Историческое возникновение и этапы развития механической обработки древесины

 

В народном хозяйстве России нет ни одной отрасли промышленности, в которой не находила бы применения древесина и изделия из нее.

Большая часть круглой деловой древесины обрабатывается методами механической обработки. Первым видом ее было лесопиление, появившееся в Голландии в XI веке. Бревна пилились на так называемых пильных мельницах, представлявших примитивную лесопильную раму, приводившуюся в движение от ветряной мельницы. Позднее начал внедряться привод таких лесопильных рам от водяных колес. В России первая пильная водяная мельница была построена Бажениным в 1690 г. близ Архангельска, а в 1696 г. появилась первая ветряная пильная мельница, построенная также близ Архангельска. При Петре I в связи с потребностью в строительстве военного флота было построено 30-40 таких мельниц (Рисунок 1) [5].

Рисунок 1 – Пильная водяная мельница

До появления пильных мельниц в России доски и брусья вытесывались из бревен топором. Вследствие недостаточного производства этих материалов механическим путем вытесывание сохранялось еще длительное время после появления пильных мельниц. Распиловка леса ручными пилами применялась в этот период также в весьма небольшом объеме; как ручные пилы, так и пильщики были редким явлением (Рисунок 2).

Рисунок 2 – Распиловка леса ручными пилами

Значительное развитие механическое лесопиление получило с начала XIX века в результате внедрения в лесопильную промышленность паровых двигателей и совершенствования лесопильных станков. К 1913 г. объем лесопиления в России составил примерно 14 млн. м3 пиломатериалов. [5]

В первой половине XIX века были изобретены лущильный и горизонтально-строгальный станки, что дало возможность получать тонкие слои древесины путем лущения и строгания. В России первый фанерный завод был построен в г. Ревеле в 1887 г. Фанерная промышленность развивалась весьма быстро, в результате чего в 1913 г. годовая производительность фанерных предприятий составила 203,5 тыс. м3 фанеры. К 1920 г. на территории СССР осталось в рабочем состоянии только 16 заводов. В результате восстановления и реконструкции действующих заводов, а также постройки новых к 1940 г. работало 40 заводов с годовой производительностью 731,9 тыс. м3 пиломатериалов.

Деревообработка в начале своего развития долгое время была областью кустарных промыслов с применением почти исключительно ручного труда. Началом развития фабрично-заводской деревообрабатывающей промышленности в России считают вторую половину XIX столетия, когда появились различные деревообрабатывающие фабрики, сохранявшие еще значительную долю ручного труда. Объем производства мебели был весьма мал и составил в 1913 г. (без территории нынешних Латвийской, Литовской и Эстонской ССР) 26-28 млн. руб., из которых фабрично-заводские предприятия изготовили мебели на 3 млн. руб., а остальное – кустари.

За годы Советской власти в деревообрабатывающей промышленности, как и в других отраслях народного хозяйства СССР, произошли коренные изменения как в количественном, так ив качественном отношении. Было построено много новых предприятий, оснащенных новейшей техникой. Все старые предприятия подверглись серьезной реконструкции с полным обновлением оборудования. Была широко внедрена механизация и конвейеризация; начала внедряться также автоматизация производственных процессов. Значительно возросла производительность труда, а сам труд облегчился.

 Многие предприятия получили характер комбинатов с включением в них нескольких смежных производств. Появились новые отрасли деревообработки, имеющие прогрессивный характер стандартное домостроение, производство различных древесных плит и др. [7] [4]

 

1.2 Современные тенденции развития технологии механической обработки древесины

Какие же изменения могут произойти на разных этапах цикла механической деревообработки?

Рассмотрим на примере 2019 года, объем мирового производства пиломатериалов составил 456 млн м3, (+2% к 2015 году). Доля России в этом объеме около 5%.

На нижнем складе лесопильного предприятия первой операцией является сортировка пиловочника по разным параметрам. Современные измерительные станции сортировочных линий могут дать всю необходимую.

Не исключены изменения и в окорочной технике. В нашей стране успешно работают роторные окорочные станки типа Cambio (Швеция) или Valon Kone (Финляндия) со скоростью подачи до 120 м/мин. Фрезерные окорочные станки требуют меньше энергзатрат, но отличаются низкой производительностью (до 15 м/мин). В компаниях США и Канады иногда используют гидравлический способ окорки, но он довольно энергозатратный. Можно ожидать, что появятся принципиально новые способы окорки, которые со временем станут экономически эффективными (Рисунок 3). [9]

Рисунок 3 – Роторный окорочные станок типа Cambio

Роль коры как топлива для собственных котельных деревообрабатывающих предприятий возрастает. Конструкции топок современных котлов позволяют сначала подсушивать кору, а потом эффективно сжигать. Не исключено, что предприятия, накопившие большие запасы коры, в будущем смогут наладить производство измельченной и подсушенной коры как самостоятельного товарного продукта. [9]

Уже довольно давно выпускаются станки, которые могут автоматически настраиваться на размер подаваемого сортимента. Не исключено, что в скором будущем появятся лесопильные комплексы, в составе которых будут все необходимые узлы резания: ленточнопильные, круглопильные, фрезерные.

