Комплексное использование древесины сибирской лиственницы в производстве экспортных пиломатериалов

Актуальность работы. В современный период одной из актуальных целевых задач лесопромышленного комплекса Сибири и Дальнего Востока в области лесопиления является удовлетворение растущего спроса внешнего рынка на пилопродукцию из лиственницы. Потребителей привлекает эта порода из-за ее высоких эксплуатационных свойств. Преимущества лиственницы по сравнению с другими хвойными породами проявляются во всех изделиях, эксплуатирующихся при больших нагрузках и в переменных температурно-влажностных условиях. Благодаря высоким физико-механическим свойствам и меньшей пораженности пороками роста и хранения перспективно применение лиственницы взамен ценных твердолиственных пород.

На территории России произрастает более десяти видов лиственницы. В Сибири и на Дальнем Востоке самыми распространенными являются сибирская и даурская лиственница. На долю этой породы приходится почти половина лесопокрытой площади страны, что составляет около 40% запасов хвойной древесины в эксплуатационных массивах. Основные запасы лиственницы сосредоточены в Восточной Сибири — более 75% от всех насаждений. В Красноярском крае лиственница занимает 13% лесного фондав Иркутской области до 40%- в Читинской до 70%, в Якутии — 80%.

В концепции устойчивого развития лесопромышленного комплекса Сибири на длительную перспективу предусмотрено создание ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих рациональное и комплексное использование лесосырьевых запасов. Большое значение придается оптимальному планированию и автоматизированному управлению технологическими процессами. От планов раскроя пиловочного сырья и их реализации в конкретных условиях производства зависит выход основной и попутной продукции, расход сырья по статьям затрат, а в итоге это сказывается на получаемой прибыли и технико-экономических показателях.

На структуру баланса распиленной древесины в численном выражении по отношению к ее объему оказывают влияние различные технологические факторы и в первую очередь размерно-качественный состав исходного сырья и спецификационные требования к вырабатываемой пилопродукции.

В связи с этим актуальным является проведение исследований по проблемам рационального и комплексного использования древесины сибирской лиственницы при ее переработке на экспортные пиломатериалы.

Цель работы: улучшение использования пиловочной древесины сибирской лиственницы при ее переработке на экспортную пилопродукцию в условиях предприятий севера Красноярского края.

Задачи работы.

1 .Исследовать размерно-качественную характеристику лиственничного пиловочного сырья, поступающего на лесоэкспортные предприятия севера Красноярского края при учете его ресурсов по ГОСТ 9463–88.

2. Построить математические модели образующих бревен разной вырезки из хлыста и на их основе определить фактические объемы бревен в сравнении с объемами, заложенными в ГОСТ 2708–75.

3. На основе математических моделей образующих бревен разной вырезки и их объемов разработать метод и определить объемы деловой части хлыстов сибирской лиственницы разной длины.

4. Теоретически обосновать выход твердых отходов по их видам.

5. Разработать программу комплексного автоматизированного расчета планов раскроя бревен при их многокритериальной оценке.

6. На основе разработанной программы произвести расчет системы поставов предприятия для раскроя бревен на экспортные пиломатериалы при их многокритериальной оценке с учетом фактических ресурсов распиливаемого сырья и их сравнения со стандартными значениями.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования с применением методов математического анализа, математической статистики, математического моделирования и разработки программного обеспечения автоматизированных средств на базе ЭВМ. Научная новизна работы. Новыми являются: полученные экспериментальным путем размерно-качественные характеристики лиственничного пиловочного сырья по ГОСТ 9463–88, поступающего на экспортные предприятия севера Красноярского краяматематические модели образующих бревен разной вырезки из хлыста, полученные по ним их фактические объемы и коэффициенты коррекции стандартных значений для определения реальных возможностей комплексного использования перерабатываемого пиловочного сырьяметод определения объемов деловой части хлыстов разной длины на основе математических моделей бревен разной вырезки из хлыстаматематические зависимости выхода твердых отходов по их видамалгоритм и программа комплексного автоматизированного расчета планов раскроя бревен сибирской лиственницы при многокритериальной оценке расхода древесины с учетом ее фактических ресурсов.

Практическая значимость. Практическую значимость представляет разработанный метод коррекции стандартных объемов бревен для выявления фактических ресурсов пиловочной древесины, перерабатываемой на лесоэкспортных предприятиях. Алгоритм и программа автоматизированного комплексного расчета планов расхода древесины приняты к внедрению на Новоенисейском JIXK и используются в учебном процессе. Они могут найти применение при раскрое лиственничного пиловочного сырья на пилопродукцию широких размерных спецификаций внутреннего и внешнего рынков сбыта.

