Зарегистрироваться

Технология лесозаготовок и деревообработки

Категории Технология лесозаготовок и деревообработки | Под редакцией сообщества: Технические науки

Технологии использования лесных ресурсов – комплекс технологий, на основе которых работают и развиваются большое количество отраслей промышленности, в том числе такие крупные отрасли, как лесная промышленность (включающая лесозаготовительную и деревообрабатывающую промышленности), лесохимическая, целлюлозно-бумажная и гидролизная промышленности.  

История развития технологий использования лесных ресурсов

Лесозаготовки

В дореволюционной России промышленные лесозаготовки производились в ограниченных размерах. Производственные операции по заготовке и вывозке леса выполнялись вручную.

В первые годы после Великой Октябрьской социалистической революции ощущался острый недостаток топлива, поэтому до 1922 преобладала заготовка дровяной древесины. Восстановление и развитие народного хозяйства привели к значительному росту лесозаготовок. По объёму вывозки древесины Россия занимает 1-е место в мире.

При лесозаготовках выполняется ряд лесохозяйственных требований: лесосеки установленной ширины, сохранение подроста и молодняка, очистка лесосек от порубочных остатков, оставление семенников и др.

До середины 1950-х гг. лесозаготовки велись главным образом в Северной и  и Северо-западной части Европейской части России, лесосырьевые ресурсы которой в результате интенсивных рубок сократились. Позднее лесозаготовки широко развивались в Сибири и на Дальнем Востоке. Освоение новых лесных массивов Северо-запада, Сибири и Дальнего Востока вызвало необходимость строительства в этих районах сети магистральных лесовозных ширококолейных железных дорог.

Деревообработка

Деревообработка в кустарной и ремесленной форме существовала издавна. В России деревообрабатывающая промышленность возникла в начале 18 в. Со 2-й половины 19 в. деревообрабатывающая промышленность интенсивно развивалась. Наряду с лесопилением появилось фабричное производство мебели, клеёной фанеры и спичечной соломки. С 1900 по 1913 объём фабрично-заводского производства пиломатериалов в России увеличился с 7,7 млн. м3 до 14,2 млн. м3. Однако, несмотря на большой рост, деревообрабатывающая промышленность России находилась на относительно низком техническом уровне и отставала от деревообрабатывающей промышленности ряда развитых стран, в особенности в производстве сложных изделий. 3/4 стоимости продукции деревообрабатывающей промышленности дореволюционной России составляли пиломатериалы. Перед 1-й мировой войной 1914—18 создано несколько сравнительно крупных, хорошо оснащённых предприятий деревообрабатывающей промышленности (лесопильные заводы в Архангельске, Онеге и др.).

Развитие деревообрабатывающей промышленности в 1929-1940 гг. было непосредственно связано с ростом капитального строительства, машиностроения, мебельной и др. отраслей промышленности, а также производства товаров широкого потребления. Были построены специализированные предприятия для выпуска оконных переплётов, дверей (Западно-Двинский, Лопатинский, Киевский, Бобруйский, Ельшанский, Днепропетровский комбинаты), деревообделочные заводы (в Москве, Ленинграде, Саратове, Тавде, Лобве, Красноярске), предприятия заводского домостроения (в ряде районов Урала, Северо-Запада страны и др.), спичечные фабрики с автоматизированным производством. На крупных строительных площадках созданы строительные дворы (подсобные предприятия) и специализированные деревообделочные заводы. Строительство предприятий вагоно- и автомобилестроения, с.-х. машиностроения, верфей и др. вызвало необходимость создания крупных деревообделочных цехов на ряде предприятий Архангельска, Москвы, Ленинграда, Горького, Ростова-на-Дону, Волгограда и др. городов. Создано заводское хозяйство для искусственной сушки пиломатериалов, а также установки для антисептирования. По количеству выпускаемых пиломатериалов СССР с 1957 занимает 1-е место в мире.

