Распиловка пиломатериалов

Пиломатериалы — материалы из древесины (брусья, доски и бруски), получаемые лесопилением. Различают пиломатериалы радиальной, тангенциальной и смешанной распиловки. Пиломатериалы с опиленными кромками называются обрезными, с неопиленными — необрезными.

Большие высококачественные брёвна (это бревна из нижней, комлевой части дерева) дают наиболее ценный пиломатериал. При пилении таких брёвен, надо определиться с толщиной получаемых досок, чтобы максимизировать объём и стоимость получаемого материала. Поскольку цены на пиломатериал зависят от его толщины, и кроме того, при распиловке на толстый брус получается меньше опилок, это решение серьёзно влияет на доход. Однако, если при этом качество толстого материала ниже, даже если лучшая грань почти чистая, то продать его за хорошую цену будет непросто. Распиловщик должен постараться уменьшить размер напиливаемого материала, когда увидит, что качество древесины начинает падать.

Если бревно хорошее, производить пиломатериал большого размера и железнодорожные шпалы из центральной части бревна, по меньшей мере, неразумно. Потому что цена бруса всегда меньше, чем цена доски.

 

Схема распиловки, для максимального получения доски радиального  и полурадиального распила.
Схема распиловки, для максимального получения доски радиального  и полурадиального распила

Для брёвен высоких сортов рекомендуется пиление по кругу. Фактически, пиление с учётом конусности бревна с наклоном бревна так, чтобы пиление происходило параллельно коре, рекомендуется для всех «хороших» граней. Результатом будет получение чистой древесины по всей длине, более ценных кусочков пиломатериала, и это позволит избежать необходимости распиливать чистую древесину потом на коротыши. Когда дойдёте до низкосортной части бревна, переходите к форме бруса и минимизируйте при этом операцию обрезки бруса по бокам.

Прочные, но некачественные брёвна нужно пилить так быстро, как только возможно. От этих брёвен толку мало — прибыль очень маленькая, либо вообще никакая, значит, эти брёвна нужно вынимать из станка чем быстрее, тем лучше. Здесь подходит любой способ пиления. Чаще всего их пилят на брус, либо просто пилят насквозь. Перевороты бревна в данном случае вообще лучше свести к абсолютному нулю.

Непрочные брёвна дают такую несущественную прибыль и такой огромный риск поломать продукт, что лучше вообще не иметь с ними дела.

Брёвна среднего качества могут давать значительное количество хорошего пиломатериала, и тут уже многое зависит от распиловщика, от того, как он будет переворачивать бревно. Здесь решение о вращении бревна критично для прибыли.

Для начала надо выбрать наихудшую часть бревна и спилить её без учёта сбега. Но нельзя пилить с этой стороны слишком много. Для небольших брёвен вообще нужно спилить один пласт, то есть пропилить один раз во всей длине бревна, или пласт и короткую доску, а затем перевернуть бревно на противоположную сторону.

Другой способ состоит в том, что надо выбрать наилучшую сторону бревна и начинать распил с учётом конусности бревна. Затем долго распиливается именно эта часть, прежде чем бревно будет перевернуто.

Пиломатериал напиливается с одной грани до тех пор, пока распиловщик ожидает, что следующая доска с этой стороны бревна будет не ниже по качеству, чем доски, которые можно получить из другой грани. Существует исключение: если начать пилить с наихудшей грани бревна, то надо пилить, пока не получится абсолютно гладкая поверхность распила, чтобы перевернуть на неё бревно. Другими словами, хорошую сторону бревна нужно распиливать глубоко, а с плохой стороны просто снимается пласт или пласт и одна доска.

Если взять бревно диаметром 60 см, хотя это справедливо для всех брёвен любых размеров, при пилении с поворотом на 180° получаем 8 досок, которые нужно дополнительно обрезать по бокам, а с использованием менее эффективного метода, поворачивая всегда на соседнюю грань, получим 13 таких досок. Одно это обстоятельство уже может быть значительным доводом в пользу переворота бревна на 180°, особенно для небольших предприятий. Кроме того, такой способ пиления даёт больше широких досок, а они обычно более ценные. При перевороте на соседнюю грань получается 8 досок тангенциального распила, которые подвержены сильному короблению при сушке. Далее, если это орех или красный дуб с узкой заболонной частью, то при 180-градусном перевороте бревна получим 10 досок с заболонью, при другом методе переворота — 13 досок. Заболонь вызывает проблемы при сушке. А при 180-градусном перевороте бревна внутреннее напряжение древесины снимается, что в результате позволяет избежать щелей и трещин.

Переворот на соседнюю грань может быть легче, но с экономической точки зрения и с точки зрения безопасности пиления выгоднее вращение бревна на 180°.

После того, как распилены две противоположные грани бревна, нужно переходить к третьей и четвёртой. Как обычно, первой распиливается худшая из этих граней без учёта конусности бревна. Однако грань хорошего качества всегда должна распиливаться параллельно коре, чтобы увеличить выход хороших пиломатериалов из бревна.

Ширина первого пласта при пилении со всех четырёх сторон бревна является критичной.

Если грань хорошего качества, то есть первая спиленная доска может быть отнесена к хорошему сорту, тогда минимальная ширина распиливаемого пиломатериала должна быть 15-1 см. Конечно, это зависит от размеров самого бревна. Чтобы учесть дальнейшую обработку доски, строгание или даже обрезку по бокам, рекомендуется именно 15-1 см, а не 15 см.

Если грань плохого качества, тогда имеет смысл пилить доски шириной не менее 10-1 см. Длина таких досок должна быть не меньше 1,2 м. Нужно вообще производить на своей пилораме доски не меньшей длины.

Когда дело доходит до брёвен откровенно плохого качества, имеет смысл распиливать их с «брюха» или с «ушек», а не искать хорошую грань. «Ушки» обычно снимаются за 1 или 2 прохода пилы, открывая гладкую поверхность внутри бревна. Распил с «брюшка» требует большего числа манипуляций, а в результате вы получаете несколько коротких, но чистых досок.

Брус имеет ряд преимуществ по сравнению с тонкими досками. Брус часто имеет красивый узор древесины, который нравится покупателям. При сушке он усыхает вдвое меньше, чем доски (3% против 6% у досок). Меньше растрескивания во время сушки. При изменении влажности окружающей среды брус более стабилен. Когда им покрывают пол, он почти не изнашивается.

Так же при пилении бруса выход полезного продукта из бревна на 20% ниже. Скорость его производства гораздо ниже. Он требует времени сушки на 15% больше. Брус усыхает по толщине в 2 раза больше, чем узкие доски. Острые сучья, которые остаются в брусе, в отличие от круглых сучьев в досках, сильно снижают прочность материала.

 

Типы распила Типы распила
Типы распила: 1 — тангенциальный распил; 2 — радиальный распил; 3 — полурадиальный распил. 

 

Типы распила

Радиальным называется распил, при котором плоскость разреза проходит через сердцевину ствола. Древесина таких досок довольно однородна по цвету и текстуре, межкольцевые размеры минимальны. Доски радиального распила  устойчивы к внешним воздействиям, практически не подвергаются деформации и обладают высокой износостойкостью. Доска радиального распила имеет коэффициент усушки = 0,19%, а коэффициент разбухания = 0,2%. Эти показатели у пиломатериалов радиального распила вдвое лучше, чем у доски тангенциального распила. У доски радиального распила процесс усушки и разбухания идет по ширине волокон — толщина доски, а у тангенциального распила по ширине доски т.к. волокна у «тангенса» расположены по ширине. Соответственно у доски пола, паркетной доски, имитации бруса, блок-хауса, вагонки  радиального распила щелей практически нет по сравнению с аналогичными изделиями тангенциального распила. Поскольку выход досок радиального распила составляет 10 — 15% от общего объема, стоимость их довольно высока.

Радиальный распил  древесины — способ распила бревна, при котором все волокна в доске идут вдоль направления годовых колец. При радиальном распиле пиломатериал обладает наилучшими физико-механическими качествами. Прочность и твердость древесины при радиальном распиле выше, чем при тангенциальном.

