Повышение качественного выхода лесоматериалов в зоне усыхающих еловых древостоев Архангельской области тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Беляев, Иван Николаевич

• Беляев, Иван Николаевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Беляев, Иван Николаевич

Введение.

1. Состояние вопроса.

1.1. Явление усыхания древостоев.

1.2. Усыхающие ельники Архангельской области.

1.3. Эффективность проведения лесозаготовительных работ в усыхающих древостоях.

1.4. Технологическая пригодность сухостойной древесины.

2. Определение механических характеристик древесины, полученной из поврежденных усыханием стволов ели обыкновенной, произрастающей на территории Архангельской области.

2.1. Определение предела прочности сухостойной древесины ели обыкновенной при сжатии вдоль волокон.

2.2. Определение предела прочности сухостойной древесины ели обыкновенной при статическом изгибе.

3. Оценка и моделирование сортовых характеристик поврежденных усыханием стволов ели обыкновенной, произрастающей на территории Архангельске й об ласти.

3.1. Определение геометрических характеристик ствола.

3.2. Определение встречаемости основных сортообразующих пороков в стволах сухостойных деревьев.

3.3. Определение размерно-количественных характеристик основных сортообразующих пороков в стволах сухостойной ели обыкновенной, произрастающей на территории Архангельской области.

3.4. Реализация модели сухостойного хлыста.

4. Рекомендации по сортировке и раскряжевке сухостойных хлыстов.

5. Моделирование работ по освоению усыхающего древостоя. Определение сортового и объемного выхода лесоматериалов из усыхающих еловых древостоев Архангельской области.

5.1. Определение сортового состава партии хлыстов, полученных из усыхающего елового древостоя.

5.2. Установление зависимости между объемным выходом лесоматериалов различных сортов для древостоев различной степени усыхания.

5.3. Определение сортового и объемного выхода пиломатериала при распиловке хлыстов, полученных из усыхающих древостоев различной степени усыхания. Определение характера изменения этого показателя в зависимости от вида распиловки.

6. Оценка экономической рентабельности проведения лесозаготовительных работ в еловых древостоях Архангельской области, подверженных усыханию.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качественного выхода лесоматериалов в зоне усыхающих еловых древостоев Архангельской области»

Актуальность темы.

В середине 2000-х годов лесная промышленность Архангельской области столкнулась с интенсивным усыханием еловых древостоев почти повсеместно по территории лесничеств области. Поврежденную усыханием древесину не берут на переработку ни лесозаводы, ни целлюлозно-бумажные комбинаты области, что автоматически переводит такие хлысты в разряд дровяных, минуя категории «пиловочник» и «баланс». Такой подход в ста процентах случаев приводит к резкому снижению эффективности проведения работ, вплоть до нулевого значения. Тем не менее, анализ исследований, посвященных проблеме использования сухостойной древесины, позволяет предположить, что некоторая доля поврежденных хлыстов, пройдя сортировку, могла бы быть отнесена в более высокие сорта и использоваться, в частности, при изготовлении конструкций строительного назначения. При определенных условиях, это может повысить эффективность проведения работ в усыхающих древостоях и придать целесообразность разработке пораженных участков леса.

Помимо очевидного вреда лесной экономике, массовое усыхание ельников влечет за собой и другие проблемы для области - лесопожарную, экологическую, социальную. Решение задачи по повышению качественного выхода лесоматериалов в усыхающих древостоях Архангельской области позволит вовлечь в переработку дополнительные объемы древесины, повысить привлекательность лесной промышленности региона для сторонних инвесторов а, следовательно, снизить негативное влияние усыхания на экономическое, социальное и экологическое состояние области, что определяет актуальность этой задачи. Кроме того, заготовка древесины в зоне усыхающих лесов несет на себе функциональную нагрузку по защите и охране лесов от пожаров, а в перспективе - по их воспроизводству.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение качественного выхода лесоматериалов в зоне усыхающих еловых древостоев

Архангельской области. В соответствии со сформулированной целью, установлены следующие задачи исследования:

1) Обзор исследований, посвященных проблемам усыхания древостоев и технологического использования поврежденных стволов;

2) Анализ возможных путей технологического применения сухостойной древесины;

3) Определение сортовых характеристик древесины, полученной из поврежденных усыханием стволов, дифференцированных по некоторым основным признакам;

4) Разработка рекомендаций по заготовке и работе с сухостойной древесиной;

5) Экспериментальная оценка выхода качественного сырья из древостоев различной давности усыхания.