Лесохимия

В дореволюционной России лесохимическая промышленность  производила смолу, древесный уголь, дёготь и в небольшом количестве скипидар, уксусную кислоту и др. продукты. Самые древние промыслы — углежжение и смолокурение возникли в 12 в. Углежжение было распространено на Урале в связи с развитием металлургической промышленности. Смолокурение развивалось в основном на Севере, что вызывалось большой потребностью в смоле, употреблявшейся для смоления деревянных корпусов судов, канатов. Смола пользовалась большим спросом за рубежом. Перед 1-й мировой войной 1914—18 выработка смолы в России составляла 90 тыс. т, скипидара-сырца 20 тыс. т в год. В 20-х гг. 19 в. в России построен первый завод, выпускавший уксусную кислоту и уксуснокислый натрий. К концу 1-й мировой войны ежегодно перерабатывалось около 440 тыс. складочных м3 берёзовых дров и выпускалось 10 тыс. т уксуснокислого кальция, 9 тыс. т смолы, 41 тыс. т угля. Уксуснокислый кальций перерабатывался на уксусную кислоту, которая использовалась главным образом в текстильной промышленности.

В период Гражданской войны и военной интервенции 1918—20 Л. п. значительно пострадала, однако уже к 1925 был достигнут уровень производства продуктов сухой перегонки древесины конца 1-й мировой войны. В две предвоенные пятилетки (1929—1937) реконструированы действующие и построены новые лесохимические предприятия, что дало возможность значительно увеличить производство лесохимических продуктов и, кроме того, организовать выпуск новых видов (ацетатные растворители, ингибиторы и др.). С развитием подсочки сосны (в 1928 было добыто 8,3 тыс. т живицы, а в 1936—89 тыс. т) создана промышленность по переработке живицы на канифоль и скипидар, а для переработки соснового пневого осмола построены канифольно-экстракционные заводы.

С 1931 импорт канифоли прекращен и по производству канифоли и скипидара СССР занял 2-е место в мире (после США). В послевоенные годы выпуск лесохимических продуктов значительно возрос за счёт строительства новых заводов и внедрения на действующих предприятиях более совершенных технологических процессов.

Целлюлозно-бумажная промышленность

Целлюлозно-бумажная промышленность — одна из старейших отраслей хозяйства. Основание первой в стране Красносельской бумажной мануфактуры (ныне Красногородский экспериментальный целлюлозно-бумажный завод) относится ко времени правления Петра I. В дореволюционной России производство бумаги и картона базировалось на заграничном оборудовании. В 1913 оно составило 269,2 тыс. т (или около 2 кг на душу населения). Потребности страны обеспечивались главным образом за счёт ввоза бумаги из-за границы.

За 1929-1940 гг. были построены и введены в действие крупнейшие для того времени в Европе Камский и Балахнинский, а также Марийский, Сясьский, Сегежский, Вишерский, Соломбальский, Архангельский и Соликамский целлюлозно-бумажные комбинаты; созданы 5 специализированных целлюлозных заводов для нужд обороны страны. Во время Великой Отечественной войны 1941—1945 оборудование многих предприятий было эвакуировано в восточные районы страны. Выпускалась бумага и целлюлоза для боеприпасов и средств химической защиты, а также для газет и журналов, ученических тетрадей. К 1949 был достигнут довоенный уровень производства.

В 1960-1975 гг. были реконструированы и расширены десятки действующих предприятий, увеличена их мощность, создано практически заново производство высококачественного тарного картона для гофрированной картонной тары, коробочного картона, кордной целлюлозы, различных видов бумаги с покрытиями. Менялась сырьевая база отрасли. Началось интенсивное использование низкокачественной дровяной древесины. Если до 1965 сырьём служила только хвойная древесина (сосна, ель, пихта), то в дальнейшем стали применять мягколиственные породы древесины (берёза, осина), отходы деревообработки. Резко увеличилось потребление дешёвого и экономически выгодного сырья — макулатуры в производстве бумаги и картона.