Выход доски радиального распила  обычно невелик (не превышает 30%). На продольно-распиловочных станках UP-700 выход доски радиального распила достигает 60%. Такой высокий показатель достигается благодаря системе оптимизации распила. Выбирая среди критериев оптимизации максимальный выход доски радиального распила, условия радиальности и полурадиальности  распила, технолог определяет процент выхода радиальной доски.

Радиальный распил  можно произвести и на другом оборудовании. Но процентный выход доски радиального раскроя на другом оборудовании зависит от того, как оператор раскроил бревно. Обычно этот показатель значительно меньше 50 %. За счёт микропроцессорной системы управления и системы оптимизации на UP-700 можно получить максимально возможное количество доски радиального распила.

тангенциальный распил радиальный распил полурадиальный распил
тангенциальный распил радиальный распил полурадиальный распил
Фактура распила: 1 — тангенциальный распил; 2 — радиальный распил; 3 — полурадиальный распил. 

Тангенциальным  называется распил, при котором плоскость разреза проходит на расстоянии от сердцевины, по касательной к годичному слою ствола. Такие доски имеют ярко выраженную текстуру и насыщенный волнообразный рисунок годовых колец. Доски тангенциального распила  имеют более высокие коэффициенты усушки и разбухания, но более доступны по цене.

Пиление древесины твёрдых сортов

 

Операция пиления включает решения о толщине доски, перевороте бревна и компенсации конусности бревна. Это зависит от многих факторов: от сорта древесины, качества бревна, его размеров, конструкции станка и сортности пиломатериала, который нужно получить. Можно выделить 3 стандартных схемы распила:

Простое пиление

Бревно распиливается до тех пор, пока не откроется его сердцевина, а затем переворачивается на 180° и допиливается до конца. Это самый быстрый и лёгкий метод пиления, всё же при этом методе каждый кусок пиломатериала нужно обрезать по бокам. Распиленный таким образом пиломатериал несколько шире и тяжелее, более низкого качества и имеет много отходов. Он чрезвычайно подвержен короблению во время сушки. Поэтому простое пиление или пиление насквозь оправдано только в случае с брёвнами очень низкого качества, когда все вышеперечисленные недостатки уже не особенно важны.

Круговое пиление

При пилении по кругу сначала делается пропил, и бревно переворачивается на новую грань, распиливается, и переворачивается снова, до тех пор, пока не произойдет как минимум 5 переворотов. С финансовой точки зрения это наилучший способ для брёвен среднего и высокого качества, хотя в то же время на некоторых пилорамах осуществлять такой переворот бревна тяжело, а дневная производительность окажется невысокой. Разумеется, станок с гидравликой решает эту проблему.

Пиление бруса

Пиление бруса максимизирует производительность распиловочного станка (количество досок в день) и, как правило, применяется в промышленности при работе с брёвнами среднего и большого размеров. В этом случае бревно распиливается вначале как при пилении по кругу, но центральная часть бревна, которая может иметь размеры 18x23 или 25x25 и так далее либо передается в обработку на другой станок по технологической линии, либо продаётся как большой и тяжёлый брус. В основном, таким образом пилятся брёвна среднего и низкого качества, когда невозможно из центральной части бревна получить ценный пиломатериал. Таким образом, экономится время и усилия при производстве продукта не очень высокого качества и, следовательно, не очень высокой цены.

Решение о том, с какой стороны бревна начинать пиление, какую поверхность распила открыть первой — это самая важная часть распиловки. Делим бревно на 4 грани, каждая из которых протягивается по всей длине бревна и занимает определённую часть от его окружности. Выбор первой грани определяется положением всех других.

При пилении по кругу и пилении бруса действуют два основных правила:

Самая плохая грань бревна распиливается первой без всякого учёта конусности бревна. Учёт сбега бревна означает поднятие или наклон бревна таким образом, чтобы пила пилила параллельно коре. Поскольку это самая плохая часть бревна, это значит, что из неё получатся короткие доски и много горбыля. Так как мы не учитываем конусность бревна, это даёт нам возможность с противоположной, лучшей стороны бревна производить пиление параллельно коре, при этом не поднимая и не наклоняя бревно. Значит, из этой наилучшей части бревна выйдет больше досок высокого качества, к тому же совпадающих по длине с длиной бревна.

Первой распиливать лучшую грань дерева, учитывая при этом конусность бревна. Это значит, что бревно нужно поднимать или наклонять так, чтобы первый пропил производился параллельно коре.

Конечный результат обоих методов будет примерно тот же самый, но у второго метода есть одно преимущество. В этом случае распиловщику легче вращать бревно, потому что открытая грань — самая чистая, на ней нет дефектов. В случае с первым правилом лучшая часть дерева — та часть, что противоположна открытой грани. Её не видно, и точно вращать бревно невозможно. Обычно, если древесина хорошего качества, то оба правила работают практически одинаково. Но если столкнуться с бревном похуже, лучше пользоваться вторым правилом.

 

Пиление древесины мягких сортов

Многие методы, используемые при пилении твёрдой древесины, подходят и для мягких сортов. Но есть и некоторые различия. Конечно, соображения безопасности должны преобладать над желанием произвести как можно больше продукта.

Расположить бревно так, чтобы при пилении незначительные дефекты материала оказывались внутри пиломатериала, конечно, если эти дефекты не столь серьёзны, чтобы повлиять на прочность конечного продукта. Если возможно, надо пилить так, чтобы все сучья и дефекты располагались с одной стороны пиломатериала, в то время как другая сторона оставалась чистой. Правда, в случае со стройматериалами чистая поверхность не влияет на конечную цену продукта. А вот большие сучья или дефекты могут влиять на прочность конструкции.

Выбрать наихудшую сторону бревна и начинать пилить с неё, производя короткий пиломатериал. Первый пиломатериал будет наихудшим и, соответственно, он должен быть коротким, чтобы его можно было продать.

После того, как бревно распилено с плохой грани по всей длине бревна, надо перейти к противоположной грани, и пилить параллельно коре. С хорошей грани ширина распиливаемой доски должна быть не меньше 15 см. На меньших брёвнах — менее 30 см в диаметре, первая доска должна быть 10 см шириной. Огромные брёвна будут иметь меньше дефектов внутри и, следовательно, не нужно их переводить на большие строительные конструкции.

Следует всегда переворачивать бревно с одной грани на другую, если пиломатериал из новой грани будет лучшего качества, чем из той, которую только что пилили.

Брёвна из отходов. Надо распилить «ушки» за один проход пилы, потом переверните бревно на «брюшко», возможно, из него можно сделать хоть немного коротких досок.

Допуски пиломатериалов

В древесине изделий соответствующих категории «Экстра» не допускаются пороки превышающие нормы, указанные в таблице: 

Наименование порока

Норма ограничения в деталях

На лицевой поверхности

На нелицевой поверхности

Сучки сросшиеся, здоровые

Диаметром до 8мм не более 1 шт на 1 мпг.

Допускаются

Ядровые пятна, заболонные грибные и химические о краски, побурение, ложное ядро, засмолок, сердцевина.

Не допускаются

Допускаются

Смолянные кармашки

2х15мм не более 1шт на 1мпг.

Допускаются

Сучки выпавшие, трещины, вырывы, выхваты, бахрома, гнили, засинение.

Не допускаются

Допускаются

В древесине изделий соответствующих категории «А» не допускаются пороки превышающие нормы, указанные в таблице:

Наименование порока

Норма ограничения в деталях

На лицевой поверхности

На нелицевой поверхности

Сучки частично сросшиеся с трещинами шириной не более 1мм

Диаметром до 1/5 ширины не более 2 шт. на 1мпг

Допускаются

Сучки здоровые сросшиеся с трещинами шириной не более 1мм

Диаметром до 1/3 ширины не более 2 шт на 1 мпг

Допускаются

Загнившие гнилые и табачные

Не допускаются

Допускаются

Выпавшие сучки на кромке детали (шип)

Допускаются глубиной до 5мм

Допускаются

Трещины не сквозные шириной 1мм глубиной не более 4мм

Суммарная длина не более 1/5 длины, в том числе трещины с шириной не более 1/3 в долях толщины.

