CC BY
0Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 630*847.5 Код ВАК 4.3.1
К ВОПРОСУ ОБ ИК-СУШКЕ МАССИВНЫХ СПИЛОВ ИЗ ЦЕННЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ
В.Н. Левинский1*, М.В. Филатов1 1 ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, Россия, Троицк *E-mail: lv_74rus@mail.ru
Аннотация: В статье рассматривается технологический процесс производства заготовок из массивных спилов ценных пород древесины (слэб), в котором обособленно выделен процесс сушки, влияющий на качественные показатели конечного изделия. Потребности в сушке слэб-заготовок у мастеров обработки в среднем составляет от 0,1 до 3 м3. Применение естественной сушки нецелесообразно, так как этот процесс долговременный и приводит к снижению качества заготовки и потери некоторой его части. Применить искусственную сушку возможно двумя способами: заказать услуги сушки, либо приобрести сушильную установку для своих нужд. Предприятия, оказывающие услуги, как правило направлены на переработку больших объемов пиломатериала, поэтому договориться
0 сушке небольшой партии древесины нестандартного размера и объема - это заведомо увеличение сроков изготовления изделия и надбавленние его стоимости. Анализ рынка сушилок для пиломатериалов показывает, что готового решения для слэб-заготовок нет, поэтому при её выборе следует опираться на такие показатели как: стоимость, эксплуатационные расходы, разовый объем загрузки, параметры питающей сети, сложность установки и обслуживания и др. В статье приводится технико-экономический анализ установок наиболее распространённых способов сушки пиломатериалов, из которых наиболее перспективной следует считать инфракрасную на основе низкотемпературного пленочного электронагревателя. Данные установки привлекают своей мобильностью транспортировки, отсутствием определенных требований к персоналу обслуживания, возможностью подключения к бытовому уровню питания сети, невысоким электропотреблением и стоимостью непосредственно самой установки. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-76-01090, https://rscf.ru/proiect/23 -76-01090/.
Ключевые слова: древесина, слэб, сушка, установка, инфракрасный
ON THE ISSUE OF IR-DRYING OF MASSIVE CUTS FROM VALUABLE WOOD SPECIES
V.N. Levinsky 14, M.V. Filatov 1
1 South Ural State University, Troitsk, Russia *E-mail: lv_74rus@mail.ru
Abstract. The article discusses the technological process of production of blanks from massive cuts of valuable wood species, in which the drying process is singled out separately, affecting the quality indicators of
the final product. The average demand for drying workpieces from the processing masters is from 0.1 to 3 m3. The use of natural drying is impractical, since this process is long-term and leads to a decrease in the quality of the workpiece and the loss of some part of it. It is possible to apply artificial drying in two ways: to order drying services, or to purchase a drying unit for your needs. Enterprises providing services, as a rule, are aimed at processing large volumes of lumber, therefore, to agree on drying a small batch of wood of non-standard size and volume is obviously an increase in the production time of the product and an increase in its cost. The analysis of the market of dryers for lumber shows that there is no ready-made solution for blanks, therefore, when choosing it, one should rely on such indicators as: cost, operating costs, one-time loading volume, parameters of the supply network, complexity of installation and maintenance, etc. The article provides a technical and economic analysis of the installations of the most common methods of drying lumber, of which the most promising should be considered infrared based on a low-temperature film electric heater. These installations attract with their mobility of transportation, the absence of certain requirements for maintenance personnel, the ability to connect to the household power supply level of the network, low power consumption and the cost of the installation itself. The research was carried out at the expense of the grant of the Russian Science Foundation No. 23-76-01090, https://rscf.ru/project/23 -76-01090/.
