Полуфабрикаты деревянного домостроения

А. В. Мехренцев Б. Е. Меньшиков Е. В. Курдышева




            ПОЛУФАБРИКАТЫ ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ


Учебное пособие

3-е издание, переработанное и дополненное

















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 674.093
ББК 37.132
      М55



Рецензенты:
кафедра технологических процессов и машин лесного комплекса Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С. М. Кирова;
директор ООО «Проектсервис» В. Е. Рысев


      Мехренцев, А. В.
М55       Полуфабрикаты деревянного домостроения : учебное пособие /
      А. В. Мехренцев, Б. Е. Меньшиков, Е. В. Курдышева. - 3-е изд., перераб. и доп. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 304 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1144-8

           Даны сведения о свойствах древесины как стенового материала, используемого для постройки бань, жилых домов, коттеджей. Рассмотрено устройство оборудования, приведены структурные и технологические схемы участков и цехов по производству полуфабрикатов для деревянного домостроения. Представлены различные направления переработки горбылей на разнообразные виды пилопродукции, в том числе и не выпускаемые из них ранее - профильные фрезерованные детали, паллеты.
           Для студентов направлений подготовки 35.03.02, 35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств». Будет полезно обучающимся при выполнении курсовой работы и соответствующих разделов выпускной квалификационной работы, а также студентам среднего профессионального образования. Может быть использовано учреждениями, занимающимися профессиональным обучением в рамках профстандартов и дополнительного профессионального образования.

УДК 674.093
ББК 37.132












ISBN 978-5-9729-1144-8

    © Мехренцев А. В., Меньшиков Б. Е., Курдышева Е. В., 2023
    © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                           © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ




Предисловие..................................................6

Раздел I. Производство оцилиндрованных деталей строительного назначения.....................................7
Введение.....................................................7
1. Общие сведения о производстве оцилиндрованных деталей строительного назначения из круглых лесоматериалов..........9
  1.1. Краткие сведения о свойствах древесины как строительного материала и основные направления использования оцилиндрованных деталей...................................9
  1.2. Характеристика сырья и готовой продукции.............13
     1.2.1. Краткие сведения о сырье для производства оцилиндрованных деталей строительного назначения......13
     1.2.2. Ресурсы сырья для производства оцилиндрованных деталей, используемых в качестве стенового материала различного назначения.................................16
     1.2.3. Основные виды готовой продукции.................18
  1.3. Баланс древесины и основные показатели по выходу готовой продукции................................................35
     1.3.1. Баланс древесины при производстве оцилиндрованных деталей...............................................35
     1.3.2. Баланс древесины при производстве пилопродукции.41
2. Технологическое оборудование для производства оцилиндрованных деталей строительного назначения...........46
  2.1. Общие сведения.......................................46
  2.2. Устройство и основные характеристики оцилиндровочных станков периодического действия..........................51
     2.2.1. Станки токарного типа...........................51
     2.2.2. Станки роторного типа...........................65
  2.3. Устройство и основные характеристики головных станков проходного типа..........................................72
  2.4. Последующее технологическое оборудование.............83
     2.4.1. Специализированные станки.......................83
     2.4.2. Комбинированные станки..........................93
3. Цехи и потоки по производству оцилиндрованных деталей строительного назначения...................................100
  3.1. Общие сведения......................................100

3

  3.2. Цехи и потоки на базе оцилиндровочных станков периодического действия..................................101
     3.2.1. Цехи и потоки на базе станков токарного типа...101
     3.2.2. Цехи и потоки на базе станков роторного типа...111
     3.2.3. Специализированные и комбинированные цехи и потоки..............................................114
  3.3. Цехи по производству оцилиндрованных деталей на базе станков проходного типа..................................120
     3.3.1. Специализированные цехи........................120
     3.3.2. Комбинированные цехи и потоки со станками проходного типа.......................................133
  3.4. Расчет производительности технологических потоков по изготовлению оцилиндрованных деталей..................135
Контрольные вопросы для проверки пройденного материала......146

