И хочется, и колется, но рынок не велит

К сортировке древесины по различным показателям довольно давно пригляделись в промышленных масштабах, но некоторым предприятиям подобная выборка зачастую вовсе не по душе. Стезя к наращиванию производственного потенциала требует вложений, а отдельным руководителям меньше всего хочется тратить денежные средства на модернизацию. Для кого-то работать спустя рукава гораздо проще, чем следовать букве стандарта и нормативам, однако современность заставляет следовать определённым правилам, без учёта которых ни организации, ни продукции не выжить на рынке. И сейчас в сторону автоматизированных установок по сортировке древесины по прочности смотрят не только гиганты мебельного сектора, но и те, кто реально видит, что грамотная сортировка — прямой путь к существенной выгоде.

Перемен требует наша страда

Требования к качеству пиломатериалов постоянно находятся в фазе обновления: даже отечественная стандартизация, на сколько это возможно, приближает свои регламенты и нормативы к европейской практике. И только безумец сегодня не понимает, что на самом деле за сортировочным процессом стоит не только сокращение издержек, но реальная прибыль. Как правило, покупатель заинтересован в приобретении материалов, имеющих хороший показатель прочности. При этом производителю, так или иначе, необходимо следовать традиции разбиения пиловочника на классы. Чем выше класс древесины, тем реальнее реализовать её по хорошей цене. В погоне за рублём одни пренебрегают подобными постулатами, и соответственно теряют клиентов. Крупным предприятиям сегодня выгодно получать уже готовую отсортированную по классам прочности и транспортной влажности древесину.

Европейский опыт, конечно, допускает использование простроганного и отсортированного по прочности пиловочника с показателем влажности в 8-12%. Фактически заготовки слоёв пользуются наибольшим спросом среди предпринимателей малого и среднего звена, чьё производство ориентировано на изготовление клеёных конструкций в рамках местного масштаба.

Сейчас на предприятиях лесоперерабатывающего направления как должное принимается наличие полного набора сортировочного оборудования: установок как для визуального контроля, так и для сортировки по прочностным показателям. Поскольку львиную долю потребителей составляют именно занимающиеся каркасным строительством, чьи интересы в подобных качественных характеристиках непреклонны. Сама специфичность сортировочного процесса даёт «каркасникам» прибавку к стоимости, а лесопильщикам позволяет оперативно разгрузить склады. К тому же дополнительная комплектация процесса пиления сортировочными установками способствует эффективному и рациональному ведению производства, ибо лесопильные организации не гнушаются параллельно работать и на смежные отраслевые рынки.

Впрочем, на отечественном перерабатывающем пространстве лишь единицы лесопильных предприятий, способных и не лишённых желания в полной мере на собственном производстве действовать в рамках мировых стандартов. В большинстве случаев закупка пиловочника организациями осуществляется с точки зрения относительно географической близости, и не всегда её качественный состав соответствует всем необходимым нормам, поскольку многие мелкие лесопилки стараются сбыть свою продукцию без сортировки. О колоссальных объёмах при любом раскладе мечтать не приходится, ибо у предприятий малого звена нет интереса в переоснащении станочного парка, да и вряд ли они имеют возможности для удовлетворения потребностей крупных производств в сырье требуемого сечения и качества. Безусловно, решить подобные вопросы могут как лесопильные, так и производители КДК, если оснастить цеха необходимым современным сортировочным оборудованием.

Многие отечественные предприятия приурочили сортировку к раскрою, а то и совсем исключили из технологического процесса, что говорит о недальновидности руководящей вертикали. Рациональное зерно в сортировке однозначно есть, и просматривается, к примеру, для производителей КДК. Так при производстве клеёных элементов предусмотрено использование различного рода древесины по сортовому признаку: как низкосортной, так и высокого качества, соответственно, для внутренних и наружных зон. В этом отношении требования к внутренним слоям заготовок существенно ниже, чем к материалам, используемым для внешних напряжённых зон. Да и прочностные характеристики внутренних лишь немного уступают высокосортным в силу того, что на этапе поперечного раскроя происходит удаление дефектов, так что тут и экономичность расхода сырья, и снижение себестоимости продукции.

Отечественные нормы, в частности СНиП II-25-80, позволяют выпускать заготовки двух сортов именно в отношении клеёных многослойных конструкций: материалы первого сорта используют при изготовлении элементов конструкции для зон растяжения и сжатия, а второй для средних зон. В Европе также подобные допуски получили право на жизнь относительно сечения многослойных клеёных элементов. В Америке же стандарт AITC-117-2004 регламентировал на этапах проведения проектировочных работ и собственно при изготовлении клеёных элементов использование многосортовой комбинации (5-6 шт.) заготовок в сечении балок. И если говорить непосредственно о сортировке на базе производства КДК, то при поперечном раскрое внушительных объёмов сырья следует ожидать серьёзных проблем с накопительными возможностями сортовой сырьевой базы, да и без потерь древесины на участке удаления дефектов не обойтись. Потому-то специалисты в сфере деревообработки рекомендуют всё же сортировать пиловочник перед операцией раскроя и, конечно, до отправки партии в сушильную камеру.