Keywords: wood, slab, drying, installation, infrared
Постановка проблемы (Introduction)
В настоящее время для обеспечения производственного процесса в сельскохозяйственном производстве существует необходимость в максимальной прибыльности и отдачи при возделывании сельскохозяйственных культур, как в растениеводстве, так и в животноводстве (при возделывании
На сегодняшний день, несмотря на огромное разнообразие искусственных строительно-отделочных материалов наибольшую ценность представляют изделия из массива дерева. Непохожие друг на друга столешницы, лавочки и другие предметы интерьеры и мебели остаются популярными в первую очередь по причине внешнего вида, экологичности и долговечности. Изготовление изделий из массива дерева долговременный и технологически сложный процесс. Самый первый этап - это поиск и заготовка уникального спила дерева, или на профессиональном языке его называют «слэб». Слэб (от англ. slab — плита) — изначально, это профессиональный термин камнеобрабатывающих предприятий, означающий плита камня, который используют при изготовлении кухонных столешниц, столешниц в ванную, подоконников, ступеней, столов и т.д. Слэб дерева представляет собой аналогичный цельный спил дерева, который может быть продольный или поперечный (рис. 1, табл. 1) с природным очертанием рисунка [1].
Рисунок 1 - Продольный и поперечный спил слэба
Таблица 1 - Характеристики слэб
№ п/п Наименование параметра Значение Примечания
1 Толщина заготовки 30-200 мм Особо ценятся слэбы от 60 мм и толще - в них полноценно раскрывается вся природная красота древесины
2 Ширина слэба (продольный) 300-2000 мм Наибольшей популярностью пользуются слэбы шириной 500-900 мм
Следует отметить параметры, определяющие качественные показатели: 1. Цельная структура (недопустимость швов, стыков, соединений, склеек, даже если все эти дефекты тщательно зашлифованные); 2. Оригинальность рельефа и природного рисунка (небольшие трещины, расколы, сучки, наросты и прочие неровности, добавляющие фактуре художественную ценность).
Не все породы деревьев могут подходить под слэб-обработку, наиболее подходящие: дуб, клен, тополь, орех, вяз, лиственница, карагач, бук, тик, самшит и другие породы деревьев по своему строению имеющих множество коротких переплетённых волокон [1-3].
Методология и методы исследования (Methods) Технология производства слэб-заготовки делится на несколько этапов, основные из которых приведены на рисунке 2.
| Распилка бревна j J Процесс сушки
(роспуск)
I заготовки
I__________I
I I
Обработка фрезером
I__________I
Обработка | шлифовальной i
машинкои
Заливка эпоксидной I смолы, |-
I необходимого цвета)
I I
Покрытие слоем смолы ' или лаком
Обработка шлифовальной машинкой
Рисунок 2 - Технология производства слэб-заготовки
Все этапы технологии достаточно трудоемки и энергозатратны. Наибольший интерес представляет процесс сушки заготовки. Можно прибегнуть к естественной сушке, для этого необходимо подготовить место в помещении или под навесом, в котором отсутствует попадание прямых солнечных лучей. При таких условиях глубина просыхания заготовки считается из соотношения 2-2.5 см в год. СЛЭБ-заготовка толщиной 5 см сохнет 2 года, а заготовка 10 см будет сохнуть 4-5 лет [1-3].
Для обработчиков слэб-заготовок естественный способ сушки приемлем при наличии свободные площадей, в которых можно обеспечить условия сухого воздуха. Однако следует отметить, что такой процесс сушки подразумевает временные издержки, потерю части заготовки и снижению их качества. Производители все чаще применяют искусственные способы сушки. Для обработчиков слэб-заготовок есть два варианта пути реализации процесса искусственной сушки: 1. заказать услуги сушки; 2. приобрести сушильную установку для своих нужд.