Допускаются

Смолянные кармашки

До 3х50мм не более 1шт. на 1мпг

Допускаются

Вырыв, выхват,выпил, вмятина, скол, задир, выщербина.

Допускается глубиной до 3мм. Не более 1 шт на 1мпг

Допускаются

Ядровые пятна, побурение, ложное ядро.

Допускается в виде пятен и полос до 50% площади изделия.

Допускаются

Бахрома, гнили, засинение.

Не допускается.

Допускаются

В древесине изделий, соответствующих категории «В» не допускаются пороки, превышающие нормы, указанные в таблице: 

Наименование порока

Норма ограничения в деталях

На лицевой поверхности

На нелицевой поверхности

Сучки частично сросшиеся, темные, здоровые.

Диаметром до ¼ ширины изделия не более 3 шт на 1 мпг.

Допускаются

Сучки не сросшиеся

Диаметром до 1/5 ширины изделия не более 3 шт на1  мпг

Допускаются

Сучки здоровые

Допускается без ограничений

Допускаются

Сучки выпавшие

Не допускается

Допускаются

Трещины не сквозные

Допускается с суммарной длиной до 1/3 длины издлия, шириной не более 2мм.

Допускаются

Смолянные кармашки

5х70 мм не более 1 шт на 1мпг.

Допускаются

Червоточины.

Не допускаются

Допускаются

Вырыв, выхват, выпил, вмятина, скол, задир, выщербина.

Не допускается глубиной более 5мм.

Допускаются

Ядровые пятна,побурение, ложное ядро.

Допускается до 75% от площади изделия

Допускаются

Бахрома, гнили.

Не допускаются

Допускаются

Засинение.

Допускаются не более 25% от площади изделия.

Допускаются

В древесине изделий, соответствующих категории «С» не допускаются пороки, превышающие нормы, указанные в таблице: 

Наименование порока

Норма ограничения в деталях

На лицевой поверхности

На нелицевой поверхности

Сучки любые, кроме выпавших

Допускаются

Допускаются

Сучки выпавшие

Не допускаются

Допускаются

Трещины не сквозные.

Допускаются

Допускаются

Смолянные кармашки

Допускаются

Допускаются

Червоточины

Допускаются

Допускаются

Вырыв, выхват, выпил, вмятина, скол, задир, выщербина.

Не допускается глубиной более 10 мм

Допускаются

Ядровые пятна, побурение, ложное ядро.

Допускаются

Допускаются

Бахрома, гнили

Не допускаются

Допускаются

Засинение

Допускается не более 50% от площади изделия.

Допускаются

Примечание:

Лицевыми являются поверхности, видимые при эксплуатации.

Тупой обзол в досках для покрытия полов и обшивках допускается с не лицевой стороны до паза и гребня. Обзол должен быть очищен от коры.

Изгиб изделия считается допустимым, если он устраняется легким прижатием изделия к ровной поверхности.

Классы точности в деревообработке

Во избежание ошибок в размерах, влажность древесины должна быть на 2…3 % ниже среднеэксплуатационной влажности. Например, влажность оконных рам 9…11 %, внутренних дверей — 7…10 %, наружных дверей — 14…17 %. Допустимые отклонения в деревообработке относят к изделиям, размеры которых не более 3150 мм. Величина допустимого отклонения увеличивается с размерами детали. Изделия деревообрабатывающей промышленности в зависимости от точности обработки подразделяют на три класса точности.

Первый класс точности для изделий с высокой точностью обработки: деревянные части механизма музыкальных инструментов, измерительного инструмента, деталей физических инструментов и др. Точность измерения таких изделий до ±0,02 мм.

Второй класс точности для мебели, радио- и телевизионных футляров, встроенной фанерованной мебели, столярных дверей и др. В этом классе точность измерения до ±0,05 мм.

Третий класс точности для изделий, эксплуатируемых при перепадах влажности, у которых отклонения размеров не влияют на их внешний вид и функциональные требования. По третьему классу точности изготовляют окна, двери, деревянные детали сельскохозяйственных машин, вагонов и других подобных изделий. Точность измерения в этом классе ±0,1 мм.

Номинальный размер детали, узла или изделия является основным размером, который определяется расчетным или опытным путем и указывается в чертеже (в мм).

Допуски и посадки
Допуски и посадкиа — основные обозначения; б — подвижная посадка; в — неподвижная посадка; 1 — номинальный размер; 2 — наибольший действительный размер; 3 — наименьший действие тельный размер; 4 — допустимое отклонение размера; 5 — верхнее (наибольшее) отклонение; 6 — нижнее (наименьшее) отклонение; 7 — наименьший зазор; 8 — наименьший натяг; 9 — наибольший натяг.

Действительный размер — это фактический размер детали, полученный измерением после обработки. Точность измерения должна отвечать классу точности.

Предельный размер — это два допустимых размера, между которыми находится действительный размер. Наибольший допустимый размер называют наибольшим предельным размером, наименьший допустимый размер — наименьшим предельным размером.

Отклонение — это разница между номинальным и действительным размерами. Разницу между наибольшим предельным размером и номинальным размером называют верхним отклонением, разницу между номинальным размером и минимальным предельным размером — нижним отклонением. Допуск — это разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами. Элементы системы допусков и посадок показаны на рисунке.

Помимо предельных отклонений есть допустимые предельные отклонения свободных размеров конструкций. Свободные размеры не оказывают влияния на размеры смежных конструкций и не зависят от них.

Посадки в деревообработке. В деревообработке систему отклонений размеров объединяют с видами соединений деталей — посадкой. В соединении двух деталей (посадке) две сопрягаемые части или поверхности: гнездо или отверстие — с одной стороны и шип или вал — с другой стороны. Для всех видов посадок за основу принимают отверстие. Систему посадок деревянных конструкций принято называть системой отверстий. Для отверстий допустимо верхнее отклонение, размеры отверстий могут быть в границах допустимых отклонений, но только большими, чем номинальный размер. Противоположная часть посадки — шип или вал, его размер является переменным, приспосабливаемым к размеру отверстия, и зависит от выбранных посадок. Для приспосабливаемой части соединения, т. е. вала, допустимы положительные и отрицательные отклонения. Если отверстие больше вала, тогда имеется зазор, позволяющий соединяемым деталям свободно перемещаться. Это перемещение зависит от величины зазора и такое соединение называют подвижной посадкой. Если вал больше отверстия, тогда древесина в месте соединения напряжена (растянута или сжата), т. е. образуется натяг. Степень натяга зависит от разницы размеров отверстия и вала. Такое соединение деталей называют неподвижной посадкой.

Деревянные конструкции изготовляют по второму и третьему классу точности обработки.

Второй класс точности обработки деталей имеет шесть видов посадок: неподвижные (тугая, напряженная и плотная посадки); подвижные (скользящая, ходовая и легкоходовая посадки).

Допустимые предельные отклонения свободных размеров

Номинальные размеры, мм Отклонения размеров, мм
Для конструкций I класса точности для конструкций II класса точности для конструкций III класса точности Для остальных конструкций
1…10 ±0,13 ±0,25 ±0,5 ±1
10…18 ±0,15 ±0,30 ±0,6 ±1
18…30 ±0,18 ±0,35 ±0,7 ±1,5
30…50 ±0,20 ±0,40 ±0,8 ±1,5
50…80 ±0,23 ±0,45 ±0,9 ±2
80…120 ±0,25 ±0,50 ±1 ±2
120…260 ±0,30 ±0,60 ±1,2 ±2,5
260…500 ±0,35 ±0,70 ±1,4 ±3,5
500…800 ±0,45 ±0,85 ±1,7 ±3,5

 

Допустимые отклонения для деревянных строительных деталей

Полуфабрикаты и детали Допустимое отклонение номинального размера, мм ±
высота ширина толщина
Дверные и оконные блоки 3 3 2
Оконные створки, неоткрывающиеся оконные рамы и форточки, дверные створки (наружные размеры) 2 2 1
Внутренние элементы дверной коробки, детали для оклейки кромок, перемычки, поперечины 1 1
Детали коробок, поперечные элементы 2 2

Третий класс точности имеет пять видов посадок: неподвижные (напряженная и плотная посадки); подвижные (скользящая, ходовая и легкоходовая посадки).

