CC BY
44
УДК 674.047
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ВИШНИ И ЧЕРЕШНИ БЕЗ ИСКУССТВЕННОГО УВЛАЖНЕНИЯ В КОНВЕКТИВНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ А. Н. Чернышев, Т. В. Ефимова
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» а!тИ9@уа^ех.щ, [email protected]
Вишня (ботаническое название -Prunus avium, семейство розоцветных) выращивают практически во всех странах умеренного пояса Северного полушария. В России вишню можно встретить на всей европейской части (на севере - до Вологды и Кирова), а также на юге Западной Сибири, особенно распространена в южных регионах, на Кавказе, в Ставропольском крае. В нашей стране это вторая по распространенности плодовая культура после яблони. Культивируют вишню очень давно - есть сведения о выращивании ее еще в IV веке до н.э. Научное имя растений этого рода - Cerasus - происходит от названия города Керазунд - одного из портов Малой Азии, откуда, как писал Плиний, консул Лукулл в I веке до н.э. привез вишню в Рим. А через 200 лет вишню уже разводили по всей Европе. В России к XV веку вишня была уже достаточно широко распространенной культурой. Существует один вид, о котором стоит упомянуть отдельно. Это вишня птичья, или черешня (Cerasus avium). Она не только является предком практически всех культурных плодовых сортов вишни, но и сама широко используется в культуре как плодовое дерево. Черешня крупнее всех остальных видов рода Cerasus - высота ее достигает 35 м при диаметре ствола 50-60 см, поэто-
му именно она имеет коммерческое значение в технологии переработки древесины -длинные и ровные стволы здорового дерева с немногочисленными сучьями представляют собой хороший материал для распиловки. Растет быстро, долговечна: продолжительность жизни - более 100 лет. В России распространена на Северном Кавказе, в южных областях Центральной России - Белгородская, Орловская, Воронежская.
Вишня - ядровая порода. Цвет ядра -от красновато-коричневого до интенсивного красного. Заболонь древесины вишни узкая, розоватая или желтоватая. Зрелая древесина вишни розово-коричневатая, иногда розово-сероватая. Структура древесины вишни однородная ровноволокнистая с хорошо заметными на всех разрезах годичными слоями. При радиальном разрезе выявляется полосатость. Расположение волокон в основном прямое. Как и другие плодовые породы, вишня отличается высокой равноплотностью, т. е. небольшой разницей в строении ранней и поздней древесины годичных слоев. Число годичных слоев на 1 см поперечного разреза для черешни, произрастающей на Кавказе, в среднем равно 2,8. Микронеровности, остающиеся после обработки поверхности древесины вишни, составляют Rm 32-40,
поэтому окончательная отделка изделий из нее способна дать глянцевый блеск поверхности. По стойкости к гниению и другим биологическим поражениям среди отечественных пород черешню относят к средне-стойким породам. Древесина черешни (вишни) - вязкая, по механическим свойствам, в частности, твердость (по Бри-неллю 3.0-3.3 [1]) существенно мягче древесины дуба и бука, хорошо поддается всем видам обработки, легко обрабатывается режущим инструментом, шлифуется, полируется, тонируется и отделывается. Но качество поверхности зависит от строения древесины: при неправильном расположении направления резания относительно волокон возможны задиры и сколы. Оптимальный угол резания - 20°.
Свежесрубленная древесина вишни (черешни) имеет влажность около 65 %. Вишня относится к малоусыхающим породам. Усредненные значения коэффициента разбухания /усушки: радиальный К=0,14; тангенциальный К=0,27; объемный К=0,43; значение плотности древесины при нормализованной влажности Ж=12 % - р12=570-630 кг/м3 [1].
Древесина вишни очень декоративна. Под действием солнечного света и в результате отделки древесина вишни и черешни приобретает красивый теплый золотистый красновато-коричневый цвет, напоминающий цвет красного дерева (ма-хагони). Иногда древесина вишни имеет зеленоватый оттенок, что считается пороком и снижает её цену, т.к. требует дополнительных работ по подбору тонировки. У более старых деревьев красный цвет ста-
новится преобладающим в окраске текстуры.
