CC BY
51
Выбор мест и способов оцилиндровки бревен в рамках сквозных технологий лесопромышленных производств А. В. Демчук
В Петрозаводском государственном университете активизированы работы в области поиска новых технологических и технических решений лесопромышленных производств [1], [2], [3] и др. проводимые с учетом зарубежного опыта [4], [5] и др.
В последние годы в рамках обоснования сквозных технологий лесопромышленных производств особое внимание уделено вопросам исследований с целью выбора рациональных мест и способов оцилиндровки бревен.
При решении этой задачи учитывается, что в последнее десятилетие отечественное лесное машиностроение по целому ряду позиций проиграло рынки сбыта зарубежным фирмам, которые ведут патентование лесной техники не только в своих странах, но и России, и что что без развития лесного машиностроения России, обладающей колоссальными лесными ресурсами, будет сложно стать мировой лесной державой и избавиться от роли экспортера на зарубежные рынки необработанных круглых лесоматериалов с низкой добавленной стоимостью, нельзя согласиться с его мнением о том, что отечественное машиностроение не способно в ближайшие 3-5 лет конкурировать с зарубежными фирмами на рынке поставок техники для лесосечных работ [2], [6], [7].
В настоящее время на рынке оборудования для производства оцилиндрованных бревен и профилированного строительного бруса действует достаточно много производителей, причем каждый из них старается позиционировать свои станки как наиболее оптимальные по соотношению цена/производительность, а качество изделий, производимых на этих станках, преподносится просто как «отличное». На первый взгляд, кажется, что достаточно просто оценить достоверность этих заявлений. Качество изделий легко проверить при демонстрации оборудования в работе
(ведь любой, уважающий себя производитель оборудования, не будет продавать вам «кота в мешке» и продемонстрирует выпускаемое оборудование в работе на реальном производстве). С соотношением цена/производительность дела обстоят ещё проще: цена всегда известна, а производительность написана в технической характеристике станка -осталось только соизмерить свои финансовые возможности с ценой станка, а производительность вписать в бизнес-план и оценить прибыльность будущего производства (http://www.termit-kvt.ru/content/?___tr_id=161).
Оцилиндровка бревен ответственная и трудоемкая технологическая операция, определяющая внешний вид бревен, точность их формы и последующую обработку и сборку. В настоящее время широко развивается домостроение с использованием оцилиндрованных бревен. Бревна традиционный строительный материал для строительства жилых домов. Кроме домов, из бревен строят бани, надворные постройки и многие другие сооружения. В Европе лидирующее место в строительстве домов и других построек из оцилиндрованных бревен занимает Финляндия. В Финляндии почти двести предприятий выпускают бревенчатые жилые дома или дачи. Бревенчатые дома примерно на 5-10% дороже панельных. Однако многие потребители выбирают себе бревенчатый дом, так как его внешний вид и экологическая чистота материала компенсируют повышенные затраты. При использовании оцилиндрованных бревен упрощается сборка срубов, улучшается их внешний вид, а также обеспечивается унификация строительных заготовок из древесины [8].
На сегодняшний день в отрасли применяются различные методы и способы для получения оцилиндрованного бревна используемого в домостроении, которые отличаются местом обработки и применяемым оборудованием [8], что предопределяет возможность использования для выбора рациональных мест и способов оцилиндровки бревен в рамках сквозных технологий лесопромышленных производств эвристических
методов анализа и синтеза новых эффективных технологических и технических решений.
Анализ этих методов позволил выбрать для использования методологию эвристической разработки технологических и технических решений - функционально-технологический анализ (ФТА), созданный и отработанный профессором И. Р. Шегельманом на основе изучения природной специфичности функционирования машин и оборудования лесной промышленности и обобщения методов анализа и синтеза технических систем (теории решения изобретательских задач, автоматизации поискового конструирования, функционально-стоимостного,
морфологический анализа и др.) [9], [10] и др. ФТА способствовал обобщению известных и формированию новых знаний и был реализован в виде многих технических решений (И. Р. Шегельманом по проблемам лесной промышленности получено более 100 авторских свидетельств и патентов на изобретения и полезные модели). Эффективность ФТА подтверждена его результативностью в лесном секторе.