Технологии использования лесных ресурсов

Технологии лесозаготовки. Лесозаготовки – процесс заготовки древесины, включающий основные и вспомогательные операции по валке деревьев, вывозке их с лесосек и частичной переработке па нижних лесных складах. Лесосечные работы составляют примерно 25—30% от общих трудозатрат по всему лесозаготовительному производству, транспортные (вывозка древесины) — 5—10%, лесоскладские — 15—20% и вспомогательные — 40—45%. Лесозаготовки получили своё название в дореволюционной России, когда лесоматериалы в виде брёвен (сортиментов) заготовлялись вручную на лесосеке преимущественно в зимнее время года. Сортименты складывались по берегам рек и сплавлялись в весенне- летний период. В СССР все производственные процессы на лесозаготовительных предприятиях (в леспромхозах) были механизированы

Лесозаготовительное оборудование – машины, механизмы, вспомогательные сооружения и устройства, предназначенные для выполнения производственных операций на лесозаготовках. К лесозаготовительнму оборудованию относятся моторные инструменты; транспортные средства; станки, агрегаты и полуавтоматические линии для первичной обработки древесины (обрубки сучьев, раскряжёвки и разделки хлыстов, окорки сортиментов, раскола чураков и др.); подъёмно-транспортные машины и устройства. Различают следующие виды моторных инструментов: бензиномоторные и электромоторные пилы — для валки леса, обрезки толстых сучьев, раскряжёвки хлыстов и поперечного пиления брёвен; бензиномоторные и электромоторные ручные сучкорезки; инструменты, созданные на базе пил и сучкорезок, — валочные клинья и домкраты, кусторезы, окорочники, мотосвёрла, снегоочистители, насосы, мотолебёдки и т.д.

Транспортные средства подразделяются на первичный транспорт, служащий для трелёвки (подвозки) заготовляемой древесины от места повала деревьев (лесосеки) до погрузочных пунктов у лесовозных дорог, и транспорт, применяемый для перевозки леса по лесовозным дорогам. Для первичной транспортировки используют трелёвочные тракторы, оборудованные погрузочными щитами, тяговыми лебёдками и прицепными приспособлениями (чекерами). В СССР первый специальный гусеничный трелёвочный трактор КТ-12 был создан в конце 40-х гг. В последующие годы были созданы более мощные и совершенные трелёвочные тракторы ТДТ-40, ТДТ-40М, ТДТ-55, ТДТ-60, ТДТ-75, ТТ-4. Пример современных лесозаготовительных машин можно привести универсальную лесозаготовительную машина ЛЗ-4 (рис.1). Машина предназначена для валки деревьев, обрезки сучьев, сбора и трелёвки хлыстов, раскряжевки хлыстов, а также для выполнения вспомогательных операций толкателем или манипулятором. Машина может работать как по хлыстовой технологии, так и по сортиментной.

Рис. 1. Универсальная лесозаготовительная машина ЛЗ-4

Другим примером современной лесозаготовительной машины является ЛЗ-5 (рис.2). Эта погрузочно-транспортная машина на гусеничном шасси предназначена для сбора, подсортировки, подвозки и штабелевки сортиментов на верхнем складе, при рубках главного (промежуточного) пользования в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,2-1,1м3, в районах как Европейской, так и Азиатской частях Российской Федерации на грунтах с несущей способностью не менее 70 КПа, при скорости ветра не более 9,8 м/с, при глубине снежного покрова до 1,3 м, на уклонах местности не более 15°, в районах с температурой окружающей среды ±40°С при одно-, двух и трехсменном режиме работы.