Тугая посадка имеет наибольший натяг (в мебельных конструкциях при массивных Т-образных соединениях).

Напряженную посадку применяют в угловых соединениях рам и коробок.

Ходовую посадку применяют в шиповых соединениях, при сплачивании щитов, в рамных конструкциях с филенками и др. Окончательная прочность таких посадок достигается только после склеивания.

Скользящую посадку употребляют в конструкциях, детали которых из-за нагрузки или деформации должны скользить при достаточно плотном соединении.

Ходовую посадку применяют в угловых соединениях оконных рам и дверных полотен.

Легкоходовая посадка является основной для изделий с выдвижными элементами, например с выдвижными ящиками.

Допустимые отклонения номинальных размеров для деревянных деталей (полуфабрикатов) даны в таблице.

В окнах и дверях допустимое отклонение зазоров в сопряжениях допускается до ±1 мм. Коробление оконных и дверных створок, неоткрывающихся переплетов не более 2 мм, а для форточек — не более 1 мм. Отклонение от прямоугольной формы, измеренной по внутренним диагоналям, — не более ±3 мм.

Чистота обработки зависит от шероховатости поверхности древесины. Шероховатость определяют расстоянием от вершины гребня до дна впадины неровности в мм или в мкм (микрометрах). Как минимум выполняют три замера, вычисляя среднюю арифметическую величину. Шероховатость поверхности измеряют оптическими приборами. Шероховатость поверхности древесины подразделяют на 10 классов. 

Классы шероховатости поверхности древесины и методы ее обработки  

Класс шероховатости поверхности Обозначение класса Расстояние, мм
2 τΔ 2 0,8…1,25
3 τΔ 3 0,5…0,8
4 τΔ 4 0,315…0,5
5 τΔ 5 0,2…0,315
6 τΔ 6 0,1…0,2
7 τΔ 7 0,08…0,1
8 τΔ 8 0,03…0,06
9 τΔ 9 0,016…0,03
10 τΔ 10 0,000…0,016

 

Класс шероховатости поверхности Виды обработки древесины, определяющие шероховатость поверхности
Распиливание на лесопильной раме деревьев хвойных пород Распиливание на раме деревьев лиственных пород Распиливание древесины на дисковых пилах Строгание или фрезерование древесины Шлифование поверхности древесины (№ шлифовальной шкурки)
1                    
2            
3            
4
5            
6   200…80
7   50…40
8   32…16
9 12…8
10 8 и мельче

Пиломатериалы хвойных пород

Пиломатериалы из сосны, ели, лиственницы и пихты изготовляют различного ассортимента. По раскрою пиломатериала различают сердцевинные, центральные, крайние доски и горбыли (рис. 2). Сердцевинная доска обычно одна. Центральные доски (обычно их две) выпилены из центральной части ствола, пропил между ними проходит через сердцевину. Такие доски получают из тонких бревен. Крайние доски находятся между центральными досками и горбылями. Из толстых бревен выпиливают брусья, а из остальной части — планки и доски или рейки (рис. 2).

Ассортимент пиломатериалов
Рис. 1. Ассортимент пиломатериалов: а — пластина; б — четверть; в — чистообрезная доска; г — необрезная рейка; о — двухкантный брус; е — чистообрезной брус (четырехкантный брус); ж — горбыль; з — трехкантный брус (половина двухкантного бруса); и — шпала.
Название доски в распиленном бревне
Рис. 2. Название доски в распиленном бревне: 1 — сердцевинная доска; 2 — центральные доски; 3 — боковые доски; 4 — горбыли.
Название доски в зависимости от вида обзола
Рис. 3. Название доски в зависимости от вида обзола: а — необрезная; б — чистообрезная; в — частичнообрезная с тупым обзолом; г — частичнообрезная с острым обзолом в тонком конце.

Пиломатериалы хвойных пород имеют толщину: 13, 16, 19, 22, 25, 32, 40, 45, 50, 60, 75, 100, 130, 150, 180, 200, 220 и 250 мм, допуская отклонения: для пиломатериалов толщиной до 32 мм ±1 мм; > 100 мм ±2 мм; более 100 мм ±3 мм.

Ширина обрезных досок хвойных пород 80, 90, 100, 11.0, 130, 150, 180, 200, 220 и 250 мм согласовывается с толщиной. Допустимые отклонения по ширине: до 100 мм — ±2 мм, сверх 100 мм—±3 мм.

Длина пиломатериалов хвойных пород определена от 1 до 6,5 м с градацией 0,25 м. Допустимые отклонения по длине в пределах +50 мм и —25 мм.

Толщина и ширина брусьев — 100 — 250 мм.

По толщине и ширине различают следующие сортаменты пиломатериалов:

пластина — распиленное бревно по продольной оси ствола;

четверть — распиленная продольно пластина;

однокантный брус — опиленное с одной стороны бревно;

двукантный брус — опиленное с двух противоположных сторон бревно;

шпала — бревно с опиленной стороной по диаметру ствола, а другой стороной — как у однокантного бруса;

чистообрезной брус — опиленное с четырех сторон бревно, с шириной и толщиной более 100 мм;

брусок — пиломатериал, толщиной до 100 мм.

Пиломатериалы толщиной 60 — 80 мм, шириной — 120…160 мм называют планками.

По качеству доски хвойных пород делятся на шесть сортов: отборный, I, II, III, IV и V.

Доски высшего сорта употребляют в судостроении и в вагоностроении. Доски I и II сорта применяют для устройства полов, изготовления дверных и оконных блоков, несущих балок и клееных конструкций. Доски II и III сорта идут на изготовление панелей и потолков под штукатурку и т. д., III и IV сорта — на обрешетку заборов и крыш, на дранку под штукатурку, IV и V сорта — на изготовление ящиков, щитовых перегородок, для временных построек.

Маркировка пиломатериалов
Рис. 4. Маркировка пиломатериалов: а — мелом, на торцах в виде точек или краской на широкой грани (толщина досок 25 — 50мм); б — тоже, но на торцах в виде черточек; в — маркировочным молоточком (цифра обозначает номер бракера)

Широкую грань доски, обращенную в сторону сердцевины, называют внутренней, противоположную в сторону заболони — наружной. Лучшую по качеству поверхность называют верхней, а противоположную — нижней. Кромки обрезных досок обрезаны по всей длине доски или не менее чем до половины ее длины. У необрезных досок или горбылей кромки не обрезаны или обрезаны на длину меньше половины длины. В обоих случаях широкие грани досок обрезают по всей длине (рис. 3).Толщину обрезной доски измеряют, отступая от торца доски на размер ширины. Толщину необрезной доски измеряют в концах, где нет вмятин, зарубок.

Ширину обрезной доски определяют по широкой грани (пласти), где с обеих сторон нет обзола, но не ближе 150 м от торцов.

Ширину необрезной доски измеряют по середине длины (без учета коры).

Размеры пиломатериалов записывают числами, например 4,5X15X30; первое обозначает длину в м, второе — ширину в см, третье — толщину в мм.

Размеры пиломатериалов определяют при стандартной влажности (15%). Если влажность древесины больше, то в определении ее ширины и толщины учитывают припуски на усушку.

Рейка — это тонкомерный брусок с размерами сечения 25X25 — 50X50 мм. Их получают, распиливая доски на рейки. Их используют в обрешетке крыш, в конструкциях перегородок для изготовления погонажных изделий.

Учет и маркировка пиломатериалов. Маркировку имеет каждый ассортимент пиломатериалов, начиная с 2 м. Если пиломатериалы или изделия упакованы, тогда маркировку ставят на пакет в целом.

В маркировке пиломатериалов указывают сорт, в изделиях одновременно с сортом и область применения. Маркировку выполняют несмываемой краской или специальными молоточками на торцах изделий. Сорт пиломатериала обозначают римскими цифрами, а сорт изделий — арабскими цифрами. Буква «О» обозначает отборный сорт. Сортность отмечают точками (рис. 4), нанесенными краской на торце или на поверхности широкой грани.