Предмет и объект исследования.

Предметом исследования, проведенного в настоящей диссертационной работе, является качественный выход лесоматериалов в зоне усыхающих еловых древостоев Архангельской области.

Объектом исследования является сухостойный хлыст ели обыкновенной различной давности усыхания, произрастающей на территории Архангельской области.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования.

Методами исследования в ходе написания работы послужили натурное обследование древостоев и отдельных хлыстов, натурные эксперименты, в ходе которых определялись механические свойства сухостойной древесины, математическое моделирование при использовании основных положений теории вероятностей и математической статистики, а также программирования. Обоснованность и достоверность исследований обеспечивалась сопоставлением результатов математических и производственных экспериментов.

Научная новизна:

1) Впервые для сухостойной ели обыкновенной, произрастающей на территории Архангельской области, определены основные механические характеристики древесины, дифференцированные по давности усыхания ствола;

2) Впервые для сухостойной ели обыкновенной, произрастающей на территории Архангельской области, разработана математическая модель, описывающая основные сортовые характеристики хлыста при помощи эмпирически полученных вероятностных закономерностей. Осуществлена практическая реализация модели в виде программы для ПК.

3) Разработаны рекомендации по технологии сортировки и раскряжевки сухостойных хлыстов. Предложены бесконтактный фотометрический метод оценки сухостойных хлыстов и адаптированная методика их раскряжевки;

Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработаны рекомендации по повышению качественного выхода лесоматериалов в зоне усыхающих еловых древостоев Архангельской области. Разработанная модель сухостойного хлыста, учитывающая изменения его сортовых характеристик в зависимости от различных факторов, а также ее реализация в виде программы для ПК могут использоваться для предварительной оценки эффективности проведения работ в конкретном усыхающем древостое, при анализе наиболее рациональных схем раскряжевки и раскроя сухостойного хлыста, при проведении его бесконтактной оценки. Внедрение в технологическую цепь проведения лесозаготовительных работ сформулированных рекомендаций позволит повысить эффективность разработки усыхающего древостоя, что подтверждено экспериментально. Практическое внедрение результатов выполненных исследований способствует решению проблемы по повышению качественного выхода лесоматериалов в усыхающих еловых древостоях.

Апробация и реализация результатов диссертации.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы лесного комплекса» в г. Вологде 2009-2010 гг., а также на заседаниях кафедры строительной механики и сопротивления материалов Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова.

Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 4 научных печатных работах, в том числе 1 -м издании центральной печати, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, программа опубликована по лицензии GNU GPL 3.0 в сети Интернет.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Общий объем работы изложен на 118 страницах машинописного текста и содержит 28 рисунков, 32 таблицы, 7 приложений на 14 страницах. Библиографический список включает 84 наименования.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Беляев, Иван Николаевич

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ исследований, посвященных проблеме использования сухостойной древесины, позволяет предположить, что некоторая доля поврежденных хлыстов, пройдя сортировку, могла бы быть отнесена в более высокие сорта и использоваться, в частности, при изготовлении конструкций строительного назначения.

2. Исследования в лабораторных условиях показали, что значения основных механических характеристик сухостойной древесины не ниже своих естественных значений для здоровой древесины и не ограничивают возможность ее технологического использования в элементах конструкций строительного назначения.

3. Выполнены исследования по определению запасов сухостойного древостоя в Карпогорском лесничестве на территории около 1 га по степени усыхания. Составлена карта распределения древостоя в этом районе. По результатам обследования были получены данные об удельном объёме стволов различной давности усыхания в усыхающем древостое.