Рис. 2. Универсальная лесозаготовительная машина ЛЗ-5

Колёсные тракторы более манёвренны, скорости передвижения их выше. На базе серийных колёсных тракторов (тягачей) общего назначения созданы их транспортно-трелёвочные модификации К-703 и Т-157. Для устранения ручной прицепки и отцепки при трелёвке тракторы вместо чекеров оснащаются гидромеханическими устройствами. Например, гидроманипуляторами оснащены тракторы ТБ-1 и ЛП-11-1 (на базе тракторов тракторов ТДТ-55 и ТТ-4), а гидрозахватами — колёсные тракторы-подборщики Т-157. Для транспорта в горных и заболоченных лесах применяют канатные установки с приводом от трелёвочных лебёдок ЛЛ-12, ЛЛ-14, ЛЛ-8. Для первичного транспорта используют также агрегатные лесозаготовительные машины, например валочно-трелёвочные машины ВТМ-4 и валочно-пакетирующие ЛП-2.

Современная трелевочная машина ТТ-4М-07 имеет переднюю гидронавеску и прямой бульдозерным отвал. В дополнение к трелевке леса предназначена для устройства волоков, погрузочных площадок, подъездных путей, содержания дорог, обустройства мастерских участков и теплых стоянок, а также для расчистки дорог и других объектов от снега, рытья и засыпки котлованов, канав, траншей, перемещения сыпучих материалов, разработки рыхлых грунтов первой и второй категорий (рис. 3.).

Рис. 3. Трелевочная машина ТТ-4М-07

Пример современного лесопогрузчика показан на рис. 4.  Лесопогрузчик челюстной ЛТ-188 перекидного типа предназначен для погрузки леса на лесовозный транспорт, штабелевки и прочих погрузочно-разгрузочных работ на лесных складах и перевалочных базах лесозаготовительных предприятий. Работает по принципу переноса груза над кабиной оператора и представляет собой грузоподъемную машину, состоящую из навесного оборудования, смонтированного на тракторе ТТ-4М.

Рис. 4. ЛТ-188 – лесопогрузчик челюстной перекидного типа

Оборудование для первичной обработки древесины подразделяется на передвижное и стационарное. Передвижное оборудование обычно устанавливается на лесосеках или на временных лесных складах. К нему относятся агрегаты ЛО-25 для очистки стволов деревьев от сучьев и передвижные сучкорезные машины СМ-2 и СМ-55. В отдельных случаях применяют раскряжёвочные и окорочные машины, а также оборудование для производства технологической щепы. Стационарное оборудование используют на постоянно действующих лесных складах. Для очистки древесных стволов от сучьев служат полуавтоматические агрегаты ПСЛ-2М и установки для групповой очистки МСГ-2, обрабатывающие соответственно 20—25 и 100—125 м3 древесины в 1 ч. Раскряжёвка и разделка хлыстов осуществляются на полуавтоматических линиях с продольной подачей хлыстов ПЛХ-ЗАС и ЛО-15С производительностью 25—30 м3/ч. Для расколки чураков на 2 части применяют колун КЦ-7, на 2 или 4 — гидроколун ГК-2, на 2, 4 или 6 частей одновременно — гидроколун ЛО-46. Сортировка и транспортировка сортиментов производятся продольными цепными транспортёрами с полуавтоматическими сбрасывающими устройствами. Для окорки брёвен применяются окорочные станки ОК-36, ОК-63, ОК-40Б, ЛО-23.

Лесозаготовительные предприятия оснащаются специализированным оборудованием: лесопильными рамами, шпалорезными станками, различными деревообрабатывающими станками, дробилками, оборудованием для производства древесноволокнистых и древесностружечных плит.

Для штабелевки и погрузки древесины в лесозаготовительном процессе используются лесопогрузочные машины, штабелёры.

Для нормальной и эффективной эксплуатации лесозаготовительнго оборудования строятся вспомогательные сооружения и устройства — эстакады, подкрановые и подъездные пути, площадки и т.д. Для технического обслуживания и ремонта машин в лесных условиях используют передвижные боксы — профилактории, ремонтные мастерские, заправочные и подогревающие установки. Для ремонта машин в стационарных условиях строят ремонтно-механические мастерские с набором типового станочного и др. ремонтного оборудования.