Сушка древесины

Все способы профессиональной сушки древесины — конвективная, атмосферная, вакуумная, СВЧ, камерная.  Сушка древесины конденсационным способом и сушка древесины инфракрасным способом.

Сушка древесины  

Выбор способа сушки древесины и сушильного оборудования определяется рядом факторов: породным и сортиментным составом высушиваемых пиломатериалов, стоимостью энергоносителя, необходимой производительностью, производственными условиями и инвестиционными возможностями потребителя. То есть, если раньше при стабильных ценах для технико-экономического обоснования проекта достаточно было двух-трёх обобщающих факторов, то сегодня нужен расчёт в каждом конкретном случае.

В настоящее время результаты изучения рынка сушильных камер показывают, что среди предлагаемых камер 90—95% — классического типа: конвективные с различными системами приточно-вытяжной вентиляции и видами теплоносителя. Их преимущества: малые капитальные затраты, простота процесса, удобства технического обслуживания.

Основными элементами таких сушилок являются: циркуляционное оборудование (вентиляторы), система нагрева (калориферы), система управления (регуляторы).

Вентиляторы должны обеспечивать необходимую скорость и равномерность распределения сушильного агента по материалу для различных пород с целью получения высшего качества и оптимальной продолжительности процесса сушки древесины. Для побуждения циркуляции сушильного агента используют осевые и, в отдельных случаях при большом сопротивлении, центробежные вентиляторы. К этому оборудованию должны предъявляться жёсткие требования по его надёжности при эксплуатации в среде с высокими температурой и влажностью.

Сушка древесины — длительный и энергоёмкий процесс. Тепловая энергия для сушилок вырабатывается в котельных. Тепловым носителем здесь является пар или горячая вода. Электроэнергию вследствие её дороговизны используют редко, хотя в последнее время этот вид энергоносителя становится всё популярнее.

За рубежом для выработки тепловой энергии в основном используют установки для сжигания древесных отходов (опилок, щепы, коры, стружки).

Параметры среды в сушильных камерах, как правило, измеряют психрометром. Управление и регулирование осуществляется автоматически.

Наряду с традиционными конвективными камерами определённое распространение получили вакуумные и конденсационные сушилки.

Вакуумные сушилки целесообразно использовать для сушки древесины твёрдых лиственных пород (дуб), крупных сечений (50 мм и более), когда скорость сушки является важным фактором. При покупке таких камер нельзя забывать о больших капитальных вложениях.

Конденсационные сушилки используют в тех случаях, когда электроэнергия как энергоноситель более дешёвая по сравнению с другими видами. КПД таких сушилок наиболее высок при температуре сушильного агента до 45°С. При этих параметрах себестоимость небольшая, зато срок сушки значительный.

В последнее время произошли значительные изменения в организации, технике и технологии сушки древесины. Если раньше основной объём сушки древесины приходился на крупные деревообрабатывающие и лесопильные предприятия, где сооружались большие сушильные цеха, то сейчас основная масса древесины перерабатывается на малых предприятиях, потребность которых может быть обеспечена одной-двумя камерами небольшой загрузочной ёмкости. Многие малые компании пытаются реконструировать устаревшие камеры или даже создают самодельные простейшие сушильные устройства, которые не могут обеспечить качественной сушки материала. Вместе с тем, рынок предъявляет всё более жёсткие требования к качеству изделий из древесины.

Низкое качество сушки древесины, обусловленное неудовлетворительным техническим состоянием сушилок и слабой технологической подготовкой обслуживающего персонала, приводит к скрытому браку — неравномерному распределению конечной влажности, который долгое время может оставаться незамеченным и сказаться тогда, когда изделие уже находится в эксплуатации.

Современные лесосушильные камеры как отечественного, так и зарубежного производства позволяют достичь высокого качества сушки древесины. Они оснащены системой автоматического управления процессом и являются сложным комплексом оборудования, требующим квалифицированного обслуживания.

Сушка древесины

 

Атмосферная сушка

 

Атмосферная сушка является наиболее доступным способом обезвоживания древесины. Известно, что атмосферно высушенная древесина может эксплуатироваться многие столетия, если её повторно не увлажнять.

Атмосферная сушка является наиболее дешёвым способом, и раньше она была основной на лесопильных предприятиях. Она не требует таких капитальных затрат, как камерная, но для неё нужны большие площади и большой запас материала.

Основным недостатком атмосферной сушки является то, что процесс неуправляем: в районах с повышенной влажностью воздуха повышается вероятность поражения пиломатериалов грибами, а на юге (от сильной жары) — растрескивания.

Разложение древесины грибами происходит при её влажности выше 22%, и это граничное значение (22%) считается «пределом биостойкости».

Правила атмосферной сушки и хранения пиломатериалов регламентированы государственными стандартами: для пиломатериалов хвойных пород — ГОСТ 3808.1-80; для пиломатериалов лиственных пород — ГОСТ 7319-80.

По правилам, атмосферная сушка проводится в штабелях, укладываемых на специальных фундаментах (высотой 550 мм при грунтовом покрытии или 200 мм при бетонном или асфальтном покрытии подштабельной территории, если высота снежного покрова обычно не превышает 250 мм). Фундамент выполнятся, как правило, из железобетонных опор площадью не менее 400х400 мм. Можно использовать деревянные опоры, предварительно пропитав их антисептическим составом. Расстояние между центрами опор должно быть 1,0-1,7 м по длине и 1,3—1,4 м по ширине штабеля.

Состояние сушильного агента (воздуха) нестабильно, на него оказывают влияние климатические условия, время года и суток. В результате взаимодействия воздуха и высыхающей древесины на складах создаётся своеобразный микроклимат: воздух имеет пониженную температуру, повышенную влажность и небольшую скорость циркуляции. Поэтому процесс атмосферной сушки длительный. Древесина высушивается до влажности 12—20% в зависимости от климата (температуры и влажности воздуха), породы и толщины материала.

Можно ускорить процесс путём применения более разреженной укладки, размещения штабелей в соответствии с господствующим направлением ветра, или принудительной циркуляцией воздуха с помощью вентиляторов. Ускорение сушки, с одной стороны, сильно снижает возможность появления химических и прокладочных окрасок, синевы и гнили, но с другой стороны, способствует снижению относительной влажности воздуха, что приводит к увеличению остаточных напряжений. Ускоренная атмосферная сушка позволяет довести материал до влажности 20—30% за время, составляющее от 1/2 до 1/4 продолжительности обычной атмосферной сушки.

Для снижения вероятности заражения древесины грибами и плесенью в начальный период её необходимо защищать антисептиками. Сам процесс осуществляется опрыскиванием, т. е. поверхностным нанесением или глубокой пропиткой, путём окунания досок и пакетов в автоклавах.

Схема штабеля для естественной сушки и хранения пиломатериалов

Схема штабеля для естественной сушки и хранения пиломатериалов

Схема штабеля для естественной сушки и хранения пиломатериалов

Схема штабеля для естественной сушки и хранения пиломатериалов:

А — Основание штабеля (подстопные места)
В — Штабель пиломатериалов с перекрестной укладкой
С — Инвентарная крыша (досчатые фермы, досчатые, скрытые рубероидом, щиты кровли)
D — Вентиляционная шахта
F — Штабель
а — Прижимные брусья (или бревна диаметром до 18 см)
b — Тяжи (проволока диаметром 3 - 4 мм)
c — Скрутки
d — Вынос кровли; одновременно - размеры (min) подготовленной площадки 

 

Вакуумная сушка

 

Технология вакуумной сушки под давлением была изобретена в 1964 году. Сегодня в мире работает более 600 сушилок данного типа.

Вакуумная пресс-сушилка состоит из стальной нержавеющей камеры, которая внутри полностью герметична. Верх камеры закрыт эластичным резиновым покрытием в металлической рамке.