От простейшего к современному

Сегодня оборудование для сортировки пилопродукции можно встретить даже в простейшем варианте, причём сей шедевр не исключает и кустарного изготовления в стенах какого-либо гаража. Речь идёт о цепном сортировочном конвейере, который до сих пор тянет лямку производства на предприятиях среднего и крупного звена. Так называемая сортировка происходит при участии нескольких человек, одному из которых отведена роль визуального контролёра, перед которым движутся одна за другой доски, а другим, соответственно, вменены обязанности ручной переброски брёвен и формирование пакетов или штабелей для сушки. В отличие от нас зарубежные лесопереработчики фактически стали сторонниками полной механизации сортировочного процесса и тем самым отошли от ручного труда. За кордоном на линиях лесопиления участок сортировки укомплектован кантователем, благодаря которому браковщику доступна визуальная оценка обеих пластей доски, где одним нажатием кнопки проверенный материал отправляется в соответствующий сортовой карман. Однако при перемещении досок торцевой частью существенно снижает для браковщика обзор кромочной поверхности. Решением такого рода вопроса занялась компания System, которая предложила улучшенный просмотр пластей и кромок. Кстати на линии были задействованы уже два специалиста по сортировке, каждому из которых приходится оценивать только одну из пластей доски, после чего на основании комплексной оценки материалу присваивают сорт.

Совершенствование станочного оборудования, впрочем, не даст ощутимого эффекта, если слепо следовать несколько устаревшим принципам визуального оценочного подхода, поскольку вектор производства деревянных конструкций давно изменил своё направление и требует более новых технологичных решений в сфере сортировки пиломатериалов. Так, размерность сучка, представленная долями от ширины пласти или кромки (KAR) как показатель, ставший фундаментом постулатов на этапе сортировки продукции для КДК, уже не способен проиллюстрировать реальные прочностные характеристики заготовки. Например, согласно практическим данным, коэффициент соотношения параметра KAR, который нормируется британским стандартом BS 4978, и прочности доски имеет значение 0,41. Стало быть, пиломатериал, относимый к высшему сорту, вполне может оказаться с низкой прочностью, или же напротив, низкосортная древесины покажет отличные прочностные характеристики в процессе испытания нагрузками. Визуальная сортировка вызывает сложности в оценке таких параметров, как показатели наклона волокон, ширины годичных колец, доли поздней древесины в слоях, однако существуют примеры стремлений упорядочить и эти показатели. Тем временем доказано, что древесина способна иметь различную прочность в зависимости от района произрастания и породного состава, но подобный нюанс сектор строительства даже не рассматривает, и, очевидно, зря.

Конструкторские изыскания в сфере неразрушающего контроля прочности велись за границей ещё в эпоху 1950-60-х гг. Результатом таких изысканий стало появление установок, способных прогнозировать характерную прочность досок при помощи показателей модуля упругости и плотности самой древесины, наклона волокон, величины и расположения сучков, а также с учётом прочих пороков. В числе стран, которые поставили на сортировку по прочностным характеристикам, была и Англия. По мнению английскийских лесопереработчиков, благодаря внедрению данных испытаний индустрия выиграла не только в отношении ресурсной базы, но и отметила снижение древесиноёмкости конструкций практически на 18% через наиболее точные расчёты. После чего, всё те же специалисты констатировали готовность потребительской аудитории платить за эффективность конструкционных материалов фактически на 15-20% дороже, чем за обычные. Кстати, далее в 1975 году англичане узаконили введение сертификатов по прочности, без которых использовать в строительстве пилопродукцию было запрещено.

После этого ряд других стран также создал нормативные ограничения в использовании в деревянном строительстве пиловочной продукции, прошедшей обычную сортировку. В этом направлении вели работы специалисты Центрального научно-исследовательского института механической обработки древесины и государственного центрального научно-исследовательского и проектно-экспериментального института строительных конструкций им. В. А. Кучеренко. Советские учёные разработали не только свод ТУ для конструкционных пиломатериалов, но и СНиП, в соответствие с которыми выборка на сортовые группы 2К и ЗК для слоёв КДК допускала визуальную и машинную сортировку, а сорт 1К предполагал использование лишь автоматизированной и машинной оценки прочности.