Лесохимия – область знаний о химических производствах, исходным сырьём для которых является древесина. По существующему отраслевому делению к лесохимии относят производства канифольно-скипидарные и связанные с термическим разложением древесины. Предприятия лесохимической промышленности, объединяющей эти производства, выпускают разнообразный ассортимент продуктов, насчитывающий свыше 100 наименований. Производство целлюлозы и бумаги (с конца 19 в.), а также гидролизное производство (в конце 30-х гг. 20 в.) выделились в самостоятельные отрасли химической переработки древесины.

Термическое разложение древесины, преимущественно лиственных пород, осуществляют в печах и ретортах без доступа воздуха (сухая перегонка древесины). Основные продукты разложения — древесный уголь, подсмольная вода (жижка) и древесная смола. Уголь используется в химической промышленности для получения активного угля и сероуглерода, в производстве карбюризатора (применяемого для поверхностного науглероживания изделий из малоуглеродистой стали), в цветной металлургии (при выработке кристаллического кремния). Из жижки извлекают (обычно при помощи растворителя) уксусную кислоту и др. вещества. Уксусную кислоту очищают путём ректификации и перерабатывают в основном на ацетатные растворители (этилацетат, бутилацетат и др.) и частично (с дополнительной химической очисткой) на пищевую уксусную кислоту. Из древесной смолы получают ингибитор для стабилизации крекинг-бензинов, понизитсль вязкости глинистых растворов, используемых при бурении нефтяных и газовых скважин, литейные крепители и др.

Канифоль вырабатывают из живицы, осмола и сульфатного мыла. Живицу добывают путём прижизненной подсочки деревьев хвойных пород (главным образом сосны); её очищают, отгоняют из неё с водяным паром летучую часть — скипидар и получают в остатке твёрдую канифоль. Осмол — просмолившиеся после рубки леса сосновые пни — измельчают в щепу и извлекают смолистые вещества бензином; экстракт перерабатывают на канифоль и скипидар. Т. н. талловую канифоль получают, разлагая серной кислотой сульфатное мыло — побочный продукт сульфатно-целлюлозного производства, представляющий собой смесь натриевых солей смоляных и жирных кислот с примесью нейтральных веществ. Образующееся при разложении талловое масло ректифицируют под вакуумом и получают канифоль и талловые жирные кислоты, используемые в лакокрасочной промышленности; в качестве остатка при ректификации получают талловый пек. Основными потребителями канифоли является бумажная, лакокрасочная, электротехническая, нефтехимическая (например, производство синтетического каучука) промышленность, расходующая около 75% вырабатываемого продукта. Скипидар используется как растворитель и сырьё для получения пинена и камфена, синтеза камфоры, терпинеола и др.

Канифольно-скипидарное производство развивается в направлении увеличения выработки канифоли (преимущественно более экономичных видов её — экстракционной и талловой), расширения ассортимента модифицированных и синтетических продуктов на основе канифоли (полимеризованная, гидрированная, диспропорционированная канифоль, укрепленные клеи для проклейки бумаги, эмульгаторы и др.), а также на основе скипидара.

Лесохозяйственное и лесотехническое образование

Лесохозяйственное и лесотехническое образование – система подготовки инженеров, техников и квалифицированных рабочих для лесного хозяйства; заготовки, вывозки и сплава леса; механической и химической обработки и переработки древесины; конструирования и эксплуатации машин, механизмов и оборудования; автоматизации и комплексной механизации процессов лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий, а также для химико-технологических предприятий, работающих на древесном сырье.

