Селективный способ окорки лесоматериалов

Кроме того, кора используется для производства фильтрующих материалов, добавок к буровым растворам, а также в качестве подслойного материала для уплотнения твердых грунтов при сооружении дорог в заболоченных местностях, изоляционного материала от промерзания грунтов. Помимо этого ее можно применять в качестве мульчи для садовых почв, приготовления компостов, подстилки на животноводческих фермах и т.д. Отделенные друг от друга в процессе окорки пробковый и лубяной слои коры основных лесообразующих древесных пород могут являться ценными полуфабрикатами для производства различных товаров для народного хозяйства.

Существующий способ разделения коры, полученной предварительно в результате окорки лесоматериалов, предполагает использование механизма измельчения коры путем ударного воздействия на нее и просеивающую поверхность для последующей сортировки измельченных частиц коры на частицы корки и луба. Недостатками такого решения являются высокая энергоемкость установки, низкая надежность способа разделения коры на корку и луб (создание энергии ударного воздействия на кору превышает энергию сил сцепления корки с лубом, но меньше энергии измельчения луба), а также невысокое качество корки и луба, что не позволяет эффективно их использовать. Кроме того, имеют место низкая производительность и высокие затраты процесса обработки лесоматериала в целом. В связи с этим наиболее эффективным представляется разделение компонентов коры в процессе первичной механической окорки (селективная окорка), нежели в дальнейшем заниматься сортировкой и сепарацией сплошного массива коры.

Согласно исследованиям, проведенным профессором Башкирского государственного аграрного университета (БГАУ) Асгатом Газизовым, выполнение селективной окорки возможно на роторных окорочных станках. Для этого им рекомендуется применять двухроторные окорочные станки типа 2ОК40-1, 2ОК63-1, 2ОК80-1. Данное оборудование реализует грубую окорку лесоматериалов и рекомендуется использовать для получения качественной корки, идущей на дубильные экстракты. Корка собирается в отдельный бункер от первого ротора. Продукция второго ротора, с увеличенным количеством древесных включений, транспортируется отдельным конвейером в другой бункер и в основном используется в качестве топлива.

Чистая окорка лесоматериалов в большинстве случаев достигается резанием, при помощи фрез различной конструкции. В основе фрезерной окорки древесины при ее поштучной обработке лежит режущий принцип работы окорочного станка. При окорке как с применением станков строгающего типа для грубой окорки рудничной стойки, так и фрезерных станков с использованием цилиндрической, конической или дисковой фрез основным в процессе разрушения является механизм взаимодействия ножа с контактной поверхностью коры. Именно толщина слоя коры, срезаемого фрезой за один проход (глубина резания), является тем параметром, от величины которого зависят величина выпуска ножей над поверхностью фрезы, средняя сила окорки, скорость подачи кряжа, высота кинематической волны и др.

Для принятия решения о возможности выполнения селективной окорки прежде всего необходимо получить информацию об основных статистических характеристиках массива коры и толщин ее пробкового и лубяного слоев. Для получения данной информации на промышленной площадке ЗАО «Ломоносовский ДПЗ» были проведены измерения коры на пиловочных бревнах в штабелях. Толщина коры и составляющих ее слоев измерялись в трех точках на одной плоскости под углом 120º, при помощи штангенциркуля с ценой деления нониуса 0,1 мм, в вершинном и комлевом торцах бревен, диаметры которых также измерялись в трех точках. По результатам измерений толщин слоев коры в каждом торце определялось среднее значение, которое заносилось в журнал. В дальнейшем полученные данные разбивались на интервалы, согласно диаметрам бревен в вершинном и комлевом торцах.

По полученным экспериментальным данным были построены графики следующих зависимостей: hкоры = f(d), hлуба = f(d), hкорки = f(d) и подобраны аппроксимирующие кривые с наибольшим коэффициентом аппроксимации. В результате было установлено, что для условий проведения эксперимента с наибольшей достоверностью зависимость толщин слоев коры от диаметра бревна описываются полиномиальной функцией, так как во всех случаях коэффициент аппроксимации является наибольшим. Для селективной окорки на фрезерных станках, на основании информации о зависимости толщины слоев коры от диаметра и породы, можно использовать устройство, включающее узел поступательно-вращательной подачи лесоматериала и механизм окорки. Устройство снабжено узлом сканирования бревна по всей его длине и содержит блоки информации и программирования.

Механизм окорки выполнен в виде последовательно установленных фрезерных головок с возможностью их вертикального перемещения для последовательного раздельного отделения корки и луба от лесоматериала. При этом механизмы вертикального перемещения фрезерных головок функционально связаны с блоком программирования, обеспечивающим оптимизацию построения сплайн-линий перемещения фрезерных головок на требуемую глубину в зависимости от диаметра и формы ствола по всей его длине. Для создания такого устройства необходимо применение различных датчиков, позволяющих определить диаметр и форму бревна, в зависимости от чего можно, например, при помощи гидравлических устройств перемещать фрезы окорочного станка вверх или вниз для снятия только пробки или только луба.

Рациональным является определение сбега и формы бревна непосредственно перед фрезерным окорочным устройством. При этом, используя данные зависимостей толщины пробки и луба от диаметра бревна, можно перемещать фрезу в вертикальной плоскости, копируя форму боковых поверхностей бревен, осуществляя тем самым фрезерование на заданной глубине для отделения только пробки или луба, а также минимизируя потери древесины при очистке ее поверхности. Для определения формы бревен по всей длине могут применяться различные устройства. Основными из них являются: механические, оптико-электронные (обработка получаемых с видеокамер изображений при помощи информационного обеспечения), лазерные сканеры, рентгенографические устройства.

Однако наибольшее распространение получили оптико-электронные и лазерные установки, вследствие достаточной простоты их использования и обеспечения заданного уровня точности. В последние годы компанией Limab (Финляндия) предложены рентгенографические устройства, позволяющие определять форму и внутренние пороки древесины. Однако их применение затруднено необходимостью использования защитных кожухов от рентгеновского излучения, а также высокой стоимостью. Наиболее перспективной технологией, позволяющей определять размерные характеристики бревен по всей длине, является лазерный 3D-сканер. В отличие от 2D- сканирования, когда определяется размер и кривизна пиловочных бревен, при 3D- сканировании можно получить трехмерную модель бревна, на основании которой могут быть определены сплайн-линии перемещения фрезерных устройств при окорке.

Сотрудниками Лесоинженерного факультета СПбГЛТУ было разработано и защищено патентом на полезную модель №108000, опубл. 10.09.2011, Бюлл. № 25, новое техническое решение. Его особенность заключается в том, что круглые лесоматериалы перемещаются через измерительное 3D-устройство, которое передает информацию в программу оптимизации построения сплайн-линий перемещения фрезерных головок на требуемую глубину. Программа работает на основании эмпирических расчетных зависимостей. Требуется только вводить породу древесины при смешанном потоке. Однако в подавляющем большинстве случаев фрезерной окорке подвергают только однотипные лесоматериалы, обычно подлежащие пропитке. Лесоматериалы перемещаются по продольному транспортеру с одновременным винтовым движением для обработки всей продольной поверхности бревен фрезами. Фрезы на основании имеющихся сведений о толщинах пробки и луба в зависимости от диаметра, а также данных оптимизационной программы перемещаются на заданную высоту для их последовательного отдельного удаления.