Благодаря красивому строению и цвету древесины, а также высоким механическим и технологическим свойствам, вишня всегда пользовалась спросом и относилась к ценным породам. Эта порода ввиду ее невысокой стойкости к биологическим и климатическим воздействиям применяется только для внутренней отделки помещений и изготовления мебели. Мода на использование вишни в интерьерах жилых помещений постепенно возвращается. Традиции ее использования имеют глубокие корни. Древесина вишни в настоящее время чаще идет на изготовление строганого шпона. Массив применяется в краснодеревном производстве и используется для производства эксклюзивной мебели, музыкальных инструментов и столярных изделий высшего класса потребительских свойств. Употребление вишни в мебельном производстве наиболее характерно для периода с начала до середины XIX века, когда господствовали стили «ампир» и «бидермейер». Вишня использовалась и используется сейчас для инкрустаций, для токарных и резных изделий. Стеновые и потолочные панели из вишни в сочетании с другими породами древесины придают помещению особый уют. Вишнёвые изделия хорошо подходят для комнаты с северным расположением и освещением. Ее разнообразные оттенки очень нежные и теплые, что позволяет в полную силу развернуться фантазии дизайнера, творчеству конструктора и умению технолога. С течением времени вишня темнеет и приобретает более насыщенный, глубокий
цвет. Из-за невысокой твёрдости и износостойкости (истираемости) - тангенциальная 0,24 мм [1] - ее все-таки нежелательно применять для производства паркета и лестниц.
Применяется натуральный материал с такими замечательными потребительскими свойствами и в ЦЧР, где пользуются спросом высококачественные изделия из древесины премиум-класса. Однако переработка древесины вишни из-за её технологических и ценовых показателей требует крайне взвешенного подхода и специальных навыков.
В связи с вышеотмеченным обстоятельством кафедра МТД ВГЛТА в течение нескольких лет сотрудничает с одной из строительных компаний г. Воронежа в рамках взаимовыгодного договора о творческом содружестве с целью предоставления научно-технической, дизайнерско-конструкторской и технологической информации по проблеме механической переработки древесины мягких лиственных пород. Компания владеет собственной промплощадкой на западной окраине г. Воронежа с размещёнными на ней сто-лярно-мебельными мастерскими «Соло+» в составе деревоперерабатывающего цеха, сушильного участка, трансформаторной подстанции и стационарной котельной на твёрдом топливе. Цех выпускает корпусную и решётчатую мебель от эконом- до премиум-класса, лестницы, панели, дверные и оконные блоки, перерабатывая до 300 м3/год. Взамен кафедра имеет возможность проводить научные исследования, заготавливать учебные образцы, оформлять дипломные проекты по реально суще-
ствующим объектам и рекомендовать лучших студентов на работу по инженерным должностям. Так, штат ИТР предприятия - конструкторы, технологи и операторы обрабатывающих центров - полностью укомплектован молодыми специалистами - выпускниками факультета ТДО ВГЛТА 2007-2009 гг. Такое сотрудничество позволило предприятию оптимизировать технологии, кардинально повысить качество изделий, расширить ассортимент и номенклатуру выпускаемой продукции, что предопределило накопление значительных оборотных средств (и это во время мирового финансового кризиса (!)), использованных для приобретения новейшего высокоточного технологического оборудования и оснастки и, в конечном итоге, освоить рынок изделий экстра-класса. В частности, предприятие выиграло летом 2011 г. тендер на поставки столярно-строительных изделий для реконструируемого здания областной администрации в рамках празднования 425-летия г. Воронежа.
Тем не менее, в качестве сушилок до сих пор используются приспособленные (!) для одно- и двухштабельной загрузки помещения проходного типа с самостоятельно смонтированными вентиляторами и калориферами с ручным управлением без увлажнительных устройств и коридора управления. Это связано с тем, что имеющаяся возможность по приобретению стационарных сушильных камер не решит проблему, т.к. на предприятии установлена котельная на твёрдом топливе с ручной загрузкой. Обустройство автоматизированной котельной, не говоря уже о газо-
вой, требует очень больших вложений и времени. Поэтому руководство предпочитает иметь дело со специалистами ВГЛТА и, когда предприятие столкнулось с необходимостью в переработке такой достаточно редкой для нашего региона породой как вишня (черешня), поставляемой из Северного Кавказа в виде необрезных пиломатериалов толщиной 50 мм (70 %) и 32 мм (30 %), длиной 3 м и шириной от 200 до 600 мм, то возник повод для сотрудничества с академией.
Для оценки и технико-экономического анализа ситуации в сушильном хозяйстве были привлечены сотрудники кафедры древесиноведения и студенты ВГЛТА под руководством доц. Курьяновой Т.К., проф. Платонова А.Д. и проф. Сафонова А.О. На кафедре МТД был защищён ряд дипломов, технологические и дизайнерские положения которых стали основой для внедрения в производство и реализации проектов по индивидуальным заказам. Таким образом, руководство предприятия остановилось пока на существующем варианте технологий сушки, несмотря на понимание, что в обозримом будущем кардинальных изменений не
избежать: ручное управление и отсутствие искусственного увлажнения остались.