Доски укладываются внутрь камеры слоями, чередуясь с алюминиевыми нагревательными пластинами. Водяная помпа обеспечивает циркуляцию горячей воды внутри этих пластин. Вода нагревается внешним бойлером. Жидкостная вакуумная помпа обеспечивает вакуум внутри камеры.

После того, как древесина загружена в сушильную камеру, оператор устанавливает на панели управления параметры сушки: уровень вакуума (давление), температуру нагревательных пластин.

Практически каждая порода древесины требует своего уровня вакуума, который не изменяется на протяжении всей сушки. Изменяется только температура нагревательных пластин (параметры температур даны в таблицах производителя). Для программирования сушки и управления параметрами можно использовать микропроцессор.

Рассмотрим процесс сушки, состоящий из трех этапов:

1. Прогрев при атмосферном давлении.

2. Сушка нагреванием в вакууме.

3. Кондиционирование и охлаждение.

Прогрев. После того, как древесина уложена в камеру, переложена нагревательными пластинами и накрыта резиновым покрытием, начинается этап прогрева. Горячая вода, циркулируя в пластинах, нагревает древесину без включения вакуумной помпы. Влага в древесине не закипает, поскольку температура ниже 100°С, и следовательно, не происходит повреждения поверхности древесины.

Сушка. Когда температура внутри древесины достигает уровня, необходимого для сушки, включается вакуумная помпа, которая выкачивает воздух из камеры. В этом случае не происходит повреждения поверхности древесины, поскольку влага внутри древесины, двигаясь к поверхности, увлажняет её. Резиновое покрытие под воздействием атмосферного давления прижимает к полу камеры штабель древесины. Благодаря этому воздействию, доски делаются абсолютно ровными. Под воздействием высокой температуры и высокого уровня вакуума вода с поверхности древесины испаряется. Затем влага, как сконденсированная на стенках камеры, так и в виде пара, откачивается вакуумной помпой. Когда влажность древесины достигает установленного конечного значения, сушка переходит в фазу кондиционирования.

Кондиционирование и охлаждение. Нагревание пластин отключается, но вакуум в камере сохраняется. В этом случае древесина остывает под давлением пресса (1 кг/см2). После того, как древесина остыла достаточно, сушилка выключается.

Например: бук толщиной 32 мм высыхает в этих камерах до влажности 8% за 29 ч, а сосна толщиной 25 мм всего за 17 ч. Таким образом, вакуумные пресс-камеры сушат в 8—10 раз быстрее обычных и особенно эффективны при сушке толстых заготовок из ценных пород дерева, которые при сушке обычным способом могут давать трещины. Они занимают немного места, не нуждаются в фундаменте и расходуют намного меньше тепла. Объём камер (0,3—10 м3) позволяет использовать их на предприятиях с небольшим суточным объёмом производства.

Это даёт производителям неоценимое конкурентное преимущество — гибкость. Представьте себе, что к вам обращается клиент, который хочет купить лестницу из ясеня. Ему нужен всего 1 м3 высушенного материала. В случае с традиционной сушилкой объёмом, допустим, 50 м3 выполнить этот заказ теоретически возможно, а на практике — маловероятно. Ведь нужно ещё найти клиентов на 49 м3 сухого ясеня, купить 100 м3 круглого леса, распилить его и сушить не менее 30 дней. С вакуумной пресс-сушилкой объемом 1, 3 или 5 м3 вы в состоянии выполнить этот заказ за 4—5 дней. Таким образом, можно успешно конкурировать с крупными деревообрабатывающими комбинатами, работая в современных условиях с индивидуальными потребностями клиентов.

Но всё же имеется ряд существенных недостатков: большая трудоёмкость погрузо-разгрузочных работ; значительная неравномерность распределения конечной влажности по толщине материала и, соответственно, большие внутренние напряжения, малая вместимость камер. В силу этих причин вакуумно-кондуктивные камеры не получили широкого применения в промышленности, но в последнее время становятся всё более популярными. Этот способ является наиболее перспективным среди способов, направленных на ускорение процесса сушки.

Чтобы избавится от вышеперечисленных недостатков, с 1975 г. используются вакуумные сушилки с нагревом горячим воздухом. Характеристикой этого агрегата является конвекционная нагревательная система с вентиляцией, перпендикулярной по отношению к штабелю: поток воздуха, нагретый на внутренней стенке, перемещается мобильным соплом; под воздействием вращения этого сопла древесина подвергается нагреву с периодической сменой вакуумных фаз. То есть материал сначала прогревают, а потом вакуумируют. В древесине, нагретой до температуры кипения воды, происходит выкипание свободной воды из полостей клеток. Образовавшийся пар удаляется из материала под действием избыточного давления. После прекращения парообразования, т.е. охлаждения древесины, её вновь нагревают, и цикл многократно повторяют до достижения требуемой конечной влажности. Продолжительность циклов и их параметры зависят от породы, толщины и влажности материала. Такой способ даёт сокращение продолжительности процесса в 4 — 5 раз по сравнению с классическим конвективным способом при высоком качестве сушки.

Промышленные сушилки этого типа нашли распространение в производстве, работающем на толстом и трудно сушимом пиломатериале (из твёрдолиственных пород). Простая полуавтоматическая система позволяла управлять процессом сушения. В дальнейшем объединение двух одинарных сушилок в единый «тандем» дало заметное сокращение энергозатрат. Самая последняя сушилка — «Голиаф» — наконец позволила достичь цели: размеры загрузки составили 2,5х2,5 (3) м, полезная длина 13, 6 м и даже более.

Новые дорогостоящие вакуумно-термические сушильные камеры выпускаются такими компаниями, как WDE (Италия), Brunner и Lauber (Германия), IWT (Германия-Канада), причём камеры последней — с возможностью получения цветовой гаммы просушенного пиломатериала.

А вот сушилки фирмы Lauber предлагаются в тех случаях, когда для сохранения окраски дерева процесс сушки должен проходить быстро: например, для строительных лесоматериалов или для лиственных пород древесины. Сушилки «Мальбок» (Lauber) работают по технологии горячего пара. Процесс протекает без воздуха, в камере находится только водяной пар. Так как точка кипения воды в вакууме значительно ниже, процесс намного ускоряется. Для реализации различных технологических вариантов (обычная сушка, сушка без потребления воды или сушка вымораживанием) сушилки изготавливаются по специальному заказу. Объём загрузки камер — 1—30, а для сушки воздухом — 60, 100 или даже 1000 м3 пиломатериалов.

При эксплуатации сушилок часто возникает проблема снижения высоких энергозатрат. Например, на 100 м3 елового материала с исходной влажностью 80% при традиционной сушке до конечной влажности 10% необходимо в среднем израсходовать 30000 кВт/ч за всё время процесса. Отработанный воздух обычно выходит через выходной клапан наружу. В сушилке типа «Тандем» происходит иначе: в ней есть приспособление, очищающее отработанный воздух от влаги, забранной у древесины. Тепловую энергию сухого отработанного воздуха можно использовать далее: для отопления помещения или, опять же, для сушилки.

Основой всех агрегатов является алюминиевая конструкция с толстыми внутренними стенками с изоляцией из минваты. Внешний кожух выполнен из алюминиевого гофрированного листа.

При вакуумно-диэлектрическом способе сушки нагрев материала до 45 — 50°С осуществляется за счёт энергии высокочастотного электромагнитного поля при постоянном вакууме. Древесина находится в среде почти чистого пара малого давления, благодаря чему процесс происходит при малом перепаде влажности по толщине сортиментов и незначительных внутренних напряжениях.

Продолжительность сушки в этом случае уменьшается в 10 — 12 раз. Однако стоимость при таком способе достаточно большая из-за дороговизны и сложности оборудования и больших энергозатрат. И из опыта эксплуатации вакуумно-диэлектрических камер следует, что пока не удалось достичь хорошего качества сушки: материал из-за неравномерности электромагнитного поля имел очень большой разброс конечной влажности.