4. На основании опытных данных, полученных при обследовании усыхающего елового древостоя, разработана статистическая модель сухостойного хлыста, описывающая его основные характеристики. Описание геометрических характеристик хлыста в модели основано на применении полинома

B.C. Петровского.

5. Определены коэффициенты полинома B.C. Петровского для описания образующей формы ствола, установлены зависимости частоты встречаемости основных сортообразующих пороков от диаметра ствола и давности его усыхания, получены математические выражения, описывающие размерно-количественные характеристики основных сортообразующих пороков.

6. Составлена программа для ПК, позволяющая генерировать модели с заданными параметрами (давность усыхания, средний диаметр деревьев) для дальнейшего анализа выхода деловой древесины из усыхающего древостоя.

7. Путем математического эксперимента установлено, что выход пиловочника 1-3 сортов из усыхающего древостоя может достигнуть в среднем 46,37%, выход балансов - 29,18%. Процент отходов - 24,45%.

8. Установлено, что в 89% случаев причиной отбраковки сырья в отходы является напенная гниль.

9. Установлено, что объемный выход деловой древесины снижается с давностью усыхания и нелинейно связан со средним диаметром хлыстов в партии (максимальное значение достигается при значении диаметра 18 см, при больших диаметрах наблюдается снижение выхода).

10. При работе на нижнем складе рекомендуется производить поштучную сортировку с индивидуальной схемой раскряжевки на бревна в зависимости от распространения напенной гнили по его длине. Предложена статистическая модель, позволяющая назначать наиболее эффективную для каждого хлыста индивидуальную схему раскряжевки.

11. Разработаны и обоснованы предложения по совершенствованию технологии сортировки и раскряжевки сухостойных хлыстов. Предложена принципиальная схема установки, основанная на использовании фотометрического метода бесконтактной оценки хлыстов.

12. Усыхающие древостой необходимо использовать в кратчайшие сроки после начала процесса усыхания. Выход пиловочника из древостоев, усыхающих первый год, незначительно (около 16%) отличается от аналогичного показателя для здорового древостоя. При усыхании продолжительностью в несколько лет выход пиловочника снижается до 20%.

13. Оценена экономическая рентабельность ведения лесозаготовительных работ в усыхающем древостое с варьированием среднего диаметра деревьев в древостое и разряда таксы. Рентабельность при отказе от сортировки древесины с автоматическим переводом хлыстов в разряд дровяных отрицательна при всех возможных комбинациях вариантов, а при проведении работ в древостое, усыхающем несколько лет, отрицательна в подавляющем большинстве возможных комбинаций вариантов.

14. Внедрение результатов проведенного в работе исследования в производственный цикл лесозаготовительных работ позволит повысить эффективность использования усыхающих еловых древостоев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Беляев, Иван Николаевич, 2011 год

1. Акиндинов, М.В. Изучение закономерностей распространения внутренних гнилей в стволах сосны и ели / М.В. Акиндинов, Л.М. Кореневич // Труды ЦНИИМЭ, Сб. 84, Химки, 1967. С. 42-76.

2. Анучин, Н.П. Лесная таксация / Н.П. Анучин. М.: Лесная промышленность, 1982. - 552 с.

3. Беляев, И.Н. Проблема усыхания еловых древостоев Архангельской области / И.Н. Беляев // Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса». Вологда: ВоГТУ, 2008. - С. 6-8.

4. Беляев, И.Н. Объемный выход лесоматериалов при разработке усыхающих еловых древостоев Архангельской области / И.Н. Беляев // Электронный журнал «Исследовано в России» Электронный ресурс.: режим доступа: http -.//zhurnal. gpi .ru/articles/2011/049.pdf

5. Беляева, H.B. Биологические основы лесного хозяйства: практикум для подготовки дипломированных специалистов по специальности 250401 «Лесоинженерное дело» (очная форма обучения) / Н. В. Беляева, О. И. Григорьева. СПб.: СПбГЛТА, 2010. - 128 с.

