Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

HARVESTING FEATURES OF ASPEN TIMBER AND PROCESSING OF WOOD WASTE TO THE LANDING LOGGING COMPANIES

Borisov A.Yu. 1 Kolesnikov G.N. 1
1 Petrozavodsk State University
Основным направлением развития лесозаготовок в настоящее время является комплексное использование круглых лесоматериалов с применением новых технологий глубокой переработки древесины. Дополнительные объемы древесного сырья могут быть получены за счет использования тонкомерных деревьев на рубках ухода и заготовки низкокачественной и малоценной лиственной древесины, такой как осина. Объемы использования древесины осины сравнительно невелики из-за наличия сердцевинной гнили. При поперечном раскрое заготовленной древесины образуются отходы в виде отрезков бревен. Эти отрезки длиной 0,5 м и более могут быть использованы для изготовления кровельных материалов. История деревянного домостроения показывает, что рациональное применение древесины осины способствовало появлению архитектурно выразительных и долговечных строительных конструкций. Одной из особенностей древесины осины является увеличение ее прочности с течением времени. Для наилучшего достижения подобного эффекта осину, в отличие от хвойных пород, лучше заготавливать в мае, в начале сокодвижения. Наиболее эффективна в данном случае технология, реализованная при минимальной продолжительности хранения заготовленной древесины, поэтому участок для выполнения технологических операций следует размещать на минимальном расстоянии от лесной делянки в дополнительно созданном структурном подразделении лесозаготовительного предприятия. Дополнение типовой схемы технологического процесса участком переработки осиновых короткомеров на дранку позволит на 20–30% увеличить выход полезной продукции из осинового сырья. Качество и количество выпускаемой дранки напрямую зависят от решения задачи оптимального раскроя перерабатываемых короткомеров. При технико-экономическом обосновании может быть рекомендовано использование мобильного оборудования для переработки отходов поперечного раскроя осины.
The main direction of development of the timber felling now is the integrated use of round timber with the use of new technologies of deep processing of wood. Additional volumes of wood raw material can be obtained through the use of thin trees and harvesting of low-quality and low-value hardwood, such as aspen. Еру volumes of aspen use is relatively small because of heart rot. There is waste in the form of pieces of logs after cross-cutting logged timber. Wuth the lengths of 0.5 m or more It can be used for the manufacture of roofing materials. The history of wooden construction shows that the rational using of aspen wood contributed to the emergence of architectural expressiveness and durability of building structures. One feature of aspen wood appears to increase its strength over time. To best achieve this effect aspen, unlike conifers better harvest in May, at the beginning of sap flow. Most effective in this case, technology is implemented with a minimum duration of storage of harvested timber, so a site for technological operations should be located at a minimum distance from the forest plots in addition established a structural division of a timber company. Addition of a template process processing area aspen shingles allow shorts at 20-30% increase in yield of useful products from raw aspen. The quality and quantity of manufactured shingles directly depends on the solution of the problem of optimal cutting process. It can be recommended to use of mobile equipment for recycling cross-cut aspen.
laths
shingles
round timber
aspen
Environmental management
resource conservation
Основным направлением развития лесозаготовок является комплексное иэкономическиэффективное использованиекруглых лесоматериаловс применением технологий глубокой переработки древесины [15].Дополнительныеобъемы древесного сырья могут быть получены за счет использования деревьев на рубках ухода, заготовки низкокачественной и малоценной лиственной древесины, к которой относится осина [3].

Осина является  быстрорастущей древесной породой, как биологический вид способна адаптироваться к различным природным условиям и по этой причине широко распространена почти на всей территории России. Прирост составляет от 0,5 до 4,5 куб. м на 1 га в год; в условиях Северо-Запада России – от 1,1 до 2 куб. м на 1 га. Запас осины в спелых насаждениях достигает 250 куб. м на 1 га в регионах Урала, Сибири и европейской части территории России. Средняя продолжительность жизни осины 60-90 лет, наиболее интенсивный рост продолжается до 45-50 лет [12]. Возраст технической спелости осины находится в интервале от 31 года до 40 лет, зависит от эффективности лесохозяйственных мероприятий и ряда других факторов [7; 18].

Объемы использования древесины осины сравнительно невелики из-за наличия сердцевинной гнили. Выход деловой древесины осины может составлять не более 10-15%, тогда как у хвойных пород – 70-80%. Поэтому лесозаготовкаможет оказаться нерентабельнойпри разработке лесосек с боль­шой долей осины в составе древостоев [8].

Большие объемы концентрированных рубок и недостатки лесовосстановительных мероприятийведут к преобладанию осины в составе спелых древостоев, покрывающих около половины всех лесов Северо-Запада. Ее повсеместное распространение препятствует возобновлению ценных хвойных пород [8].«В смешанных хвойно-лиственных насаждениях осина играет отрицательную роль. Примесь осины снижает устойчивость ели против бурелома и ветровала, существенно замедляет рост ели в высоту и по диаметру, увеличивает фаутность ельников, в сосновых молодняках способствует заражению сосны вертуном, а в приспевающих и спелых насаждениях - грибом Fomespinicola, что снижает товарность насаждения. Учитывая это, необходимо устранять примесь осины рубками ухода». Становится целесообразным найти технически возможные и экономически эффективные способы заготовки и использования древесины осины с учетом ее особенностей, поэтому заготовка осины может выполняться в комплексе с заготовкой древесины хвойных пород [5].