Поскольку температура кипения воды в вакууме ниже, чем при атмосферном давлении, то, создавая вакуум глубиной 0,9 кг/см2, температуру сушильного агента снижают до 40— 45°С. Таким образом, можно вести интенсивный и, вместе с тем, низкотемпературный процесс сушки при полном сохранении природных свойств древесины. Если сушить при постоянном неглубоком вакууме (0,2 кг/ см2) и одновременном конвективном нагреве, то это даёт также хорошее качество. Продолжительность процесса при этом не уменьшается, а соответствует конвективной сушке. Себестоимость сушки в три раза меньше за счёт использования теплоты конденсации испаренной воды и применения низких температур сушильного агента.

В общем, основываясь на анализе вышеупомянутых результатов, можно утверждать: сушилка типа «Голиаф» - это агрегат большой производительности, удобный для обработки больших размеров; значительно сокращая время сушки, по сравнению с обычной сушилкой, «Голиаф» позволяет существенно сократить количество древесины на складе и быстро реагировать на запросы рынка; значительное снижение расходов понижает стоимость сушения; что касается периода амортизации, сушилка может работать гораздо более длительное время. Поскольку камера из нержавеющей стали очень долговечна, это может принести дополнительную прибыль до истечения срока амортизации и будет иметь высокую рыночную и остаточную стоимость после него.

 

Сушка в СВЧ

 

СВЧ-сушка аналогична диэлектрической сушке токами высокой частоты (ВЧ = 25 МГц). Проводится на более высоких частотах 460, 915— 2500 МГц. Поэтому энергия СВЧ-поля передаётся в древесину путём излучения свободных, не связанных линией передачи энергии (контуром) колебаний в пространство герметичной металлической камеры, где располагается штабель пиломатериалов. В этом случае взаимодействие электромагнитного поля с древесиной максимально и не зависит от характеристик древесины и нагрузочных способностей генераторов. Генераторы пространственно разнесены с высушиваемым материалом. Условия сушки близки к оптимальным.

Достоинства. Качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки, энергозатраты средние: 550 кВт/ч на 1 м3 сосны, 2000 кВт/ч на 1 м3 дуба. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры. Универсальна, способна высушивать любые диэлектрические материалы: лекарственные травы, ягоды, фрукты, овощи, керамику, удобрения и т.д.

Недостатки. Высокая стоимость магнетронных генераторов и малый ресурс их работы (около 600 ч). Большие энергетические затраты. Трудность контроля процесса (над температурой среды и древесины, в силу специфики микроволновой энергии). Частота случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки — до 7 м3 для хвойных пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный СВЧ-способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.

Характер процессов, происходящих при сушке пиломатериалов в СВЧ-печи (СВЧ электромагнитном поле) не отличается существенно от сушки другими методами. Отличие состоит лишь в способе нагрева пиломатериалов. Поэтому, как и при других способах, процесс подразделяется на четыре этапа.

Первый этап — разогрев с отпариванием. При СВЧ-сушке связан с нагревом заложенного объёма пиломатериалов и находящегося в них объёма воды до температуры 55— 60°С, при которой начинается сушка. Одновременно с этим при отключенной вентиляции вытяжки идёт увеличение влажности воздуха в сушильной камере до 100% и более. Это обеспечивает отпаривание древесины. Последнее необходимо для снятия имевшихся в древесине напряжений и улучшения влагопроводности поверхностных слоёв пиломатериалов. Для рекомендуемых объёмов закладки и располагаемой энергетики СВЧ-печи длительность первого этапа составляет 6— 8 ч. Характерными признаками конца первого этапа являются накопление в сушильной камере воды в виде капель на стенках и даже небольших луж.

Второй этап — собственно сушка с выпариванием основной влаги; является логическим продолжением первого этапа. Сущность этого этапа — удаление интенсивно выделяющейся влаги из пиломатериалов при их дальнейшем нагреве. Величина подъёма температуры при этом может составлять всего 5— 10°С, т. е. 60— 70°С в конечном итоге. Для удаления большого количества выделившейся влаги из камеры вентилятор работает в усиленном режиме. Далее, с выпариванием основного объёма влаги из слоистых структур древесины начинаются процессы выпаривания влаги из клеточных структур (обычно это наступает при влажности древесины 24— 30%). Интенсивность выхода влаги при этом существенно замедляется. Подаваемая к пиломатериалам энергия начинает всё больше тратиться на их нагрев, что приводит к возрастанию температуры до значения, заданного оператором. Усиленный режим работы вентилятора в этих условиях может привести к снижению влажности до низких уровней порядка 25— 30%, что затрудняет выход влаги с поверхности. Таким образом, нарастание температуры пиломатериалов до заданной величины может служить критерием для перехода к третьему этапу (для задания нового значения температуры и режима работы вентилятора вытяжки).

Третий этап — досушка пиломатериалов до нижнего (заданного) порога влажности. Он характеризуется сушкой в жёстких режимах, прежде всего температурных. Целью введения таких режимов является эффективное и быстрое удаление клеточной влаги. Для поддержания хорошей влагопроводности поверхностных слоёв древесины уровень влажности в сушильной камере должен быть вновь высокий, порядка 70%. С этой целью вентилятор вытяжки переводится в нормальный режим работы, а температура сушки поднимается на 5— 10°С.

Необходимо осознавать, что длительная сушка пиломатериалов в жёстких режимах, особенно трудносохнущих пород (дуб, ясень), может привести к потемнению древесины и к внутренним трещинам в ней. Критерием окончания третьего этапа является достижение требуемого уровня влажности.

Четвёртый этап — охлаждение пиломатериалов до температуры внешней среды. Это производится вне СВЧ-сушки, и тем самым повышается производительность:

до 210 м3/мес. — хвойные породы;
180 м3/мес. — берёза, лиственница;
до 100 м3/мес. — дуб, бук, ясень.

Общая средняя продолжительность нахождения пиломатериалов в СВЧ — 20— 24 ч при WM4 = 48-55%, WKOS = 6— 8%. Для твёрдолиственных пород — дуб, бук, ясень — показатели иные.

Охлаждение проводится естественным путем без выгрузки пиломатериалов из камеры. СВЧ-печь отключается, створки дверей приоткрываются, пиломатериалы остывают за счет конвекции. Разность температур пиломатериалов и внешней среды при выгрузке не должна быть более 20°С. Обычно длительность остывания пиломатериалов составляет 5— 6 ч.

Следует отметить, что выделение описанных выше этапов условно и их длительность и соотношение определяются многими факторами: видом и сортиментом древесины, начальной влажностью, начальной температурой пиломатериалов, объёмом закладки. Очевидно, что при начальной влажности этапа 30— 40% сушка по условиям второго этапа может и не проводиться, а длительность первого этапа будет меньше. Все эти особенности необходимо учитывать и сверять с реальными параметрами процесса сушки по указанным критериям.

Сушка сосновых пиломатериалов. Сосна в силу своего строения (слоистая структура с длинными продольными волокнами и капиллярами) и химического состава (наличие в древесине скипидара) имеет хорошую влаго- и газопроводность. По этим причинам сосна может выдерживать высокие температуры до 100-120°С без внешних и внутренних физических повреждений. Согласно экспериментальным данным, значение температуры сушки сосновых пиломатериалов всех сортиментов составляет 100°С. Из-за малой плотности древесины и большой её влагоотдачи, длительности первого и второго этапов в сушке увеличиваются. Длительность первого этапа составляет 7— 8 ч, второго — до 80% всего времени сушки. Переход от второго этапа к третьему (переключение режима вентиляции вытяжки) производится при достижении температуры пиломатериалов 90°С.

Сушка буковых материалов. Бук относится к трудносохнущим видам пород древесины. При естественной сушке на воздухе бук быстро, в течение 1—2 суток, портится (синеет, поражается грибком), а также приобретает сильные напряжения (пиломатериалы закручивает в разных направлениях, появляются многочисленные трещины, наибольшие — по сердцевинной трубке). Исходя из вышеизложенного, качество СВЧ-сушки буковых пиломатериалов в сильной степени зависит от их начального качества и состояния.

Для исключения указанных недостатков распиловку бука необходимо проводить непосредственно перед сушкой, а сам бук держать в водяных ваннах.