Первый вариант. На рынке существуют множество предприятий, оказывающих услуги сушки. Как правило, данные предприятия используют сушильные установки конвективного типа (разовая загрузка варьируется в пределах 30-300 м3 пиломатериала) и вакуумного типа (разовая загрузка находится в пределах 10-20 м3 пиломатериала). Существенным недостатком для обработчиков слэб-заготовок является то, что в случаях заказа услуги сушки, они не смогут обеспечить полной загрузки сушильной установки. В этом случае сушильную установку догружают пиломатериалом других заказчиков, что с большей вероятностью скажется на качестве слэб-заготовки, или запускают сушильную установку с неполной загрузкой, в этом случае поставщик услуг по сушке включит в стоимость все издержки, в первую очередь перерасход энергоносителя на единицу высушиваемого пиломатериала.
Второй вариант. В этом случае важно учитывать объем разовой загрузки, он не должен быть большим, так как большинство предприятий по изготовлению продукции из слэб-заготовок работают на «качество», а не на «объем». Откуда следует, что разовый объем загрузки пиломатериала чаще всего варьируется в пределах от 0,1 до 3 м3. В таблице 2 приводится сравнение технико-экономических характеристик электрических сушильных установок наиболее распространённых способов сушки пиломатериалов [4-8].
Таблица 2 - Технико-экономические характеристики сушильных установок пиломатериалов
№ п/п Наименование параметра Сушильная установка
Конвективная Пресс-вакуумная Холод-Тепло 4ВТ ФлексиХИТ УКЛС
EcoWood (г. Ступино, Московская обл) Terawood 1 м3 (г. Иркутск) (г. Санкт -Петербург) (г. Яровое, Алтайский край) (г. Екатеринбург)
1 Способ сушки Конвективный Вакуумный Конденсационный Инфракрасный Инфракрасный
2 Объем загрузки, От 30 м3 От 1 м3 От 4 м3 От 1 м3 От 2,5 м3
3 Напряжение питания 380В 380В 380В 220В/380В 220В/380В
4 Установленная мощность 280 кВт 10 кВт 2,8 кВт 1,5-2,5 кВт 6,5 кВт
5 Цена установки от 3200 тыс. руб от 1000 тыс. руб от 250 тыс. руб от 65 тыс. руб От 130 тыс. руб
6 Транспортировк а Специальная техника Железнодорожный или автомобильный контейнер Специальная техника Специальная техника Легковой автомобиль
7 Сложность обслуживания Не требует специалистов Требуется специалист по вакуумной технике Требуется специалист по холодильной технике Не требует специалистов Не требует специалистов
Результаты исследований (Research results)
Анализ табличных данных показывает, что покупка конвективной сушильной установки для своих нужд нецелесообразна, так как: 1. слишком большой объем разовой загрузки, внушительная площадь для размещения; 2. промышленный уровень питания сети и высокая установленная мощность; 3. цена установки для многих предприятий экономически неоправданная.
Для конденсатной сушильной установки цена больше чем в 10 раз ниже по сравнению с конвективным вариантом сушилки, как и показатель установленной мощности, он тоже в 10 раз ниже. Объем загрузки почти соответствует заданным выше требованиям (1-3 м3) Однако требование специалиста определенной квалификации значительно увеличит затраты, связанные с оплатой труда. Этот недостаток присущ и для вакуумных сушилок, но помимо специалистов определенной квалификации, для данной установки параметр «цена установки» достаточно большой (при разовой загрузки в 1 м3). Как итог, и конденсатная и вакуумная сушильная малодоступны для обработчиков слэб-заготовок, за исключением случаев предприятий с большим объемом выпуска продукции и высокой рентабельностью.
Инфракрасные сушильные установки ФлексиХИТ (г. Яровое, Алтайский край) и УКЛС (г. Екатеринбург) на основе низкотемпературных электронагревателей подробнейшим образом описаны в [9], в том числе их основные компоненты, принцип работы, их технология. Из таблицы 2 при выборе
сушильной установки для слэб-заготовок особо привлекает их мобильность транспортировки, отсутствие определенных требований к персоналу обслуживания, возможность подключения к бытовому уровню питания сети, невысокое электропотребление и цена непосредственно самой установки.