На защиту выносятся: размерно-качественная характеристика лиственничного пиловочного сырьяматематические модели образующих бревен и хлыстов, позволяющие определять фактические ресурсы перерабатываемой пиловочной древесины для комплексного использованиятеоретические зависимости выхода твердых отходов по их видамалгоритм и программа комплексного автоматизированного расчета планов раскроя бревен сибирской лиственницы при многокритериальной оценке расхода древесины с учетом ее фактических ресурсов.

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы были представлены на: Всероссийской научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс — проблемы и решения» (Красноярск, 2002) — Международной научно-практической конференции «Интеграция науки и высшего лесотехнического образования, инновационная деятельность на предприятиях лесного комплекса» (Воронеж, 2002) — Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2003) — IV Международной научно-технической Интернет-конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2004) — Международной научно-практической конференции «Лес — 2005» (Брянск, 2005) — Международной научно-практической конференции «Лесной комплекс: состояние и перспективы развития» (Брянск, 2005). Основные результаты работы опубликованы в журнале «Деревообрабатывающая промышленность» (№ 5, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 статья в журнале «Деревообрабатывающая промышленность» № 5, 2004 и 6 статей — в сборниках материалов международных конференций.

Структура работы. Диссертация изложена на 171 странице, состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций,.

Общие выводы и рекомендации.

1. По данным на 1.01.2005 г., представленным Агентством лесного хозяйства по Красноярскому краю, Таймырскому и Эвенкийскому автономным округам, основными лесообразующими породами в этих регионах являются лиственница (43,5%), сосна (13,2%), береза (13,3%), на пихту, ель и кедр приходится 22,4%, запасы лиственницы в Красноярском крае составляют около 1 млрд. м3 Поэтому в ЛПК Сибири лиственница является наиболее перспективной породой. В настоящее время одной из актуальных задач ЛПК Сибири и Дальнего Востока в области лесопиления является удовлетворение растущего спроса внешнего рынка на пилопродукцию из лиственницы.

2. Из анализа пиловочной древесины лиственницы сибирской, поступающей на экспортное предприятие г. Лесосибирска — Новоенисейский ЛХК, выявлено, что средний диаметр лиственничных пиловочных бревен 24 см, средняя длина — 5,55 м. 23% всех учтенных бревен сибирской лиственницы выпилено из комлевой части хлыста, 52% - из срединной и 25% - из вершинной. Средний диаметр комлевых бревен — 34 см, срединных — 23 см, вершинных — 16 см, средняя длина — 5,7 м, 5,5 м, 5,5 м, соответственно.

3. Установлено, что 44,5% от общего количества учтенных бревен приходится на бревна I сорта, 29,4% составляют бревна II сорта и 16% -бревна III сорта. Основными пороками в бревнах II и III сорта являются сучки (37%), ядровая гниль (20,1%), кривизна (14,2%), червоточина (7%). Высокую сортность распиливаемого сырья можно объяснить только их поставкой по специальному заказу с целью получения наибольшей валютной выручки от реализации экспортной пилопродукции на внешних рынках.

По разработанным зависимостям величины сбега (см/м) бревен сибирской лиственницы от их диаметра и длины выявлено, что фактические показатели сбега пиловочных бревен значительно больше стандартных, в некоторых случаях в 2 и более раза.

Средневзвешенный коэффициент сбега лиственничных пиловочных бревен равен 1,27. Для бревен комлевой вырезки он равен 1,4, срединной -1,19, вершинной — 1,32. Из сравнения фактических значений коэффициента сбега с заложенными в стандарте следует, что коэффициенты сбега, рассчитанные по результатам замеров пиловочных бревен, больше стандартных в среднем на 4% для тонких бревен и на 13% для толстых бревен.

4. На основании экспериментальных замеров построены математические модели образующих пиловочных бревен сибирской лиственницы разной вырезки, рассчитаны их фактические объемы и дана им сравнительная оценка со стандартными объемами по ГОСТ 2708–75, а также с показателями, вычисляемыми по формуле объема параболоида.

5. В классической теории раскроя пиловочного сырья объем бревен приравнен к объему параболоида. Исследования показали, что фактические объемы бревен в среднем на 0,7% меньше вычисленных по объему параболоида, а отношение разности между ними к объему параболоида коэффициент (р{) не превышает 0,8%, эта разница не оказывает существенного влияния на результаты теоретических выводов.

6. Отношение разности фактического и стандартного объемов к последнему (коэффициент (р{) находится в пределах от -0,42 до -11,86% в зависимости от толщины и длины бревен.

Средневзвешенные фактические значения объемов лесоматериалов толщиной 14−24 см по ГОСТ 9463–88 длиной 4 м больше средневзвешенных стандартных значений на 13,6%. Для крупных лесоматериалов толщиной более 26 см по ГОСТ 9463–88 эта разница составляет 11%, для всех бревен -10,9%. При длине 5 м в указанных группах эти показатели составляют 9,8%- 8,5%- 8,2%. При длине 6 м они равны 6,4%- 6,21%- 5,7%. Следовательно, разница фактических и стандартных объемов бревен увеличивается с уменьшением их длины: в средних группах бревен это уменьшение составляет при изменении длины от 4 до 6,5 м 7,2%, в крупных группах 4,8%), для всех бревен — 5,2%.

