены различными способами для получения преимущественно радиальных или тангенциальных пиломатериалов.
Сегментный способ с получением радиальных пиломатериалов широко применяется для получения резонансных пиломатериалов при диаметре бревен 30 см.
Распиловка сегментным способом может производиться как групповым, так и индивидуальным методами. При распиловке каждого сегмента отдельно получается хорошее качество распиловки, так как имеется базовая поверхность в виде плоскости.
При секторном способе кряж раскраивается на четыре части или более, каждая из которых в поперечном сечении имеет вид сектора. При групповом методе выкраивается четыре сектора, при индивидуальном – более.
Секторный и сегментный способы очень трудоёмки, характеризуются большим количеством отходов древесины, поэтому применяются смешанные способы раскроя.
Круговой способ раскроя характеризуется поворотом бревна вокруг его продольной оси, который может осуществляться после каждого отреза очередной доски. Каждый последующий пропил может быть направлен либо параллельно, либо перпендикулярно, либо под углом, чаще всего перпендикулярно. Очевидно, что круговой способ возможен только при индивидуальном методе распиловки.
Все способы имеют принципиальные различия. Каждый способ определяет соответствующую технологию и оборудование и предназначается для получения пиломатериалов установленного вида, размеров, назначения.
Выбор правильного, наиболее целесообразного, технически и экономически обоснованного способа распиловки – важная задача технологии механической обработки древесины.
Критерием эффективности раскроя брёвен на пилопродукцию является объемный выход.
Объёмный выход (О, %) – степень использования древесины без учёта размеров и качества пилопродукции:
КРУГЛОПИЛЬНЫЕ СТАНКИ ДЛЯ РАСПИЛОВКИ БРЁВЕН, БРУСОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ
Но по разным причинам не каждый станет делиться своими методами работы, своими разработками.
Понятие раскрой леса может как бы быть двухзначным. С одной стороны его можно понимать как распиловка леса на станке и получение доски. С другой стороны можно сказать раскрой леса, это распиловка хлыста на сортименты и получение бревен. При этом оба этих значения правильны, просто необходимо указывать какой именно раскрой имеется ввиду. Специально для своих читателей блог Андрея Ноака сделал подборку мероприятий увеличивающих эффективность раскроя леса.
Распиловка на пилораме с вращением бревна на 90°
Для изготовления тангенциальных и радиальных досок рекомендуется применять другую методику. Она заключается в планомерной ленточной обработке бревна с одновременным анализом дефектов. Таким образом можно получить изделия требуемого качества.
После удаления сучьев заготовка помещается на подающую станину распиловочного станка. Затем необходимо выполнить следующие действия.
- Удаление первичного горбыля. Выполняется до тех пор, пока ширина основания не составит 110-115 мм.
- Съем необрезной доски толщиной около 28 мм.
- Если количество дефектов на поверхности превышает требуемый уровень — выполняется разворот материала на 90°. При достаточно высоком качестве доски выполняется отрезание следующей.
- Повторение операции.
Подобная методика применима для обрабатывающих установок, у которых одна режущая поверхность или есть функция временного демонтажа остальных.
При достаточно большом количестве дефектов можно не откладывать заготовку, а выполнить ее обработку методом разворота на 180°.
Вышеописанная методика ленточной обработки может быть применена для создания любых конфигураций деревянных изделий. Зачастую область сердцевины используют для формирования бруса, а остальные части — для изготовления досок. Но могут быть исключения — все зависит от требуемой формы заготовок.
На качество работы влияет текущее состояние пилорамы, уровень заточки пил и скорость обработки. Эти факторы обязательно необходимо учитывать перед началом производственного процесса. В случае необходимости выполняется профилактика или ремонт оборудования.
В видеоматериале показана методика распиловки бревен на самодельной ленточной пилораме:
Кряжи для пиления сначала раскраивают, делят на части вдоль. Раскрой бревна осуществляют продольными пилами (круглыми, рамными или ленточными) в количестве одной пилы или группы пил.
