Лесопильное производство

Один из главных путей комплексного использования древесного сырья — производство древесностружечных (ДСП) и древесноволокнистых (ДВП) плит, позволяю­щее повысить коэффициент использования древесины и получить листовой материал, эффективно заменяющий пиломатериалы. Большое значение при этом имеет внед­рение оборудования по производству щепы из тонкомер­ной низкокачественной древесины и отходов лесозагото­вок, лесопиления и деревообработки. Эффективность ле­сопильного производства повышается также за счет агрегатной переработки бревен на пиломатериалы и тех­нологическую щепу с использованием фрезерно-брусующих и фрезерно-пильных станков.

На лесопильные предприятия пиловочное сырье — хлысты (стволы срубленного дерева, у которого отделе­ны корни и сучья) поступает сплавным путем, железно­дорожным или автомобильным транспортом. При попе­речной разделке хлыстов получают круглые сортименты, имеющие различное назначение. Бревнами называют сортименты, предназначенные для использования в круглом виде или в качестве сырья для получения пиломатериалов.

Кряжами называют сортименты, используемые для выработки специальных (авиационных, резонансных)пиломатериалов, лущеного или строганого шпона, шпал. Отрезки кряжей, соответствующие по длине рабочим размерам деревообрабатывающего оборудования, назы­вают чураками. Балансы — круглые сортименты для пе­реработки на целлюлозу и древесную массу.

Пиломатериалы получают при продольной распилов­ке бревен и кряжей. Качество пилопродукции зависит от состояния технологической подготовки пиловочника перед распиловкой. Она включает в себя сортировку и подборку сырья по породам, размерам и качеству, окор­ку сырья, оттаивание в зимнее время, обмывку и очист­ку от загрязнения. Пиловочник во избежание загнива­ния хранят либо в спецальных водных бассейнах глуби­ной 1,5—2 м, либо на суше в штабелях с применением дождевальных установок для увлажнения древесины. Влажность древесины в этих условиях около 200 %, при этом гниение прекращается. Затем для предохранения от загнивания древесины пиловочник необходимо высу­шить до влажности 20 %.

Окорка бревен является одной из эффективных опе­раций по подготовке сырья к распиловке, при этом умень­шается затупление пил, улучшается точность и чистота поверхности пиломатериалов, повышается качество от­ходов как вторичного сырья.

а —пластина; б — двухкантный брус; в -- четырехкантный брус; г — горбыль; д — рейка; е — необрезная доска; ж - обрезная доска с острым обзолом; з — обрезная доска с тупым обзолом; и — чистообрезная доска

На лесопильных предприятиях предпочтительна рас­пиловка бревен с брусовкой, в результате которой полу­чают чистообрезные пиломатериалы и, кроме того, по­вышается количественный и качественный выход пилопродукции.

Пиломатериалы хранят в штабелях под навесами или на складах в закрытых помещениях. Штабель пилома­териалов необходимо выкладывать правильной геомет­рической формы — боковые и торцовые поверхности дол­жны быть строго вертикальны. Средние размеры штабе­ля: ширина 1,8—2,4, высота 2,6—5, длина 6,5—6,8 м.

При складировании пиломатериалов под навесами следует обеспечить защиту пиломатериалов от атмос­ферных осадков и солнечной радиации. Для этого над рядовыми штабелями монтируют односкатные крыши с уклоном 0,2, над пакетными штабелями — одно- или дву­скатные крыши с уклоном 0,06; свесы на стороны шта­беля 0,3—0,5 м.

Открытый склад устраивают на сухом, хорошо про­ветриваемом участке, территорию которого тщательно выравнивают, обрабатывают химикалиями для уничто­жения растительности, покрывают щебенкой и опрыс­кивают кузбасслаком.

Сушка древесины.

Сушка является одной из основных и самых слож­ных операций технологического процесса при использо­вании древесины. Ее проводят для повышения удельной прочности древесины, предохранения от загнивания, пре­дупреждения коробления деревянных элементов при экс­плуатации, а также для улучшения склеивания, пропит­ки и отделки древесины. В результате сушки древесина из природного сырья превращается в промышленный материал, отвечающий самым разнообразным требова­ниям, предъявляемым к ней в различных областях на­родного хозяйства.

Сушкой называется удаление влаги из древесины. При этом одновременно протекает несколько процессов: теплообмен — передача тепла древесине от агента суш­ки или источника тепловой энергии; теплопроводность—перемещение тепла внутри материала; влагоотдача — ис­парение влаги с поверхности древесины.