Методология ФТА, как эвристического метода анализа и синтеза технических решений по совершенствованию известных и созданию принципиально новых машин, оборудования и технологий, сформулирована на базе многолетних исследований и базируются на следующих принципах:
- общенаучном подходе к анализу и синтезу рассматриваемых объектов техники и технологий;
- рассмотрении технологических процессов, машин и оборудования как объектов прогнозирования;
- рациональном использовании потенциала умственной деятельности в процессе анализа и синтеза объектов техники и процессов.
ФТА позволил с учетом известных способов и перспективных методов выделить следующие места для оцилиндровки бревен:
- непосредственно на лесосеке стоящих деревьев до осуществления их валки;
- на лесосеке при выработке сортиментов;
- на верхнем лесоскладе;
- на промежуточных складах;
- на биржах сырья или на предприятиях производящих дома из
оцилиндрованных бревен.
При создании перспективных способов оцилиндровки бревен была выдвинута гипотеза о целесообразности производства оцилиндрованных бревен непосредственно на лесосеке.
Для ее оценки сформированы варианты совокупностей морфологических признаков, сгруппированные в матрицу, фрагмент которой приведен в таблице 1.
При выработке вариантов технологических процессов производства оцилиндрованных бревен был принят во внимание опыт зарубежных фирм производителей деревообрабатывающего оборудования.
На этапе формирования и оценки вариантов технологического процесса вначале были исключены заведомо неподходящие варианты, затем основываясь на опыте и интуиции наиболее слабые решения из оставшихся.
Таблица №1
Морфологическая таблица по выбору места и механизма для оцилиндровки.
Показатель Технологический процесс
Назначение машины A1 B1 C1 D1 - -
Обрабатываемое сырье A2 B2 C2 D2 - -
Операции выполняемые до оцилиндровки АЗ ВЗ C3 D3 ЕЗ F3
Место оцилиндровки А4 В4 C4 D4 - -
Способ выполнения оцилиндровки А5 В5 C5 - - -
А1 - харвестер (валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина); В1 -форвардер (погрузочно-транспортная машина); С1 - специализированная машина; Б1 - стационарный станок; А2 - стоящее дерево; В2 - поваленное
дерево; С2 - хлыст; Б2 - сортимент; А3 - первая операция - оцилиндровка; В3 - валка; С3 - валка и обрезка сучьев; Б3 - валка, обрезка сучьев и раскряжевка; Е3 - валка, обрезка сучьев, раскряжевка и трелевка; Б3 - валка, обрезка сучьев, раскряжевка, трелевка и вывозка; А4 - лесосека; В4 -погрузочный пункт; С4 - промежуточный склад; Б4 - биржа сырья или специализированное предприятие; А5 - резание; В5 - фрезерование; С5 -строгание.
В ходе проведенного анализа было выявлено 2 варианта (АШ2Б3А4В5 и ВШ2Б3А4В5) с производством оцилиндрованной продукции непосредственно на лесосеке. Оба варианта позволяют увеличить коэффициент полнодревесности погрузочно-транспортных машин и автопоездов.
Для первого варианта предложена следующая техническая реализация, представленная на рис. 1.
Ри. 1 - Принципиальная схема харвестерной головки с устройством для оцилиндровки сортиментов: 1 - корпус головки; 2 - серьга с ротатором; 3 - сучкорезные ножи; 4 - поворотные протаскивающие вальцы; 5 - гидроцилиндр поворота протаскивающих вальцов; 6 - фреза
оцилиндровки закомелистости; 7 - гидромотор привода пилы; 8 - пила; 9 -гидромотор привода фрезы.
Данная конструкция представляет собой модернизированную харвестерную головку, где незначительно изменен протаскивающий механизм и в корпус вмонтирована приводная фреза. Конструкция защищена патентом России (Шегельман И. Р., Галактионов О. Н., Демчук А. В. Рабочий орган валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины для выработки сортиментов. Патент России на полезную модель № 117259. Опубл. 27.06.2012.).