Посредством введения всяческих норм и условий советское государство на рубеже 1970-80-х годов пыталось увеличить экспортный потенциал отечественной пилопродукции, опираясь на разумность сортировочной операции на основе прочностных испытаний с экономической точки зрения. Уже в 1976-м пилопродукция 4 и 5 сортов, предлагаемая на экспорт архангельскими предприятиями, прошла сортировку на двух агрегатах фирмы Computermatic. В результате машинной оценки нескольких партий конструкционного высшего сорта М75 по BS4978 оказалось 77-78,8% соснового сырья, а елового 88-99,5%. Подобной апробации подверглись и пиломатериалы Вельского предприятия, чья продукция также прошла сортировку на агрегатах Finnograder в Финляндии, Computermatic в Архангельске, а также визуальной сортировке в том же Архангельске в соответствии со СНиП 3.090.3 «Производство деревянных конструкций» и СТП 11-28-83 «Доски конструкционные хвойных пород. Правила сортировки». При этом специалисты-исследователи отметили, что, по данным визуального сортировочного отбора, по СНиП 3.090.3 лишь 50% образцов относила к сорту 2К, а точнее к заготовкам слоёв для растянутой и сжатой зон сечения клеёных элементов. Когда же сортировали по СТП 11-28-83 к аналогичному сорту К24 было отнесено 60-70% пиловочника. Машинная же сортировка предоставила несколько иные результаты: «при изгибе на пласть к сортам К38 и К30 (по финскому стандарту), машины отнесли в общей сложности 87-88% пиломатериалов. При этом сорта К38 и К30 соответствуют даже не сорту 2К СНиП 3.090.3, а более высокому сорту 1К. Оставшиеся же 12-13% пиломатериалов были отнесены к сорту К19 (соответствует российскому сорту 3К), который может быть использован для внутренних слоёв клеёных элементов, тогда как при визуальной сортировке (по СНиП 3.090.3) 19% пиломатериалов были просто отбракованы, то есть признаны непригодными для использования в производстве КДК».

Проводимые ещё в советский период исследования доказали, что автоматизация сортировочного процесса пилопродукции исключает влияние человеческого фактора. Заодно увеличивается и пропускные возможности на сортировочном участке посредством учёта плотности древесины, когда, казалось бы, маркированная как низкий сорт или как брак древесина может всё же использоваться в производстве.

В общем машины, позволяющие замерять модуль упругости в продольном прохождении сортировки, доказали свою целесообразность и востребованность уже на заре автоматизации. Современные же установки способны нанести маркировку на слабый участок доски, который затем удаляют, а оставшиеся материалы сращивают и используют в дальнейшем в производстве.

Что в имени твоём

За брендами многих производителей сортировочного оборудования кроется немало конструкторских исследований и пытливого поиска замены ручного труда. Некогда такие машины как 7200 HCLT американской Metriguard, D.A.R.T. от австралийцев Eldeco и ESG-240 шведской John Ersson Engineering использовались во всём мире. Свою популярность подтвердили и Computermatic и SG-TF NA из Великобритании, финны Timgrader и Stress-O-Matic из Америки. С течением времени некоторые станки вышли из оборота, но на смену им пришла эра более современного оборудования. Был открыт метод акустического определения модуля упругости, по которому были созданы установки Dynagrade и Sylvamatic.

Согласно методике, по материалу в продольном сечении пускают ультразвук, после чего при помощи датчиков происходит фиксация потерь энергии и производится расчёт удельных потерь, а уж потом и сам модуль упругости доски. Немного в ином русле происходит работа итальянской установки ViSCAN фирмы Microtec. В данном случае доске сообщают вибрацию, частота колебаний которой замеряется лазерным интерферометром, а потом соответственно производится расчёт динамического модуля упругости. Кстати, производитель в качестве преимущества данного метода указывает возможность работать с наибольшей толщиной материала, нежели при механическом способе сортировки, у которых параметральный ограничитель сводится к толщине в 75 мм. К примеру, установки ViSCAN способны замерять пиломатериалы с размерами по толщине в 120 мм. Хотя в производстве КДК существенной роли это преимущество не играет. Однако сортировочные устройства не лишены недостатков. Речь идёт о тесной взаимосвязи модуля упругости только с показателями предела прочности и сжатия, в остальном же измерение по модулю упругости других прочностных характеристик теряет свою актуальность, ибо нет гарантий точности результатов. В связи с чем в большей мере доверяют и используют оборудование с проникающим излучением, где производятся замеры на основе плотности, сучковатости и наклона волокон. При этом именно плотность прогнозирует прочность чистой древесины. Пионером среди машин с подобным методом измерения стал Finnograder, который определял посредством гамма-лучей плотность, а остальные параметры путём прохождения пиломатериала через микроволновое поле. В эпоху Советов учёные отмечали высокую компетентность оборудования, но сегодня производитель столь интересного решения растворился в концерне компании Heinola Sawmill Machinery.

Аналоги подобного станка можно встретить у известных промышленных производителей, таких как Microtec и Innovativ Vision. Только сейчас эти установки оснащены лазерными сканерами и успешно оперируют рентгеновскими лучами. Между прочим, разработки Microtec нашли своё отражение в новом оборудовании под маркой GoldenEye 706, где оценка прочности происходит уже на основе необходимых параметров, а достоверность результатов гарантируется производителем. К слову, мировая промышленность на сегодняшний день предлагает аж четыре вида установок по диагностике прочностных характеристик сортировки: механическую, акустическую, радиационную и радиационно-акустическую (комбинированную).