Систематическое лесное образование в России началось с организации в 1803 лесного училища в Царском Селе (ныне г. Пушкин), которое после ряда преобразований получило название Петербургского лесного института. Помимо Петербургского лесного института, лесоводов с высшим образованием готовили Петровская земледельческая и лесная академия, основанная в 1865 (ныне Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева), и Новоалександрийский институт сельского хозяйства и лесоводства, основанный в 1869. Единственным средним лесным учебным заведением было Лисинское училище близ Петербурга (1875—1888). Важную роль в лесном хозяйстве России играли объездчики, лесные кондукторы и лесники, которые готовились в низших лесных школах с 2-летним сроком обучения. Первые школы этого типа были открыты в 1834; они размещались в небольших городах, селениях, лесничествах. В 1913 в России было 43 школы; за 1888—1913 лесные школы окончило около 5 тыс. человек, преимущественно дети крестьян. В Петербургском лесном институте и Петровской академии работали известные учёные Н. В. Шелгунов, А. Ф. Рудзкий, Г. Ф. Морозов, Д. Н. Кайгородов, М. К. Турский, К. А. Тимирязев, Л. А. Иванов, В. Н. Сукачёв, М. Е. Ткаченко, М. М. Орлов и др. Созданные научные школы во многом способствовали развитию естествознания и лесохозяйственных наук. Высшее лесохозяйственное образование имело в основном биологический уклон. Формирование научной технологии выращивания леса, комплексной механизации лесозаготовок, деревообработки и химической переработки древесины только начиналось.

Коренные количественные и качественные изменения в лесном образовании произошли после Октябрьской революции 1917. В 1918—22 Советское правительство приняло ряд декретов и постановлений, направленных на укрепление и развитие лесной промышленности и лесного хозяйства, на обеспечение их квалифицированными кадрами. Для подготовки специалистов с высшим Л. и л. о. были организованы лесохозяйственные факультеты в Воронежском с.-х. институте (1918) и Казанском университете (1920), в 1919 создан Московский лесотехнический институт, с 1923 Петроградский лесной институт перешёл на подготовку лесных инженеров разных специальностей. В 1929 открылся лесотехнический институт в Архангельске, в 1930 лесотехнические институты в Свердловске (Уральский), Красноярске, Воронеже, Йошкар-Оле (Поволжский), в 1945 во Львове. За годы Советской власти была создана широкая сеть лесохозяйственных и лесотехнических техникумов. Становление и совершенствование советской лесной и лесотехнической науки и образования связано с деятельностью профессоров А. В. Тюрина, Н. П. Анучина, И. С. Мелехова, М. Н. Римского-Корсакова, А. С. Яблокова, Д. А. Попова, Н. Н. Чулицкого, В. П. Тимофеева, М. А. Дешевого, С. Ф. Орлова, П. П. Пациора и др.

В развитых странах, где самостоятельных лесохозяйственных и лесотехнических вузов, как правило, нет, специалисты этого профиля обычно подготавливаются на факультетах, в колледжах, школах, входящих в состав университетов: в США — Йельский, Сиракьюсский, Джорджийский, Орегонский университеты; в Канаде — университеты в Ванкувере, Оттаве; в Швеции — Лесная школа в Стокгольме; в Германии — Мюнхенский университет, в Эберсвальде и Дрездене; во Франции — Лесная школа в Нанси; Чехия — в Праге и Брно;  Польща — в Варшаве и Познани;  Болгария — в Софии.

В настоящее время в России можно получить среднее и высшее техническое образование по следующим группам специальностей и специальностям:

  • Технология и оборудование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств
  • Лесоинженерное дело
  • Технология лесозаготовок
  • Технология деревообработки
  • Технология переработки древесины

Рекомендуемая литература

Лес — национальное богатство советского народа. Сб., под ред. Н. В. Тимофеева, М., 1967;

Родненков М. Г., Механизация и технология лесозаготовительных работ, М., 1966;

Славянский А. К., Медников Ф. А., Технология лесохимических производств, М., 1970.

Крупнейший лесной ВУЗ СССР, М. — Л., 1967;

Прохорчук И. С., Лесообрабатывающая промышленность СССР, М., 1969;

Цейтлин М. А., Очерки развития лесозаготовок и лесопиления в России, М., 1968;

Сенчуров К. Т., Лесные и целлюлозно-бумажные товары, [2 изд.], М., 1962.

Шарков В. И., Технология гидролизного сульфитно-спиртового производства, М., 1959.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.