Некоторые возможности получения товарной древесины осины рассмотрены в статьях [7; 18]. Развиваются технологии использования древесины осиныв строительных конструкциях [17], в производстве древесно-стружечных плит [14],  в качестве биотоплива и в других целях.Актуальность проблемы рационального использования запасов осины возрастает с течением времени, что подтверждается выполненными в 2004 г. исследованиями, согласно которым осина в лесном фонде Карелии занимает четвертое место вслед за сосной, елью и березой.

Наибольшую ценность при заготовке сортиментов имеет средняя, свободная от сучьев часть ствола. Нижняя часть достаточно трудно поддается обработке ввиду большей вязкости, возможной свилеватости и подверженности сердцевинной гнили [17]. При поперечном раскрое заготовленной древесины образуются отходы в виде отрезков бревен. Эти отрезки длиной 0,5 м и более могут быть использованы для изготовления кровельных материалов, таких как деревянная черепица или дранка [2]. При этом используется только часть осинового бревна, поскольку сердцевинаподвержена гнили. Появление и развитие сердцевинной гнили осинысвязано с влиянием многих факторов, к которым относятся: почвенные и климатические условия в местах произрастания; разнообразие форм осины и их устойчивость к заражению; особенности лесохозяйственных работ и др. В возрасте 75 лет внутренняя гниль поражает в ряде случаев 100% деревьев [9], что может служить основанием для оставления на корню фаутной осины при рубках смешанных лесных насаждений [1]. Периодическое увлажнение и дренаж повышают устойчивость осины к поражению внутренней гнилью. Под пологом густых осинников фиксируется застойный и влажный воздух, что способствует развитию грибов и загниванию осины. Биологическая деструкция замедляется в более редких, «проветриваемых» насаждениях [7;9; 17; 18].

История деревянного домостроения показывает, что рациональное применение древесины осины с присущими ей уникальными свойствамиспособствовало появлению  архитектурно выразительных и долговечных строительных конструкций. Одной из особенностей древесины осины является увеличение ее прочности с течением времени. При хранении на воздухе древесина осины «каменеет», набирая прочность. Для наилучшего достижения подобного эффектаосину, в отличие от хвойных пород, лучше заготавливать в мае, в начале сокодвижения. Тогда, в процессе естественной сушки, древесина осиныдостигает максимума прочности («топор отскакивает»). По тем же причинам обрабатывать древесину осины целесообразно до набора прочности при естественной сушке. Поэтому  наиболее эффективной по критериям затрат энергии на переработку, а также расхода ресурса инструмента и оборудования будет технология, реализованная при минимальной продолжительности хранения заготовленной древесины. Участок для выполнения технологических операций,с точки зрения логистики,следует размещать на минимальном расстоянии от лесной делянки в дополнительно созданном структурном подразделении лесозаготовительного предприятия.

Рис. 1. Структурная схема технологического процесса лесопромышленного склада,

дополненная группой операций по производству дранки

 

Известны схемы технологических операций, выполняемых на лесопромышленном складе [15]. Предлагаемое дополнение типовой схемы технологического процесса лесопромышленного склада  участком переработки осиновых короткомеров на дранку (рис. 1) позволит на 20–30% увеличить выход полезной продукции из осинового сырья, что существенно сократит указанные выше объемы отбраковываемой древесины.

 Практика показывает, что с одного дереваможно получить до 30% дранки. Этот показатель можно увеличить до 40% при наличии небольшой свилеватости ствола дерева и оптимальном раскрое короткомеров (рис. 2). Для изготовления качественной дранки используются короткомеры длиной от 50 см, диаметром 20 см и более. В процессе лущения (строгания дранки) используется возможность получения дощечки с расположением годовых колец под  углом от 30 до 90° к поверхности. Данное условие обусловлено радиальным положением плоскости разреза (раскола), проходящей через сердцевину ствола или параллельно ей (рис. 2). История применения дранки показывает, что в этом случае изделия получаются более износостойкими и однородными, имея небольшие  коэффициенты усушки и набухания,  в отличие от тангенциального раскола (распила). Примечательно, что в Германии это требование  закреплено строительными директивами [19].

Рис.2. Оптимизация раскроя короткомеров на дранку

Оптимального раскроя обрабатываемого короткомера на дощечки требуемых геометрических параметров [2]  можно добиться после предварительной его разделки на 4-8 частей вдоль волокон и выкалывания сердцевинной части, зачастую пораженной гнилью.

Резюмируя, в качестве заключения отметим следующее. Древесина осины в небольших объемах (по сравнению с хвойными породами) может  использоваться как материал для устройства кровли [2]. При этом увеличиваются объемы рационального использования сырья, совершенствуются технологии применения осины в производстве строительных конструкций [14] и древесно-стружечных плит [17]. Качество и количество выпускаемой дранки напрямую зависят от решения задачи оптимального раскроя перерабатываемых короткомеров.  Повышение конкурентоспособности продукции из осины представляет собой комплексную проблему, решение которой требует учета рассмотренных выше особенностей заготовки древесины осины, технологий ее переработки и рационального использования образующихся при этом отходов [4;6;10]. 

Работа выполнена в рамках реализации комплекса научных мероприятий Программы стратегического развития ПетрГУ на 2012–2016 гг.

Рецензенты:

Сюнёв В.С., д.т.н., профессор, директор Института рационального природопользования на Европейском севере ПетрГУ, г. Петрозаводск;

Петров А.Н., д.т.н., доцент,советник Российской академии архитектуры и строительных наук, зав. кафедрой архитектуры, строительных конструкций и геотехники, г. Петрозаводск.