По данным считанных с штрих-кода на торце бревна, будет выбираться оптимальный вариант продольного раскроя бревна, а все узлы резания будут автоматически приводиться в нужное положение и работать с оптимальными скоростью подачи и скоростью резания.

Станки будут работать как в проходном так и в позиционном режиме, комплекс будет похож на существующее обрабатывающие центры с универсальным набором инструментов. [3]

В производстве фанеры продолжится поиск путей совершенствования лущильных станков. Конструкции абсолютного большинства эксплуатируемых сегодня станков позволяют выполнять операции оцилиндровки и лущения с помощью одного инструмента – лущильного ножа. Подобная конструкция давно устарела. Проблема оцилиндровки в фанерном производстве решается гораздо проще, чем в лесопилении, так как длина чурака не превышает 2,5 м, а лущильные станки снабжены современными механизмами центрирования. Однако гораздо рациональнее оцилиндровку выполнять не лущильным ножом, а другим специальным инструментом – токарными резцами или фрезами. Это позволит значительно увеличить ресурс работы лущильных ножей, а значит, повысить производительность станка. Специальный инструмент для оцилиндровки позволит получать прямо на лущильном станке измельченную шпон-рванину, которую можно будет использовать как топливо для котельных, или длинную стренд-стружку для производства плит OSB. Если же на предприятии весь шпон-рванина идет на топливо, есть смысл отказаться от окорки фанерного сырья.

Технологическая схема предприятия в этом случае будет предусматривать такую последовательность операций:

Поперечный раскрой кряжей на чураки – прогрев чураков – подача в лущильный цех, где на лущильном станке будет выполняться центровка чураков, зажим торцовыми кулачками, окорка и оцилиндровка специальным инструментом до получения идеального цилиндра, с которого затем с помощью лущильного ножа будет получена лента шпона и остаток. [3]

Можно предвидеть и другой вариант модернизации лущильных станков. Если на дополнительном суппорте разместить окорочную фрезу и токарный нож, при движении вперед фреза будет удалять и измельчать кору, двигаясь точно по линии, разделяющей кору и древесину, согласно данным сканирующей системы. При обратном ходе специальный нож будет превращать чурак в идеальный цилиндр, снимая с него длинную стружку.

Все сказанное относится и к лущильным бесшпиндельным станкам, которые применяются все шире. На них можно обрабатывать только оцилиндрованные чураки, поэтому перед ними устанавливают специальные окорочно-оцилиндровочные станки (Рисунок 4). [3]

Рисунок 4 – Бесшпиндельный лущильный станок

Плюсы переноса операции окорки на лущильный станок очевидны: становятся ненужными окорочные станки, что позволяет не только сократить технологический цикл, но и снизить энергозатраты на производство шпона, а также повысить производительность лущильного станка за счет снижения нагрузки на лущильный нож и увеличения ресурса его работы между переточками.[3]

На выходе можно получать рулоны сухого шпона, который будет храниться долго и из которого можно изготавливать клееную продукцию.

Производство древесных плит также является одной из важнейших отраслей лесопромышленного комплекса. В 2015 году в мире произведено 228 млн м3 стружечных и волокнистых плит, в России – примерно 6,8 млн м3 (около 3% мирового производства). Для предприятий мебельного производства основным материалом стали ламинированные ДСП и плиты MDF, для строительства – плиты OSB. Резко выросли мощности единичных предприятий плитной отрасли. Вновь вводимые предприятия рассчитаны на годовую производительность 300-400 тыс. м3. Причем количественный рост сочетается с повышением качества плит стабильностью размеров и форм с высоким качеством поверхности и прочностью.

Можно предвидеть, что тенденция изготовления плит с волокнистой структурой, приближенной к структуре натуральной древесины, получит продолжение, и в недалеком будущем мы увидим продукцию с еще большей длиной частиц. Широкое распространение технологий оцилиндровки бревен и чураков может способствовать развитию этой тенденции. [6]

 

Выводы по первому разделу

В первом разделе мы изучили вопросы истории возникновения и этапы развития механической обработки древесины, а так же современные тенденции механической обработки древесины. Отметили, что механическая обработка древесины появившееся в Голландии в XI веке. Стремительно развивалась и совершенствовалась из года в год, благодаря этому появились новые способы механической обработки древесины, что позволило создавать новые типы древесных заготовок, например таких как шпон.

На примере 2019 года была рассмотрена общая тенденция развития механической обработки древесины, как в России так и в других странах. Было рассмотрено современное оборудование, используемые в механической деревообработке, и их описание и назначение. А так же предложено, их модернизация и, усовершенствование на ближайшее время. Наблюдается тенденция роста, в развитии механической обработки древесины. Что позволит максимально эффективно обрабатывать древесину с минимальным количеством втор сырья и отходов.