По методу передачи тепла различают конвективную и электрическую сушку пиломатериалов. Конвективная сушка происходит вследствие передачи тепла древесине конвекцией от нагретой газообразной или жидкой среды. К основным способам конвективной сушки относятся: атмосферная сушка на складах или под навесами; ка­мерная или газообразная сушка в газообразной среде (воздух, топочные газы, перегретым пар) при атмосфер­ном давлении; сушка в нагретых гидрофобных жидко­стях или солевых водных растворах.

Способ сушки выбирают в зависимости от назначения древесины, ее конечной влажности и требований к каче­ству древесины. Влажность свежесрубленной древесины колеблется в широких пределах и зависит от породы и анатомического строения древесины.

а — при тангенциальной распиловке; б — при радиальной распиловке; в — по­перечное коробление; г — продольное коробление по пласти; д — продольное коробление по кромке; е — винтообразное коробление

Атмосферная сушка осуществляется на открытом воздухе. Доски укладывают с зазорами (на прокладках), обеспечивающи­ми проветривание штабеля. Для предохранения от атмосферной и грунтовой влаги штабеля укладывают на подкладки и сверху устраивают навес, а для равномерного высушивания всех слоев досок штабеля периодически перекладывают.

Продолжительность сушки в штабелях зависит от климати­ческих условий местности, времени года, толщины досок и тре­буемой конечной влажности пиломатериалов. Для досок толщи­ной 30...50 мм в летнее время в районе Москвы продолжитель­ность сушки составляет 10...16 дней при высушивании до конеч­ной влажности 30 % и 20...40 дней — до конечной влажности 20 %. В связи с такой большой разницей в продолжительности сушки в зависимости от конечной влажности досок рекомендуется высушивать пиломатериалы до влажности 30 % с последующим досушиванием в камерах до требуемой влажности 8...12%.

Камерная сушка производится в сушильных камерах, внутри которых поддерживается повышенная температура и интенсивная циркуляция нагретого воздуха или перегретого пара с помощью вентиляторов.

Удаление влаги из древесины начинается с наружных слоев досок, поэтому влажность остается неравномерной по толщине досок до самого конца процесса сушки. При чрезмерно интенсив­ном удалении влаги из наружных слоев и большом перепаде во влажности по слоям в досках могут возникнуть .трещины, поэтому процесс стараются вести таким образом, чтобы сначала прогреть имеющуюся в древесине влагу, не формируя ее уда­ление с поверхности досок. Это достигается введением в камеру на первой стадии влажного нагретого воздуха при температуре 50 + 5 °С. Затем по мере прогрева и снижения влажности дре­весины температуру воздуха повышают, а влажность воздуха понижают. Доски для клееных конструкций высушивают до влажности 8 % по наружной поверхности, имея в виду, что при фрезеровании будут сняты наиболее сухие наружные слои досок. Перед механической обработкой выгруженные из камеры доски должны трое суток сохраняться в помещении с температурой воздуха 16...22 °С и влажностью воздуха 60...70 % (кондициони­руются) с целью выравнивания влажности по сечению.

К дефектам сушки относятся коробление (изменение формы) пиломатериалов и появление наружных и внут­ренних трещин в материале. Причиной коробления явля­ется также различная усушка в радиальном и тангенци­альном направлениях. На величину коробления влияют косослой и крень, вызывающие скручивание и продоль­ное коробление материала (см. рис..)

Инструмент и станки, применяемые при деревообработке.

В производстве деревянных строительных деталей, изделий и конструкций для придания им необходимых размеров, форм и чистоты поверхности применяют обра­ботку древесины резанием. Обработку резанием со сня­тием стружки осуществляют инструментами, имеющими один или несколько резцов. В общем виде резец имеет форму клина

Различают элементарное и сложное резание. Эле­ментарным называется резание, которое производится только одной прямолинейной кромкой резца — лезвием, направлено прямолинейно и имеет постоянную скорость. Стружка получается одинаковой толщины по ширине и направлению резания. Резец занимает по отношению к волокнам одно из рассмотренных выше положений. Вся­кий другой случай резания называется сложным.

Распиловка — наиболее распространенный способ резания древесины. Пилы представляют собой много­резцовый инструмент. Оки состоят из полотна и резцов, которые называются зубьями. Различают рамные, дис­ковые и ленточные пилы.

Рамные пилы, представляющие собой длинные тон­кие стальные полотна толщиной 1,8—2,2 мм, предназна­чены для продольной распиловки бревен на лесопильных рамах. На рис. Х.14 приведены профили зубьев рамных пил.