Аналогично, фактические объемы деловой части хлыстов превышают их стандартные объемы. При длине деловой части хлыста 16,5 м его фактический объем больше стандартного по отношению к последнему на 7,6%- при длине 22,15 м — на 6%- при длине 27,3 м — на 7,3%).

7. В настоящее время в компьютерных программах проектирования поставов различных авторов задействован стандартный объем пиловочного сырья по ГОСТ 2708–75, в который заложены усредненные значения сбежистости бревен всех пород. Фактически этот показатель, характеризующий их полнодревесность, имеет существенные отличия не только в разных породах, но и в бревнах, получаемых из комлевой, средней и вершинной частей хлыстов одной породы. В процессе распиловки эти особенности сказываются не только на количестве получаемой продукции и отходов, но и на загрузке основного и транспортного оборудования. Это выявило необходимость разработки программ, в которых учитывается фактический объем распиливаемого сырья. Применение компьютерного управления процессом с включением в программы раскроя сырья фактических моделей бревен и их объемов позволит более адекватно определять показатели расхода древесины и корректировать весь процесс ее переработки с учетом поступающего в распиловку сырья.

8. Для определения показателей комплексного использования древесины лиственницы в производстве пиломатериалов разработаны алгоритм и программа автоматизированного расчета планов расхода пиловочного сырья по статьям баланса. Она выполнена с применением системы программирования MS Visual Basic 6.0. Для хранения информации организована реляционная база данных в СУБД MS Access. Универсальность разработанной программы заключается в следующем: она позволяет производить расчет комплексного использования древесины по фактическим объемам распиливаемого сырья с учетом и без учета места вырезки бревен из хлыста, а также с использованием значений объема бревен по ГОСТ 2708–75. Кроме того, она является открытой: в таблицы базы данных можно добавлять любое количество необходимой информации, что делает ее открытой.

9. Отличие разработанной программы расчета расхода пиловочного сырья заключается прежде всего в многокритериальной оценке рациональности его использования на спецификационную пилопродукцию. В число критериев включены, кроме показателя объемного выхода пиломатериалов, фактические затраты сырья на попутную продукцию в виде щепы и опилок. При этом выявляются и безвозвратные потери на усушку и распыл, а также расход пиловочного сырья на опилки, горбыли, рейки, торцовые отрезки. Для расчета критериев рациональности использования пиловочного сырья применены показатели, в которых учтен как его фактический объем, так и стандартный.

10. С использованием разработанной программы рассчитаны ходовые поставы предприятия для раскроя лиственничного пиловочного сырья на экспортные пиломатериалы и получена система показателей расхода древесины по статьям баланса, из анализа которой установлено, что минимальное и максимальное значения объемного выхода пиломатериалов в процентах от сырья равны, соответственно, 31,2% и 61,96%. При этом выход пиломатериалов растет с увеличением диаметра бревен, достигая своего максимального значения для бревен диаметром 42 см (61,96%).

11. На каждом лесопильном предприятии налажен точный учет вырабатываемых пиломатериалов, как наиболее ценной продукции, поэтому по балансу, составленному в зависимости от выхода пиломатериалов, можно определить остальные статьи расхода древесины и на этой основе выявить возможности ее реализации. С использованием полученных регрессионных зависимостей выхода компонентов баланса от выхода пиломатериалов разработан универсальный фактический баланс пиловочного сырья лиственницы. В отличие от известных в структуре баланса отражены показатели объемного выхода твердых отходов по их видам.

12. Количество вырабатываемых пиломатериалов, учитываемое в кубометрах, не зависит от метода расчета объема распиливаемого сырья, но в процентном отношении к сырью, когда его объем определяется по стандарту, оно будет завышено на 3% и более, что приводит к искажению структуры баланса, так как в нем будет занижен выход фактически получающихся твердых отходов.

13. Если в расчетах задействовать не стандартные величины объема распиливаемого сырья, а фактические, это позволит регламентировать весь производственный цикл, включая потоки для отходов и попутной продукции, с максимальным приближением к реальным условиям и при этом с большей вероятностью планировать совокупный доход и рентабельность производственных процессов.

14. Разработанная программа комплексного автоматизированного расчета планов раскроя лиственничного пиловочного сырья на экспортную пилопродукцию внедрена на Новоенисейском ЛХК и используется в учебном процессе. Может быть использована при раскрое лиственничного пиловочного сырья на пилопродукцию широких размерных спецификаций.