Как оптимизировать раскрой
Чтобы сделать выход пиломатериалов выше, процесс распила необходимо оптимизировать. Это касается в первую очередь тех заготовок, которые имеют значительную кривизну. Чтобы распилить кривой круглый лес, нужно выполнить ряд действий:
- Сначала для работы отбирается только подходящий лес. Если на оставшихся бревнах есть гниль, проростки, трещины на торцах, то необходимо провести отторцевание некоторых участков.
- Если во время работы обнаружена гнилая сердцевина, то можно ее аккуратно удалить, после чего распилить оставшуюся часть. Это позволит избежать больших потерь, получить доски с длиной от 1 м с необходимым качеством.
- Рекомендуется использовать бревна с большим диаметром, чтобы процент выхода был выше. Коэффициент может составлять 1,48-2,1, но все зависит от диаметра, качества кругляка, сортировки, оборудования. Для рамных цехов такой коэффициент составит 1,48-1,6, а для линий с фрезерным оборудованием — 1,6 для крупного леса. При диаметре кругляка от 12 см коэффициент может превысить отметку в 2,1.
Процент из кругляка
Точный подсчёт каждого кубометра древесины – дорогого натурального сырья, важен на каждом деревообрабатывающем предприятии. Кубометры круглого леса подсчитывают несколькими способами.
По объёму транспорта. На каждый вид транспорта подсчитывается и устанавливается своя кубатура леса. Например, в вагоне вмещается 70,5 кубов круглой древесины. Тогда в трёх вагонах её будет 22,5 кубов. Такой метод подсчёта ускоряет приёмку сырья, особенно это важно при большом количестве поступившего груза. Но при этом существует большая погрешность в результатах подсчётов таким способом.
Расчёт по объёму одного ствола. Если вся лесозаготовка состоит из одинаковых по размеру лесоматериалов, то подсчитав объём одного, можно сосчитать их все и умножить на кубатуру одного. Такой способ более точный, но требует много времени и привлечения большего количества работников для приёмки груза.
Автоматизированные системы с измерительными рамками. Эти измерения дают более высокие проценты точности, чем проводимые людьми. Когда брёвна проходят через измерительную рамку, то учитываются все утолщения и кривизна ствола и даже сучки. При этом можно сразу и сортировать стволы.
Способ подсчёта путём умножения объёма на коэффициент. Измеряется высота, ширина, длина штабеля и умножается на коэффициент. Такой подсчёт быстрый, но с низким процентом точности. Применяется когда надо срочно определить количество кубометров.
Способы распила
Для каждого конкретного случая выбирается способ распила.
Вразвал – самый экономичный, почти без отходов, высокий процент готового леса. На выходе получаются необрезные доски и два горбыля.
С брусовкой – вначале получают двухкантный брус, необрезные доски, два горбыля. Затем брус распиливается перпендикулярно спилу на обрезные доски, по краям получаются две необрезные доски и два горбыля.
Секторный – вначале бревно распиливается на 4–8 секторов, а затем каждый из них на радиальные или тангенциальные материалы. Иногда в центре выпиливаются несколько необрезных досок.
Развально-сегментный – при таком распиле в центре ствола выпиливают две или несколько необрезных досок, а по бокам – из сегментов распиливаются обрезные односторонние доски.
Брусово-сегментный – похож на развально-сегментный, только в середине бревна выпиливается двухкантный брус, который затем распиливается на обрезные доски. Процент выхода пиломатериалов большой.
Круговой – после отпила одной или нескольких необрезных досок бревно поворачивается на 90 0 и отпиливаются следующие доски. Такой метод применяется, когда крупное бревно поражено в центре ядровой гнилью. С его помощью отделяется здоровая от низкокачественной древесины.
Агрегатный – с применением фрезерных инструментов и круглых пил одновременно с качественными пиломатериалами получают на выходе технологичную щепу (вместо горбылей и реек). Такая комплексная обработка леса позволяет рационально использовать сырьё и трудовые затраты. Получается безотходное производство готового пиломатериала.
