Оценка качества еловых и сосновых сортиментов для производства продукции с повышенной добавленной стоимостью

В условиях сокращения экспорта одним из перспективных направлений, связанных с углублённой переработкой древесины для нужд внутреннего рынка, является производство продукции с повышенной добавленной стоимостью [1]. Одними из видов такой продукции являются сувениры, музыкальные инструменты, развивающие игры для детей [2—3]. Так, например, стандарты для изготовления деревянных сувенирных изделий регламентированы ГОСТ Р 56071-2014; для производства игр из древесины для детей — ГОСТ Р 53906-2010. Такая продукция должна быть изготовлена из экологически чистой, качественной, бездефектной древесины и проходить соответствующую сертификацию и маркировку.

Типичным представителем сувенирных изделий — струнных щипковых музыкальных инструментов является кантеле — карело-финский музыкальный инструмент, родственный гуслям (фото 1). Корпус инструмента изготавливается из массива сосны. Верхняя дека выполняется из древесины ели, нижняя — из древесины сосны. Для изготовления корпуса и дек используются доски из хорошо высушенной древесины (влажность 8—10 %) радиального распила. Доски радиального распила наименее подвержены короблению. Также расположение волокон древесины при радиальном распиле оптимально для восприятия колебаний струн при игре на инструменте. Заготовки для дек могут быть как цельные, так и клеёные (из двух, трёх или четырёх частей). Дека должна иметь примерно одинаковую ширину годичных слоёв, без дефектов (сучков, свилеватости и др.). На корпусе допускаются небольшие сросшиеся сучки (не более двух-трёх на всю заготовку). По возможности лучше исключить любые дефекты. Это обстоятельство следует учитывать уже на этапе заготовки древесины в лесу.

Фото 1. Музыкальный инструмент кантеле [фото авторов]

Photo 1. Musical instrument kantele

Resources and Technology 21 (1): 73-85, 2024 ISSN 2307-0048

Развивающие игры-тренажёры из древесины широко используют в своей педагогической деятельности воспитатели, дефектологи, психологи, логопеды. На фото 2 представлена оригинальная конструкция развивающей игры-тренажёра вида «Кантеле-конструктор», которая позволяет обучающимся ознакомиться с конструктивными особенностями музыкального инструмента, выполнить сборку и разборку прототипа музыкального инструмента кантеле без использования клея. Корпус тренажёра может быть изготовлен из массива сосны (или ели).

Фото 2. Развивающая игра-тренажёр «Кантеле-конструктор» [2]

Photo 2. Learning game training apparatus «Kantele-constructor»

Стоимость пятиструнного кантеле на рынке продаж составляет более 10 тыс. руб.

Стоимость подобного рода игр-тренажёров из древесины составляет от 5 тыс. руб.

Очевидно, что к исходному сырью для производства подобной продукции предъявляются повышенные требования. В этой связи уже на стадии лесозаготовок необходимо обеспечивать ряд условий по обеспечению надлежащего качества заготавливаемой древесины. Для производства указанной продукции в условиях Северо-Западного региона РФ целесообразно рассматривать сосновые, еловые сортименты, получаемые в подавляющем случае при использовании сортиментной заготовки леса [4—5], [12—13].

На качество сортиментов, поступающих с лесосеки для дальнейшей переработки (лесопильное производство), оказывают влияние две группы факторов [6], [8—9]:

• ■    зависящие от природных и лесоводственных условий произрастания (почвы, климат, наличие вредителей леса, система ухода, антропогенное воздействие);

• ■    обусловленные применяемой технологией и системой машин.

2.    Материалы и методы

Соответственно сучковатость, наличие гнили, повреждения огнём зависят от условий произрастания и предыдущего воздействия. Во втором случае дефекты обусловлены технологическим воздействием и согласно нормативно-техническим документам, определяющим качество сортиментов [1—3], подразделяются на: механические повреждения, загрязнения песком и глиной, несоответствие размеров сортиментов техническим требованиям предприятия.