Несмотря на высокую плотность древесины по сравнению с другими породами, бук хорошо сохнет в СВЧ-печи из-за наличия длинных продольных волокон и капилляров. Буковые пиломатериалы при СВЧ-сушке сушатся в мягких режимах с температурой не более 90°С. Посиневшие участки древесины на начальном этапе заражения грибком при СВЧ-сушке восстанавливают свой первоначальный цвет. При этом грибковые колонии погибают, а древесина стерилизуется. Переход от второго этапа сушки к третьему производится при достижении пиломатериалами температуры 80°С.

Сушка ясеневых и дубовых пиломатериалов. Дуб, ясень в силу своего строения (наличия множественных коротких переплетённых волокон по типу войлока) являются наиболее трудносохнущими породами древесины и обладают низкой влаго- и газопроводностью. При СВЧ-сушке требуют применения мягких режимов: 70— 75°С при сушке пиломатериалов с влажностью 80— 30% и 80— 85°С при сушке пиломатериалов с влажностью 30% и менее. В силу малой влагоотдачи и высокой плотности древесины динамика нагрева данных пиломатериалов в СВЧ-печах быстрее, чем у других пород. Влажность воздуха в сушильной камере необходимо держать на уровне 60— 80%. На третьем этапе досушка пиломатериалов с 30 до 8— 6% конечной влажности, особенно для сортиментов 40— 60 мм, проходит очень медленно. Причиной этому является обсыхание поверхностного слоя пиломатериалов на глубину 10— 15 мм (длину волокон) и блокирование влаги внутри. Для ускорения сушки в этих случаях применяют принудительное отпаривание (влагообработку) и подъём температуры сушки до 85— 90°С при влажности от 16% и ниже. Принудительное отпаривание проводят путём увлажнения (орошения) поверхности разогретых пиломатериалов водой из разбрызгивателя из расчёта 7— 10 л воды на 1 м3 пиломатериалов и зачехлением штабеля полиэтиленовой пленкой; сушка в таком состоянии длится 30-40 мин. Затем полиэтиленовый чехол удаляется, и сушка продолжается в обычном порядке.

Сушка пиломатериалов из ольхи. По своему строению и физическим свойствам ольха близка к сосне. Технологии сушки данных пород подобны. Различие состоит в использовании более мягкого температурного режима: температура сушки составляет 90°С.

Особенности сушки материалов с сердцевиной. Высушивание таких пиломатериалов без трещин и напряжений по сердцевине на торцах практически невозможно. Для уменьшения торцевых трещин целесообразно покрывать последние защитным слоем, ухудшающим влагопроводность в продольном направлении. С этой целью могут использоваться меловые или известковые водные растворы.

Сушка древесины

 

Камерная сушка

 

Процесс сушки происходит в конвективных камерах. Эти камеры классифицируются по следующим признакам: принципу действия, устройству ограждения, виду теплоносителя, циркуляции агента сушки.

По принципу действия различают камеры периодического действия и непрерывного. Камеры периодического действия представляют собой помещения, в которые загружается определённый объём материала, высушивается, а затем выгружается. Режимы сушки здесь изменяются с течением времени в зависимости от влажности древесины. На период загрузки и выгрузки камеры процесс сушки прекращается. Камеры непрерывного действия представляют собой помещения, туннели, в которых постоянно находится древесина, перемещаемая на вагонетках. Материал высушивается по мере прохождения им туннеля, от сырого конца к сухому. Режимы сушки изменяются по мере продвижения материала по длине камер.

Камеры непрерывного действия применяются обычно на крупных предприятиях при массовой сушке товарных пиломатериалов до транспортной влажности, а также для сушки хвойных пиломатериалов, берёзы и осины, идущих на столярно-строительные изделия, тару, сельхоз- и вагоностроение.

По устройству ограждения камеры подразделяются на стационарные и сборные. Стационарные камеры строятся на месте их эксплуатации из строительных материалов, а сборные, как правило, металлические, изготавливаются заводским способом и собираются на месте их эксплуатации.

По теплоносителю камеры различаются на паровые, электрические, водяные, газовые. В первых трёх агентом служит влажный воздух или перегретый пар, а в последнем — смесь воздуха и топочных газов.

По циркуляции воздуха различают камеры с естественной и принудительной циркуляцией. Газовые и электрические бескалориферные камеры (аэродинамические) имеют только принудительную циркуляцию.

Естественная циркуляция создаётся за счёт разности плотности нагретого и охлаждённого воздуха: горячий, более лёгкий воздух стремится вверх, а охлаждённый, тяжёлый — вниз. Поскольку воздух в силу этого циркулирует вертикально по штабелю, пиломатериалы укладываются со шпациями. Камеры с естественной циркуляцией давно устарели, хотя продолжают эксплуатироваться на ряде предприятий. Продолжать эксплуатировать такие камеры нерационально, так как они малопроизводительны, качество сушки в них низкое из-за большой неравномерности распределения конечной влажности по штабелю.

Принудительная циркуляция воздуха или газа достигается при помощи вентиляторов. Побуждение циркуляции может быть прямое — когда перемещение воздуха осуществляется непосредственно вентилятором, или косвенное (эжекционное) — когда побудителем циркуляции служит энергия струй сушильного агента, вытекающих с большими скоростями из сопл эжекторов. Эжекционные камеры были распространены в 50— 60-х гг., теперь же эта конструкция устарела. Но несмотря на большие энергозатраты на циркуляцию, большую неравномерность сушки, эти камеры продолжают эксплуатироваться.

По кратности циркуляции сушильного агента камеры могут быть с однократной и многократной циркуляцией. При однократной циркуляции сушильный агент после прохождения через штабель полностью выбрасывается в атмосферу; при многократной — воздух постоянно циркулирует по штабелю в течение всего процесса сушки и только часть его выбрасывается. В современных лесосушильных камерах используется только многократная циркуляция воздуха.

Современные лесосушильные камеры имеют прямое побуждение воздуха, создаваемое осевыми или центробежными вентиляторами.

В зависимости от направления движения сушильного агента различают камеры с вертикальным или горизонтальным кольцом циркуляции. Вентиляторные установки в камерах с вертикальным кольцом циркуляции расположены в верхней части над штабелями, а с горизонтальным — за штабелем.

 

Конденсационный способ

 

По принципу действия конденсационный способ относится к замкнутому циклу, т.е. сушильный агент совершает циркуляцию по камере без выброса в атмосферу и, соответственно, без подпитки свежим воздухом. Воздух, насыщенный влагой, отобранной из древесины, омывает холодную поверхность и охлаждается до температуры ниже точки росы. Часть влаги, содержащейся в воздухе, конденсируется, а теплота, выделенная при этом, используется для подогрева сушильного агента. В качестве охладителя используется фреон.

Теоретически конденсационный сушильный цикл с холодильником, играющим роль теплового насоса, характеризуется нулевым расходом тепла на испарение влаги. Затраты электроэнергии здесь идут на прогрев материала и теплопотери, а также на привод компрессора и вентиляторов. Для компенсации теплопотерь агрегат снабжается дополнительным калорифером с внешним электропитанием.

По данным зарубежных компаний Hildebrand, Brunner, Vanicek, энергопотребление конденсационных сушилок составляет 0,25— 0,5 кВт/ч на 1 л испаренной воды в зависимости от влажности материала, увеличиваясь при её снижении. Это примерно в два раза меньше расхода энергии в обычных сборно-металлических камерах периодического действия.

Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в конденсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой не выше 45°С. При повышении температуры сушильного агента более 45°С КПД таких сушилок понижается. Поэтому производительность их малая, так как продолжительность процесса в 2— 3 раза больше, чем в камерных сушилках. Эти сушилки следует использовать в тех случаях, когда электроэнергия является наиболее дешёвой по сравнению со всеми другими теплоносителями.

Учитывая, что этот способ даёт сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять нормальные режимы сушки.

Отечественных конденсационных сушилок пока нет. Из импортных можно рекомендовать сушилки следующих компаний: Vanicek, Hildebrand-Brunner, Nardi

 

Современный способ сушки древесины инфракрасной сушилкой видео