Распил: индивидуально или группой
Распиловка бревен одной пилой именуется индивидуальной, поскольку каждый раз производится один пропил в каком угодно направлении, отделяется лишь 1 часть от единицы сырья. Распиливание индивидуальным способом ведется на ленточном или круглопильном станках.
Групповой вариант предполагает задействование более двух пил, иногда распиловка бревна может насчитывать от шестнадцати до двадцати пил.
Всеми пилами выполняются резы параллельные. Без вскрытия качеств у древесины проводится групповой распил, его другое название — слепой способ.
Групповое распиливание свойственно больше рамам лесопиления, гораздо реже его осуществляют круглопильными станками.
Индивидуальный распил бревен предоставляет возможность эффективнее использовать качества различных частей древесины. Но его производительность недостаточна для кряжей с малым и средним диаметром (до 30 или 40 см). Групповую распиловку бревна не применяют для кряжей с диаметром выше среднего (свыше 80 или 90 см), поскольку работа большинства пил на значительной высоте пропилов и большой массе станков крайне затруднена.
Способы распиловки бревен: а — вразвал; б — с брусовкой на один брус; в — с брусовкой на два бруса; г — секторный; 1 — на пиломатериалы радиальной распиловки, 2 — на пиломатериалы тангентальной распиловки; д — развально-сегментный; е — брусово-сегментный; ж — круговой.
Распил бревен с большим диаметром выполняют только по индивидуальному варианту. Ему отдается предпочтение и для кряжей средних и больших размеров с присутствием в них не особо однородной по составу древесины, в число которой входит дерево перестойного леса и большинства твердолиственных пород (бука, дуба), чему и обязано широкое распространение этого способа в Азии и Америке.
Групповая распиловка бревна характерна для пиловочного материала малого и среднего диаметра со сравнительно однородной структурой или малоценного. Этот критерий применим к хвойным, некоторым мягколиственным породам. Этим и объяснимо широкое внедрение групповой распиловки бревна на рамах лесопиления в России и некоторых государствах Европы.
Пропилы в древесине выполняют, направив пилу по длине древесных волокон (сонаправленно образующей кряжей) или же перпендикулярно (с углом наклона) длине волокна. Для распиловки бревна группой характерно направление, которое выполняют параллельно оси бревен.
Пропилы направляют согласно радиусам сечения ствола поперек (либо близко к ним), по касательной к годичным кольцам (или близко к ним) либо таким образом, чтобы они принимали промежуточное расположение. При первом варианте получают пиломатериалы радиального распила, при втором — тангенциального, в последнем — смешанного (полутангенциального, полурадиального).
Распиливание с точно заданным направлением для пропилов (тангенциальным, радиальным или параллельно длине волокон) называется ориентированным.
Выполняемая подобным образом распиловка бревна наделяет продукты лесопиления дополнительными свойствами, отмеченными ранее. Подчеркнем, что направление пропила может стать отдельным критерием увеличения качества пиломатериалов, получаемых из древесины низких в сравнении сортов. Самый большой выход пиломатериалов в ориентированной распиловке получается путем индивидуального метода раскроя.
Схема распиловки бревна в зависимости от диаметра
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ СХЕМЫ И СПОСОБЫ РАСПИЛОВКИ БРЕВЕН НА ШПАЛЫ И ОБРЕЗНЫЕ ПИЛОМАТЕРИАЛЫ
RESOURCE-SAVING SCHEMES AND METODS SAWING LOGS ON THE SLEEPERS AND CUTOFF PLANKS
Янушкевич А . А ., Абрамович Л . А ., Котяк С . В . ( БГТУ , г . Минск , РБ )
Yanushkevich A.A., Abramovich L.A., Kotyak S.V. (Belarusian State Technological University)
Разработана методика составления и расчета поставов на распиловку бревен на шпалы и обрезные доски, установлен объемный выход пилопродукции и баланс древесины в зависимости от диаметра бревен, способов и схем раскроя и применяемого оборудования, разработаны ресурсосберегающие схемы раскроя, которые могут быть использованы в практике работы лесопильных цехов.