К механическим повреждениям, возникающим в процессе заготовки, трелёвки, сортировки, штабелёвки и вывозки лесоматериалов, относятся сколы, отщепы и трещины, козырьки, скосы пропила, вырывы древесины ножами или вальцами харвестера, задиры, обдиры коры, случайные запилы, смятия грейферным захватом форвардера и др.

Ориентируясь на обеспечение высокого качества конечной продукции с высокой добавленной стоимостью, лесозаготовительные компании должны минимизировать потери древесины во время заготовки, что особенно актуально при переориентации рынков сбыта круглых лесоматериалов с экспортных поставок на внутренний рынок. В этой связи необходимо выявить и устранить причины технологических нарушений, снижающих качество заготавливаемых сортиментов.

По обращениям ряда лесозаготовительных предприятий Республики Карелия нами были проведены исследования по оценке качества еловых и сосновых сортиментов на предмет дальнейшей поставки для производства продукции с повышенной добавленной стоимостью.

Исследования проводились в зимний и летний сезоны на лесосеках при заготовке древесины системой машин харвестер — форвардер и бензопила — форвардер. Замеры заготовленных круглых лесоматериалов выполнялись по краям волока до их трелёвки форвардером (расположение сортиментов показано на фото 3) и после трелёвки на верхнем складе (фото 4).

а

б

Фото 3. Расположение сортиментов вдоль волока: а — заготовка системой машин харвестер — форвардер; б — заготовка системой машин бензопила — форвардер [фото авторов]

Photo 3. The location of logs at cutting area: (a) logging harvester-forwarder; (b) chainsaw-forwarder

Фото 4. Расположение сортиментов в штабелях на верхнем складе после трелёвки [фото авторов]

Photo 4. The arrangement of assortments in a stack near the road after forwarding

Количество обмеренных сортиментов равнялось трёмстам по ели и по сосне. Для оценки механических повреждений древесины использовались рекомендации ГОСТ 2140-81 и ГОСТ 2292-88. Измерения проводились по отработанной ранее методике, описанной в работах [7], [10] и [14]. В качестве измерительного инструмента использовались: прецизионный штангенциркуль с глубиномером, мерная лента, измерительная скоба торцов брёвен, угломер на передвижной планке. Загрязнения сортиментов почвой, влияющие в дальнейшем на качество распила, оценивались по ширине и длине сортиментов визуально с замером пятна загрязнения.

3.    Результаты

По результатам исследований было установлено, что наиболее распространёнными в изученных технологиях являлись механические повреждения (вырыв, задир, запил) и дефекты обработки (сучья, скол, отщеп, трещина). Все из указанных дефектов (фото 5) существенно снижают качество сортиментов ели и сосны для дальнейшей переработки и ведут к потере ценного материала для создания продуктов с высокой добавленной стоимостью.

Вырывы и задиры (фото 5 а ) оказались наиболее характерными дефектами для сортиментов, получаемых при заготовке леса харвестером. Для ели количество забракованных сортиментов составило 1,7 %, для сосны — 1,3 % в летних условиях. Для зимы данный показатель оказался чуть выше: соответственно 1,8 % и 1,4 %, что связано с обработкой мёрзлой древесины. В зимних условиях вальцы харвестера чаще пробуксовывали, повреждая древесину. Например, были выявлены остатки коры,

Resources and Technology 21 (1): 73-85, 2024 ISSN 2307-0048

древесины и наледи на ошиповке вальцов. Особо отрицательный эффект (фото 5в) выявлен при затуплении сучкорезных ножей головки харвестера и изменении их формы режущей кромки при неверной заточке [11]. У операторов форвардера встречались нарушения при выполнении погрузочно-разгрузочных операций, приводящие к механическим повреждениям (вырыв, задир) от грейферного захвата на боковой поверхности сортимента (до 2 %).