Второе техническое решение представляет собой модернизируемый грейферный захват монтируемый на манипуляторе форвардера (рис.2). Отличием от обычного грейферного захвата является то, что на нем дополнительно смонтированы приводная фреза с поворотным роликом и внутренняя скоба грейфера оснащена приводным поворотным механизмом для осуществления подачи бревна при фрезеровании.
Рис. 2 -Схема модернизированного грейферного захвата: 1 - корпус; 2 -внутренний и наружный захват; 3 - фреза с приводом; 4 - опорный направляющий валец; 5 - площадка для привода подачи бревна; 6 -гидромотор привода подачи бревна; 7 - гидроцилиндр поворота привода.
Представленные технические решения разработаны для выполнения оцилиндровки закомелистой части древесины, что в значительной степени повышает коэффициент полнодревесности штабеля при его транспортировке.
Еще один способ (ВШ2Е3С4В5 или ВШ2Е3В4В5) интересен только при крупных лесоскладах, поскольку для мелких складов частое перебазирование техники ведет к снижению ее производительности и неэффективной ее работе.
Таким образом, переработка на промышленной площадке или крупном лесоскладе позволит обрабатывать большой объем продукции высокопроизводительным оборудованием, но также имеет свои недостатки заключающиеся в снижении транспортной нагрузки в-следствии малого
коэффициента полнодревесности перевозимого штабеля и возможности загрязнения сырья минеральными примесями.
Резюмируя вышеописанные способы можно сказать, что каждый имеет свои преимущества и недостатки. Последний способ показал преимущество и имеет возможность использования производственного оборудования. В настоящее время автором производится технико-экономическое обоснование наиболее рациональных способов.
Список литературы:
1. Шегельман И. Р. Анализ целесообразности строительства путей первичного транспорта леса [Текст] / И. Р. Шегельман, В. И. Скрыпник, А. В. Кузнецов // Известия С-ПбЛТА: вып. 199. СПб.: СПбГЛТА. - 2012. - C. 119130.
2. Шегельман И. Р. Исследование направлений модернизации
техники и технологии лесозаготовок [Электронный ресурс] / И. Р. Шегельман // Инженерный вестник Дона. - 2012. - № 2. URL:
http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n2y2012/866/ (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
3. Шегельман, И. Р. Трансформация системы лесосырьевой и технологической подготовки в организации лесопользования [Текст]/ И. Р. Шегельман, В. М. Лукашевич// Фундаментальные исследования. - 2012. - №3 (3). -С. 739-743.
4. Шегельман И. Р. Функционально-технологический анализ: метод формирования инновационных технических решений для лесной промышленности [Текст]/ И. Р. Шегельман. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2012. - 96 с.
5. Gerasimov Y. Estimation of machinery market size for industrial and energy wood harvesting in Leningrad Region / Gerasimov Y., Karjalainen T. // Croatian Journal of Forest Engineering. - 2012. - № 33(1). - Рр. 49-60.
6. Шегельман И. Р. К вопросу повышения полнодревесности сортиментов при их трелевке и вывозке [Текст] / И. Р. Шегельман, А. В. Демчук // Наука и бизнес: пути развития. - 2012. - № 2(08). - С. 71-73
7. Gerasimov Y. Development Program for Improving Wood Procurement in Northwest Russia Based on SWOT Analysis / Y. Gerasimov, T. Karjalainen T. // Baltic Forestry. - 2008. - № 14 (1). - Pр. 87-92
8. Сергеевичев А. В. Повышение эффективности оцилиндровки бревен путем совершенствования механизма резания [Текст]. Автореф. ... канд. техн. наук. - СПб.: СПбГЛТА, 2002. - 165 с.
9. Шегельман И. Р. К построению методологии анализа и синтеза
патентоспособных объектов техники / И. Р. Шегельман // Инженерный вестник Дона [Электронный журнал]. - 2012. -№ 3. URL:
http://www.ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/page/2 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
10. Шегельман И. Р. Научная школа: Научные основы формирования сквозных технологий лесопромышленных производств. URL: http://www.famous-scientists.ru/school/948 (обр. 27.04.2013) (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.