Круглые пилы представляют собой стальные диски толщиной 1—5,5, диаметром 200—1250 мм; на перифе­рийной части нанесены зубья, профили которых показа­ны на рис. Они применяются для продольной и по­перечной распиловки. Пилы с переменной толщиной диска называются строгальными.

Ленточные пилы имеют вид непрерывной ленты с ре­жущими зубьями на передней кромке шириной полотна до 40—50, толщиной 0,6—2,2 мм. Длину пильной ленты выбирают в зависимости от габаритов станка, концы ленты спаивают. Они применяются для продольной рас­пиловки пиломатериалов и для криволинейных пропи­лов.

Операции строгания и фрезерования тождественны по своему принципу. Под строганием понимают процесс плоскостной обработки заготовок, тогда как при фрезе­ровании производят фасонную обработку по прямолинейному или криволинейному контуру (рис. Х.19). Стро­ганием удаляют с поверхности заготовок неровности, образовавшиеся при других видах механической обра­ботки или получают шпон и стружку для плит. Строга­ние выполняют на строгальных, циклевальных, лущильных, стружечных станках. В качестве строгаль­ного инструмента используют строгальные ножи.

Фуговальные станки предназначаются для выверки и фрезерования под плоскость одной пли двух смежных граней под заданный между ними угол.

Рейсмусовые станки. На этих станках можно обрабатывать заготовки в размер по толщине и ширине, соблюдая при этом параллельность противоположных сторон.

Волокнистое строение древесины и анизотропия ее механических свойств обусловливают особенности кон­струкции сверл для древесины (рис. Х.26). Для сверле­ния отверстий перпендикулярно волокнам используют сверла с подрезателями. Последний перерезает волокна, а режущая кромка скалывает волокна в их плоскости. Во избежание увода сверла часто применяют направ­ляющий центр, заточенный в виде пирамиды.

Для механизации трудоемких ручных работ при об­работке и сборке элементов конструкций применяют ручные электрические и пневматические машины и ин­струменты, представляющие собой упрощенные и умень­шенные до портативных размеров деревообрабатываю­щие станки.

Дисковые электропилы (ИЭ-5106, ИЭ-5102Б) служат для продольного и поперечного раскроя пиломатериалов и щитов, а также для пригонки деталей при монтаже деревянных конструкций. Ленточные электропилы поз­воляют обрабатывать древесину по криволинейному контуру. Машина ИЭ-6009 предназначена для строга­ния, продольного и поперечного пиления, фрезерования и сверления древесины. Паркетно-фрезерные машины (СО-40А, СО-97) в некоторых случаях могут быть ис­пользованы для обработки боковых поверхностей клее­ных дощатых конструкций. К переносным электрифици­рованным инструментам относятся электрофуганки, сверлильные, фрезерные, долбежные инструменты, гай­коверты и шуруповерты. Привод инструмента может быть электрическим или пневматическим.

При изготовлении деталей и заготовок следует исхо­дить из существующего сортамента пиломатериалов и учитывать припуски на механическую обра­ботку. Припуском называется превышение размеров за­готовки над номинальными размерами детали, т. е. это слой материала, подлежащий удалению при механичес­кой обработке.

Основные технологические процессы изготовления клееных деревянных несущих и ограждающих конструкций.

Клееные деревянные конструкции выпускают двух видов — несущие и ограждающие. К несущим конструк­циям массового производства относятся балки, рамы, арки и фермы, сечения которых показаны на рис. Х.27. Ограждающие конструкции представляют собой дере­вянный каркас и приклеенные к нему обшивки из фане­ры или других листовых материалов.

Для изготовления деревянных клееных конструкций рекомендуется в основном использовать пиломатериалы хвойных пород (сосна, ель), по ГОСТ 24454—80 с пре­имущественной поставкой их в рассортированном виде. Толщину склеиваемых слоев в элементах, как правило, не следует принимать более 33 мм, которую получают при фрезеровании пиломатериалов толщиной 40 мм. Ширину пиломатериалов выбирают согласно номиналь­ным размерам элемента с учетом суммарных припусков на усушку и механическую обработку. Эти припуски для пиломатериалов шириной от 75 до 100 мм равны в сред­нем 10 мм; от 125 до 175 мм — 15 мм; от 200 до 250 мм— 20 мм.