а

б

в

г                           д                          е

Фото 5. Характерные дефекты сортиментов ели и сосны: а — вырыв, задир; б — запил; в — сучья; г — скол; д — отщеп (сквозная боковая трещина от торца); е — трещина [фото авторов]

Photo 5. Characteristic defects of spruce and pine logs: (a) breakouts, raised grains of timber; (b) saw damages; (с) snags; (d) splitting; (e) splint (an open side crack at the end of the log; (f) shake

Запилы (фото 5 б ), наоборот, оказались более характерным дефектом сортиментов, получаемых по технологии валки и раскряжёвки бензопилой; их значения для зимы и лета составили 2—2,3 %. Данный дефект, в основном, обусловлен невнимательностью или усталостью вальщика.

Сколы, отщепы и трещины (фото 5 г, д, е ) также характерны для технологии работы бензопилой и составляют 2,3—2,7 %. Они чаще встречаются на ели и преобладают в зимний период работы.

Дефектность при обрезке сучьев (фото 5 в ) практически отсутствует при использовании бензопил. Опытные вальщики проводят данную операцию качественно [7]. При обработке дерева харвестером на 1,7—2 % сосновых сортиментов были отмечены оставшиеся «пеньки» сучьев (фото 5 в ). Для ели этот показатель чуть выше — 1,8—2,2 %, особенно летом. Для снижения или полного исключения «пеньков» сучьев необходимо применять харвестерную головку с большим усилием протаскивания и скоростью подачи, а также систематически при обслуживании харвестера контролировать углы заточки сучкорезных ножей.

Несоответствие размеров сортиментов (максимального диаметра в комлевом торце и минимального диаметра в верхнем торце) требованиям контрактов лесозаготовителей не оказывает существенного негативного влияния на качество при дальнейшей переработке древесины [7].

Поскольку в сортиментной технологии по обследованным нами сортиментам загрязнения не превысили 15 % площади поверхности цилиндра сортимента и не более 50 % площади торца, то подобные результаты можно считать вполне удовлетворительными.

4.    Обсуждение и заключение

При оценке качества заготовленных сортиментов по технологии бензопила — форвардер выявлено, что наиболее распространёнными дефектами являлись сколы, отщепы и трещины (3 %); были зафиксированы повреждения сортиментов бензопилой и грейферным захватом форвардера (2 %). Объём брака хвойных пиловочных брёвен в зимний сезон составил около 4 %, в летний — 3 %.

При использовании сортиментной технологии на основе харвестера, как в зимний, так и летний сезон, наиболее распространёнными оказались: сколы, отщепы, трещины при валке и раскряжёвке (2 %); вырывы и задиры, нанесённые протаскивающим механизмом харвестерной головки (2 %); не полностью срезанные сучья (2 %). Повреждения грейферным захватом форвардера были меньше, чем в предыдущей технологии (менее 1 %). Скорее всего, это объясняется более компактным размещением сортиментов в кучи после работы харвестера, что исключает необходимость повторных перехватов.

В том случае, когда операторами харвестеров выполнялись все требования и инструкции, объём брака при использовании сортиментной машинизированной технологии хвойных пиловочных брёвен составляет менее 3 %, вне зависимости от сезона.

В этой связи операторам машин следует рекомендовать своевременно по регламентам обслуживать технологическое оборудование: выполнять регулировку сучкорезно-протаскивающего механизма харвестерной головки, заточку сучкорезных ножей, очистку вальцов от внедрившихся остатков коры и древесины. Применяемая харвестерная головка должна обеспечивать высокие усилия (30 кН) и рабочие скорости протаскивания (3—4 м/с).

Вальщики и операторы лесосечных машин должны проходить обязательное обучение по обеспечению качества лесоматериалов для поставки на предприятия, производящие продукцию с высокой добавленной стоимостью.

Исследование выполнено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № 075-03-2023-128).