6. Белозеров, И.Л. Технологический расчет лесопильных потоков: учеб. пособие /

7. И.Л. Белозеров, В.А. Дорошенко, С.И. Кибякова, А.П. Кибяков. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009.- 135 с.

8. Варфоломеев, Ю.А. Использование еловой древесины с биологическими поражениями / Ю. А. Варфоломеев // Известия вузов. Лесной журнал. 2005. -№4. - С. 151-153.

9. Варфоломеев, Ю.А. Анализ деятельности лесозаготовительного предприятия в зоне усыхания лесов Архангельской области / Ю.А. Варфоломеев,

10. A.Ш. Давитиашвили, И.В. Пьянков // Известия вузов. Лесной журнал. 2005. -№6.-С. 128-132.

11. Варфоломеев, Ю.А. Модернизация производства переработки еловой древесины с биоповреждениями / Ю. А. Варфоломеев // Известия вузов. Лесной журнал. 2010. -№4. - С. 142-147.

12. Васильев, И. Двинской сухостой / И. Васильев // Правда Северо-Запада. 2006. -22 февраля.

13. Ветшева, В.Ф. Переработка низкокачественных бревен / В.Ф. Ветшева, В.А.Горн,

14. B.Н.Хлебодаров, З.Т.Чанчикова. М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 80 с.

15. Вячеславов, H.A. Исследование выхода деловых сортиментов при раскряжевке хлыстов различными способами раскроя / H.A. Вячеславов // Труды ЦНИИМЭ, Сб. 127, Химки, 1972. С. 11-16.

16. Горшин, С.Н. Главнейшие гнили хвойных деревьев и их откряжевка / С.Н. Горшин. -М.: ГЛТИ, 1935. 80 с.

17. ГОСТ 16483.0-89. Древесина. Общие требования к физико-механическим испытаниям. Взамен ГОСТ 16483.0-78; Введ. с 01.07.90. - М.: Изд-во стандартов, 1989. - 13 с.

18. ГОСТ 16483.10-73. Древесина. Методы определения прочности при сжатии вдоль волокон. Взамен ГОСТ 16483.10-72; Введ. с 01.07.74. - М.: Изд-во стандартов, 1973. -7 с.

19. Единые нормы выработки и расценки на лесозаготовительные работы: нормативно-производственное издание. М.: Экономика, 1989. - 82 с.

20. Жигунов, A.B. Массовое усыхание лесов на Северо-Западе России / A.B. Жигунов, Т.А. Семакова, Д.А. Шабунин // Материалы научной конференции, посвященной 50-летию Института леса Карельского научного центра РАН. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2007,- С. 42-52.

21. Захарьин, Г.И. О-качественных характеристиках комбинированного пиловочника / Г.И. Захарьин, Г.С. Нушкарев // Комплексное использование древесного сырья: сб. науч. тр. Архангельск. - 1979. - С. 78-80.

22. Любарский, Л.В. Усыхание горных пихтово-еловых лесов Майхинского опытноголесхоза ДальНИИЛХ / Л.В. Любарский // Рукопись, фонды ДальНИИЛХ Хабаровск, 1949. 189 с.

23. Мазуркин, П.М. Биотехническое проектирование: справочно-методическое пособие / П.М. Мазуркин. Йошкар-Ола: 1994. - 348 с.

24. Манько, Ю. И. Взгляды А.И. Куренцова на на проблему усыхания аянской ели / Ю.И. Манько // Чтения памяти Алексея Ивановича Куренцова. — Владивосток: Дальнаука, 2009. С. 24-28.

25. Молчанов, A.A. Леса и лесное хозяйство Архангельской области / A.A. Молчанов, И.Ф. Преображенский. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 239 с.

26. Морозов, B.C. Автоматизированный фотометрический метод сортировки древесины / B.C. Морозов, И.Н. Беляев // Известия вузов. Лесной журнал. 2011. -№ 3. - С. 69-73.