Для комбинированных конструкций следует приме­нять березовую водостойкую фанеру толщиной не ме­нее 8 мм по ГОСТ 3916—69 марки ФСФ, а также фане­ру бакелизированную марки ФБС по ГОСТ 11539—73 с нзм. Синтетические клеи для соединения древесины и древесины с фанерой следует назначать в записи мости от условий эксплуатации, согласно требованиям CHиП II-25-80 «Деревянные конструкции».

а — сплошное прямоугольное; б — двутавровое с фанерной стенкой: в — дву­тавровое с волнистой стенкой; г — армированное; д — коробчатое; e — короб­чатое с волнистыми стенками

Для по­лучения пиломатериалов заданной влажности с мини­мальными внутренними напряжениями и минимальным перепадом влажности по толщине отдельных досок ре­комендуется проводить сушку в три этапа — атмосфер­ную, камерную и кондиционирование пиломатериалов в условиях цеха.

Выявленные визуально или при силовой сортировке недопустимые пороки и дефекты вырезают на торцовоч­ных станках. После торцовки пиломатериалы поступают на линии склеивания досок по длине в плети.

В современном механизированном производстве кле­еных конструкций для склеивания досок по длине целе­сообразно использовать зубчатое соединение (рис. Х.28), которое обеспечивает при небольшой длине соединения высокую прочность и технологичность.

а — впритык; 6 — «на ус» ; в — зубчатое клеевое соединение; г — вертикальное зубчатое клеевое соединение; д — горизонтальное зубчатое клеевое соедине­ние; t — шаг шипа; L—длина шипа; b — затупление; /—зазор

Качество склеивания в большей степени зависит от чистоты подготовленной поверхности. В производстве несущих конструкций поверхности под склейку следует обрабатывать по 7-му классу шероховатости, что дости­гается фрезерованием со снятием провесов, образовав­шихся в соединениях на зубчатый шип. Склеиваемые поверхности должны быть свежеотфрезерованными (вре­мя с момента фрезерования до нанесения клея не дол­жно превышать 8 ч), очищенными от пыли и плотно прилегать одна к другой.

Фенолоформальдегидные смолы являются основной составной частью многочисленных клеевых композиций, обеспечивающих прочные и водостойкие соединения при невысокой их стоимости.

Карбамидные клеи благодаря высокой адгезионной способности к древесине, относительно малой токсично­сти и стоимости широко применяют для склеивания дре­весины, особенно в мебельной промышленности. Основ­ное преимущество клеев на основе карбамидных смол — большая скорость отверждения по сравнению с феноло-формальдегидными и резорциновыми смолами. Однако клеевые соединения на карбамидных смолах менее ус­тойчивы к переменным температурно-влажностным воз­действиям, что ограничивает использование этих клеев и они рекомендуются для конструкций, эксплуатируемых при влажности менее 70%.

Эпоксидные клеи отличаются высокой прочностью, во­достойкостью, химической стойкостью, при отверждении не выделяют летучих веществ, усадка их не превышает 2 %. Из-за высокой стоимости эти клен для склеивания древесины применяют редко.

После нанесения на плети-заготовки клея технологи­ческим процессом предусмотрены сборка пакета конст­рукций из подлежащих склеиванию заготовок, транспор­тирование их к запрессовочным устройствам, запрессов­ка и выдержка под давлением для создания прочных монолитных соединений. При выполнении перечисленных операций особое внимание уделяют продолжительности сборочных операций, которая зависит от вида применяе­мых клеев и температуры.

В связи с тем, что после распрессовки конструкций полимеризация клея полностью не завершена, необхо­димо перемещать склеенные элементы с особенной осто­рожностью на кондиционирование в условиях цеха, ко­торое должно продолжаться не менее 3 сут для оконча­тельного отверждения клея.

Окончательная механическая обработка включает фрезерование боковых поверхностей, торцовку конст­рукций и сверление отверстий под болты и соединитель­ные детали.

Основные технологические схемы изготовления плоских и пространственных элементов конструкций из пластмасс.

Изготовление трехслойных плит, панелей и элементов оболочек производится исключительно в заводских условиях. Состоит из следующих основных операций: механической обработки, включая раскрой и стыковку материала обшивок и среднего слоя (пенопласта и ребер); приготовления клея и нанесения его на склеиваемые поверхности; сборки эле­ментов панелей (обшивок и среднего слоя); запрессовки панели и выдержки до отверждения клея; распрессовки панели после окончания срока выдержки и окончательной отделки.

Механическая обработка листовых материалов ведется с уче­том их природных особенностей. Для раскроя органического стекла, винипласта и пенопластов можно использовать обычные деревообрабатывающие станки и инструменты, для раскроя стеклопластиков и асбесто­цемента - диски с алмазными вставками, абразивные круги.