Developed methodology of design and calculation of pattern cutting of logs into sleeper and cutoff planks , installed surround output and balance of wood depending on the diameter of the logs, the way of sawing, and the equipment; developed resource-saving schemes of cutting can be used in the practice of the sawmills.
Ключевые слова : шпалы, бревна, распиловка, рациональная схема, оборудование
Keywords : sleepers, log sawing, rational schemes, equipment
Шпалы деревянные для железных дорог и для метрополитена изготавливаются в соответствии со стандартами ГОСТ 78-2004 и ГОСТ 22830-77. Для изготовления шпал используется значительный объем древесины, поэтому исследования, посвященные рациональному раскрою бревен в шпалопилении, являются актуальными.
Целью настоящей работы является разработка рациональных схем раскроя бревен в производстве шпал.
Основные задачи исследований:
1) разработать методику составления и расчета несимметричных поставов на выпиловку шпал и обрезных досок;
2) установить объемный выход пилопродукции и баланс древесины в зависимости от: размеров пиловочника; способов распиловки бревен; применяемого оборудования;
3) разработать ресурсосберегающие схемы распиловки бревен на шпалы для метро и железных дорог.
В результате теоретических исследований раскроя бревен указанные задачи были выполнены.
Исходные положения методики для составления и расчета несимметричных поставов были определены с учетом обозначений, принятых на рисунке 1.
Рисунок 1 – Схема выпиловки шпалы
На рисунке 1 Еп/2 и Ел /2– ширина полупоставов, полученных с правой и левой половин бревна, соответственно для определения ширины шпалы В и b.
Используя теорему Пифагора, из Δ А1В1С1 и Δ АВ C находим размеры ширины поставов и минимальный диаметр бревна для получения шпалы требуемых размеров сечения.
Ширина поставов составит: E п =( b 2 — B 2 +4 H 2 )/(4 H ) и E л =( B 2 — b 2 +4 H 2 )/(4 H )
Тогда минимальный диаметр бревна для выпиловки бруса толщиной Н с пластями В и b будет:
Таким образом, получены уравнения для расчета минимального диаметра бревна для выпиловки шпалы требуемых размеров сечения и определения ширины поставов, которые использованы при составлении и расчете схем раскроя бревен.
Для сравнительного анализа были составлены схемы распиловки бревен диаметрами 26-42 см на шпалы и обрезные доски тремя способами:
— распиловка бревна длиной 5,5 м с получением бруса (шпалы) и досок. При этом способе выпиливались брус, соответствующий длине бревна, и длинные обрезные доски. Затем брус распиливался на шпалы заданной длины.
— распиловка бревна длиной 5,5 м с получением двух брусьев (шпал) каждый длиной 2,75 м и обрезных досок. При этом способе бревно вначале расторцовано поперек на два отрезка длиной 2,75 м, и только после этого произведен раскрой на пиломатериалы.
— распиловка бревна длиной 5,5 м с выпиловкой двух брусьев (шпал) длиной 5,5 м и обрезных досок.
Для распиловки применялись станки: вертикальный ленточнопильный станок ЛЛК -2, круглопильный станок УСК 1-1.
Для указанных способов распиловки определен объемный выход пилопродукции и установлен баланс древесины. На графиках (рисунки 2, 3, 4) показаны объемный выход шпал, объемный выход досок и опилок в зависимости от диаметра распиливаемых бревен, способов раскроя и применяемого оборудования.
Рисунок 2 – Объемный выход шпал
Рисунок 3 — Объемный выход досок
Рисунок 4 – Объемный выход опилок
На основе указанной методики разработан альбом рациональных схем (поставов) раскроя бревен диаметром 26-42 см.
В качестве примера на рис. 6 приведены схемы раскроя бревна на одну и две шпалы, а в таблице 1 – баланс древесины при распиловке.