Выводы и рекомендации (Conclusions and recommendations) Таким образом, проведенный обзорный анализ сушильных установок, с точки зрения их применимости для сушки слэб-заготовок при разовом объеме загрузки от 0,1 до 3 м3, показывает, что наиболее доступным являются инфракрасные установки на основе низкотемпературных электронагревателей [9-11].
Библиографический список:
1. Изделия из СЛЭБОВ: примеры, как изготовить, инструменты и оснащение [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://arsenalmastera.ru/goods/Izdeliya-iz-slebov-primery-instrumenty
2. Болдырев, П. В. Сушка древесины. Практическое руководство. - Изд. 4-е. - Санкт-Петербург : Профи, 2010. - 165
3. Слэбы из дерева [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://lesorubexpert.ru/
4. Конвективные сушильные камеры EcoWood [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://ecowood.com.ru
5. Вакуумные камеры Terawood [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://lpk-sibiri.ru
6. Сушка древесины - Холод-тепло [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://xolod-teplo.ru
7. Инфракрасная сушилка для древесины ФлексиХИТ [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.flexyheat.ru
8. Инфракрасная сушка древесины УКЛС [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.tmelekt.ru
9. Попов В.М., Левинский В.Н., Афонькина В.А. К вопросу об инфракрасной сушке древесины // Материалы Международной научно-практической конференции Института агроинженерии «Современные тенденции агроинженерных наук и инновационные технологии в сельском хозяйстве». Челябинск, 2021. С. 242-251.
10. Левинский В.Н. К вопросу выбора пленочных электронагревателей как элемента конструкции сушильных установок // Материалы национальной научной конференции Института агроинженерии «Актуальные вопросы агроинженерных наук в сфере энергетики агропромышленного комплекса: теория и практика». Челябинск. 2020. С. 93-99.
11. Popov V., Afonkina V., Levinskii V., Zudin E., Krivosheeva E. Designing the infrared drying machines of cylindrical type with an active reflector // В сборнике: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, INTERAGROMASH 2019. 2019. С. 012008.
Refere^es:
1. Publishing house from the SUBURBS: examples of how to make, tools and awareness [Electronic resource] -Access mode: https://arsenalmastera.ru/goods/Izdeliya-iz-slebov-primery-instrumenty
2. Boldyrev, P. V. Drying of wood. Practical guide. - Ed. 4th - St. Petersburg: Profi, 2010. - 165
3. Words from a tree [Electronic resource] - Access mode: https://lesorubexpert.ru/
4. Conversion drying chambers of Eco-wood [Electronic resource] - Access mode: https://ecowood.com.ru
5. Vacuum chambers Teravud [Electronic resource] - Access mode: https://lpk-sibiri.ru
6. Suuka dravesiny - Olod-teplo [Electronic resource] - Access mode: https://xolod-teplo.ru
7. Infrared lamp for dravesinylexit [Electronic resource] - Access mode: https://www.flexyheat.ru
8. Inlaid meerkat dravesin UKLS [Electronic resource] - Access mode: https://www.tmelekt.ru
9. Popov V.M., Levinsky V.N., Afonkina V.A. On the issue of infrared drying of wood // Materials of the International scientific and practical conference of the Institute of Agroengineering "Modern trends of agroengineering sciences and innovative technologies in agriculture". Chelyabinsk, 2021. pp. 242-251.
10. Levinsky V.N. On the issue of choosing film electric heaters as a design element of drying plants // Materials of the national scientific conference of the Institute of Agroengineering "Topical issues of agroengineering sciences in the field of energy of the agro-industrial complex: theory and practice". Chelyabinsk. 2020. pp. 9399.
11. Popov V., Afonkina V., Levinsky V., Zudin E., Krivosheeva E. Design of cylindrical infrared drying machines with an active reflector // In the collection: IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 12th International Scientific Conference on Agricultural Engineering, INTERAGROMASH 2019. 2019. p. 012008.