В связи с вышеобозначенными организационными обстоятельствами было решено не придерживаться традиционной технологии сушки, приведённой в РТМ [2], т.к. применение данной методики в полном объёме к сушке без пара не представляется возможным из-за отсутствия такового, что значительно удлиняет процесс. Не представляется возможным в данных условиях использовать и «осциллирующие режимы» [3] из-за значительной инерционности камер. Поэтому, в связи с тем, что интенсивность и особенности развития внутренних напряжений при конвективной сушке без искусственного увлажнения несколько другие [4], то необходимо использовать так называемые параболические режимы [5], адаптированные для конвективной сушки (табл. 1). Эти режимы предусматривают 4 ступени с начальным прогревом и конечной ВТО. Искусство обезвоживания такими режимами на практике означает умение рационально использовать влагу, содержащуюся в самой древесине, для поддержания необходимой для качественной и интенсивной сушки степени насыщенности сушильного агента.
Рис. 1. Примеры изделий из древесины вишни (дизайнер - Фёдоров А.Г., конструктор - Чернышев А.Н., программист - Рахманин А.Ю.)
Таблица 1
Режимы низкотемпературной сушки вишнёвых пиломатериалов в конвективных камерах без
искусственного увлажнения
Средняя влажность, % Параметры режима Толщина, мм
Мягкие режимы (М) Нормальные режимы (Н)
32 50 32 50
СС 70 56 74 62
>50 Д^ °С 5 3 6 4
Ф 0,79 0,82 0,76 0,82
^ °С 56 42 62 55
50-35 Дt, °С 3 2 4 5
Ф 0,84 0,89 0,82 0,76
^ °С 68 66 75 72
35-25 Дt, °С 8 7 10 10
Ф 0,68 0,71 0,64 0,62
t, °С 77 70 88 77
<25 Дt, °С 22 19 26 22
Ф 0,34 0,37 0,31 0,34
Предварительно процесс сушки был математически смоделирован, получены значения переходных влажностей и другие основные режимные параметры, после чего осуществлены практические производственные сушки вишни (черешни). По своим физико-механическим показателям древесина вишни сохнет хорошо, быстро, ровно, мало растрескивается, однако склонна к заметному короблению в поперечной плоскости.
Всего с июля 2008 г. по настоящее время было осуществлено 25 сушек вишнёвых необрезных пиломатериалов в 2-штабельной сушилке мягкими режимами для изготовления мебели и полотен дверей и 12 сушек нормальными режимами в 1-штабельной камере для изготовления коробок дверей, наличников, плинтусов, карнизов, картушей, балясин, сандриков, перил, панелей и т.п.
В результате проведённых мероприятий удалось снизить среднюю продолжительность процесса на 30 % - с 15 до 10 суток; получить для пиломатериалов, высушенных мягкими режимами, I категорию качества, нормальными - II категорию качества.
Выводы:
- процессы сушки, проходящие в специальных устройствах без искусственного увлажнения, нуждаются в дополнительных исследованиях для оптимизации режимов, способных адекватно реагировать на напряжённо-деформированное состояние сортимента посредством подбора режимных параметров и удлинения или сокращения длительности ступеней;
- предлагаемые параболические режимы сушки без искусственного увлажнения могут стать альтернативой режимам
РТМ, предназначенным для сушки в паровоздушной среде.
Библиографический список
1. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М.: МГУЛ, 2001. 336 с.
2. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. - М.: ЦНИИМОД, 2000. 143 с.
3. Патент РФ №2027127, МПК F26B3/04. Способ сушки пиломатериалов/ А.И. Расев, Г.Н. Курышов, С.А. Чучков, С.В. Ляшенко; заявитель и патентооблада-
тель МЛИ. - №5042030/06; за-явл.14.05.1992; опубл.20.01.1995, Бюл. № 35.
4. Чернышев А.Н. Напряжённо-деформированное состояние обрезного сортимента при непаровой сушке: монография. - Воронеж, ВГЛТА, 2005. 80 с.
5. Патент РФ №2319915 С1, МПК F28 В1/00, 3/04. Способ сушки пиломатериалов / А.Н. Чернышев, А.А. Филонов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВГЛТА. - №20061116335/06; за-явл.12.05.2006; опубл. 20.03.2008, Бюл.№ 30.