27. Неволин, О. А. О распаде и гибели высоковозрастных ельников в Березниковском лесхозе Архангельской области / О. А. Неволин, А. Н. Грицынин, С. В. Торхов // Известия вузов. Лесной журнал. 2005. - N 6. - С. 7-22

28. Пахомов, И.Д. Изменение влажности и объемного веса древесины ели аянской при усыхании на корню / И.Д. Пахомов // Тр. ДальНИИЛХ. Вып. 4. Хабаровск, 1962 -С. 235-244.

29. Пахомов, И.Д. Технические свойства древесины сухостойной ели и пихты и путирационального использования ее в народном хозяйстве / И.Д. Пахомов //

30. Тр. ДальНИИЛХ. Вып. 5. Хабаровск, 1963 - С. 278-295.

31. Петровский, B.C. Автоматическая оптимизация раскроя древесных хлыстов /

32. B.C. Петровский М.: Лесн. пром-сть, 1970. - 184 с.

33. Петровский, B.C. Исследования образующей древесных стволов /

34. B.C. Петровский // М.: Лесное хозяйство. 1964. - № 9. - С. 10 - 11.

35. Починков, C.B. Сколько стоят древесные ресурсы леса? / C.B. Починков // Устойчивое лесопользование. 2003. - №3. - С. 8-13.

36. Протоколы заседания С. Петербургского лесного общества // Лесной журнал -1903. вып. 3 С. 754 - 755.

37. Санитарные правила в лесах РФ // Экологическое право. Сборник нормативных актов. Вып. 2. М., 1994.

38. Сергеев, П.Н. Лесная таксация / П.Н. Сергеев М. : Гослестехиздат, 1953. - 332 с. Серебренников, П.П. Задачи лесного опытного дела на севере /V Труды ХП Всероссийского Съезда лесовладельцев и лесохозяев в гор. Архангельске в 1912 г. -СПб., 1913. - 16 с.

39. СНиП 11-25-80. Деревянные конструкции. Нормы проектирования / Госстрой СССР. -М. :Стройиздат, 1983. 31 с.

40. Сойфер, В.А. Методы компьютерной обработки изображений / В.А. Сойфер. -М.: Физматлит, 2001 г. 784 с.

41. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2006 году / Отв.ред. Л.Г. Доморощенова Архангельск: Изд., 2007. - 320 с.

42. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2007 году /

43. Отв. ред. Л.Г. Доморощенова Архангельск: Издательство ООО «Издательскийцентр СГМУ», 2008 308 с.

44. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области в 2008 году /

45. Отв. ред. Л.Г. Доморощенова Архангельск: Изд., 2009. - 304 с.

46. Сухих, А.Н. Анализ возможности получения радиальных пиломатериалов изперестойных древостоев сосны и лиственницы в лесосырьевых базах Среднего

47. Приангарья / А.Н. Сухих // ГОУВПО "БрГТУ", г. Братск, РФ Электронный ресурс.:режим доступа: http://science-bsea.bgita.ru/2003/leskomp2003/suhih.htm

48. Торопов, A.C. Обоснование места и числа замеров при моделировании предметатруда в деревообрабатывающих производствах / A.C. Торопов, А.П. Домрачеев //

49. Известия вузов. Лесной журнал. 2002. - №4. - С. 96-101.

50. Торопов, A.C. Исследование пораженности древесины напенной гнилью /

51. A.C. Торопов, Е.В. Микрюкова, С.А. Торопов // Изв. вузов. Лесной журнал. 2009.4. С. 95-100

52. Уровень цен производителей на лесоматериалы, продукцию деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных производств по отдельным регионам России в первом квартале 2008 г. Электронный ресурс.: режим доступа: http://komi.gks.ru/express/download.asp?id=4221

53. Успенский, М.Д. Из северных лесов / М.Д. Успенский // // Известия вузов. Лесной журнал. 1906. - № 2. - С. 125-148.