Стыкование стеклопластика – внахлестку или с накладкой.

Подготовка поверхности. Перед нанесением клея соединяемые поверхности должны быть сухими, очищенными от пыли и кон­сервирующих покрытий.

Очищают путем обдува сжатым воздухом, пылесосом, щетками и т. п. Очищенные поверхности стеклопластиков подвергают шерохованию для снятия глянцевого поверхностного слоя.

Не сильно вязкие клеи можно наносить пневматическим или гидравлическим распылением, особенно удобным для нане­сения клея на большие поверхности обшивок.

Запрессовку панелей можно производить в винтовых и гид­равлических прессах, однако при склеивании панелей еще удоб­нее пользоваться пневматическими прессами или вакуум-пресса­ми.

Рис. 10.4. Схема изготовления трехслойных пластмассовых плит:

а - в вакуум-мешке; б - в пневмомешке; в - вспенивание пенопласта в полости плиты; 1 - плита; 2- вакуум-мешок; 3 - вакуум-насос; 4 -пневмомешок;5 - компрессор; 6 - короб; 7 - пустотообразователь; 8-пар

Основные принципы транспортирования и монтажа конструкций.

Транспортирование и монтаж конструкций дерева и пластмасс должны производиться с учетом их малой твердости и легкой повреждаемости. При транспортировании элементов несущих и ограждающих конструкций из дерева пластмасс должны быть приняты меры предохранения их увлажнения, случайных ударов и других неблагоприятных воздействий. Особенно следует опасаться приложения усилий, которые могут вызвать разрыв древесины поперек волокон или отделение клеевого шва. Захват элементов при подъеме можно производить только в местах, помеченных на изделии в соответствии с рабочими чертежами.

При проектировании элементов производят дополнительный их расчет для случая подъема. Этот расчет особенно важен для крупноразмерных элементов и конструкций (ферм, балок, noлуарок), в которых могут возникать достаточно большие усилия от действия собственной массы.

Перед установкой несущих конструкций в проектное положение производят их сборку, которую осуществляют на заводе-изготовителе или на строительной площадке, где конструкция может быть собрана полностью или частично. При частичной сборке операция окончательной сборки совмещается с монтаж и установкой в проектное положение (например, соединение двух полуарок или полурам на монтаже). Выбор места полной и частичной сборки конструкции определяется, главным образом, возможностью транспортирования конструкции или ее наибольшего элемента.

Сборку конструкции, доставленной к месту строительства в виде отдельных деталей, производят на горизонтальной ровной площадке в последовательности, указанной в рабочих чертежах. Перед сборкой должны быть выявлены и устранены дефекты, которые могли возникнуть в элементах при их транспортиро­вании. Собранные конструкции хранят в вертикальном положе­нии, предохраняя их от грунтовой и атмосферной влаги (путем применения подкладок, устройства навесов и т.п.).

Подъем конструкций после сборки и при монтаже должен производиться с помощью траверс и стяжек, обеспечивающих целостность конструкции. Перед подъемом все соединения (бол­ты, винты, стяжки, упоры и т. п.) должны быть плотно подогнаны и затянуты. До начала монтажа должны быть выверены опорные площадки, на которые будет установлена конструкция.

Несущие деревянные конструкции по мере их установки в проектное положение должны быть сразу же закреплены посто­янными связями и ограждающими конструкциями (прогонами, настилами, панелями), показанными в проекте. Первая конструк­ция после установки закрепляется временными растяжками или другими приспособлениями.

Такие несущие конструкции покрытия, как арки с затяжкой, фермы и балки, монтируют полностью собранными. Трехшарнир­ные рамы и арки удобнее монтировать, устанавливая в проектное положение отдельно две половины конструкции (полуарки, полу­рамы) и соединяя их после установки в ключевом (коньковом) узле. Для временного опирания верхней части полуарки при больших пролетах используют монтажную башню, с которой пос­ле выверки положения конструкции производят окончательную сборку ключевого узла. После выверки и закрепления собранной арки башню перемещают вдоль оси здания на следующую стоянку и производят монтаж очередной арки.

Рамы и арки небольшого пролета можно монтировать пол­ностью собранными.

Транспортирование пневматических оболочек может произво­диться в компактном, свернутом в пакет виде. Монтаж их заклю­чается в креплении краев оболочек к фундаменту, подвключении к воздуходувной установке и наполнении их воздухом под необ­ходимым избыточным давлением.