Раздел II. Производство пилопродукции из горбылей..........148

Введение...................................................148
4. Характеристика горбылей и основных видов готовой продукции, вырабатываемой их них...........................150
  4.1. Размерно-качественные характеристики горбылей и их выход при переработке круглых лесоматериалов на пилопродукцию .... 150
  4.2. Основные виды пилопродукции, вырабатываемой из горбылей..............................................164
     4.2.1. Деловые горбыли, обапол, горбыльный штакетник...164
     4.2.2. Необрезные и обрезные доски, бруски............171
     4.2.3. Профильные фрезерованные детали................176
     4.2.4. Тонкомерно-короткомерная пилопродукция различного назначения............................................183
  4.3. Баланс древесины и основные показатели по выходу готовой продукции при переработке горбылей.......................191
     4.3.1. Общие сведения.................................191
     4.3.2. Ориентировочные показатели по выходу из горбылей различных видов продукции.............................195
5. Технологическое оборудование для переработки горбылей на пилопродукцию...........................................198
  5.1. Общие сведения......................................198
  5.2. Торцовочные и концеравнительные станки..............199
  5.3. Круглопильные станки для продольной распиловки горбылей .... 204
     5.3.1. Общие сведения.................................204
     5.3.2. Ребровые круглопильные станки..................206

4

     5.3.3. Обрезные круглопильные станки...................210
     5.3.4. Универсальные круглопильные станки..............216
  5.4. Ленточнопильные делительные станки...................223
  5.5. Фрезерно-горбыльные станки...........................232
6. Потоки и цехи по переработке горбылей....................238
  6.1. Общие сведения.......................................238
  6.2. Потоки и цехи по переработке горбылей................240
     6.2.1. Потоки по переработке горбылей на деловые горбыли, обапол и горбыльный штакетник.........................240
     6.2.2. Потоки по переработке горбылей на необрезные и обрезные доски, бруски..............................247
     6.2.3. Потоки и цехи по переработке горбылей на профильные фрезерованные детали..................................264
     6.2.4. Потоки по переработке горбылей на тонкомерно-короткомерную пилопродукцию.............274
  6.3. Основы расчета производительности технологических потоков по переработке горбылей на пилопродукцию.........284
Контрольные вопросы для проверки пройденного материала......285
Библиографический список....................................288
Приложение. Основные термины и определения..................290

5

ПРЕДИСЛОВИЕ






     В последние годы на лесозаготовительных предприятиях, кроме традиционных видов переработки лесоматериалов - окорки, лесопиления, шпалопиления, таропиления, стали развиваться и другие виды. Для первичной переработки лесоматериалов созданы современные лесообрабатывающие станки, обеспечивающие производство новых видов продукции, востребованных на рынке. К таким направлениям переработки относятся производство полуфабрикатов для деревянного домостроения, оцилин-дрованных деталей строительного назначения, переработка горбылей на различную пилопродукцию. Данные направления переработки, новые виды оборудования и технологические процессы на их базе практически не освещены в учебной литературе. В настоящем пособии приведены сведения об этих направлениях переработки лесоматериалов.
     Пособие состоит из двух основных разделов. В первом разделе даны сведения о свойствах древесины как стенового материала, используемого для постройки бань, жилых домов, коттеджей. Рассмотрено устройство оборудования, приведены структурные и технологические схемы участков и цехов по производству полуфабрикатов для деревянного домостроения.
     Во втором разделе рассматриваются различные направления переработки горбылей на разнообразные виды пилопродукции, в том числе и не выпускаемые из них ранее - профильные фрезерованные детали, паллеты и т. п.
     Учебное пособие предназначено для обучающихся по направлениям подготовки бакалавров и магистров 35.03.02, 35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» по профилю «Лесоинженерное дело», которым в будущей работе на предприятиях лесного комплекса необходимы знания в этой области.
     При написании пособия были использованы сведения, приведенные в библиографическом списке, специализированных журналах и на сайтах компаний-производителей оборудования для производства оцилиндро-ванных деталей и переработки горбылей на пилопродукцию [1-27]. Термины и определения, относящиеся к технологическим процессам производства полуфабрикатов деревянного домостроения и специальных видов пилопродукции, представлены в приложении.

6

Раздел I

ПРОИЗВОДСТВО ОЦИЛИНДРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ




        ВВЕДЕНИЕ

    В соответствии с Федеральной программой развития лесной промышленности России стратегическим направлением структурной перестройки лесопромышленного комплекса принято опережающее развитие лесопильно-деревообрабатывающих производств по переработке сырья на различную продукцию, создание в районах основных лесозаготовок высокорентабельных и конкурентоспособных предприятий различной мощности, исключающих лишнюю транспортировку лесоматериалов в круглом виде.
    В последние годы спрос на лесоматериалы превышает предложение. Сохранение этих позиций на современном рынке обеспечивается благодаря тому, что эта продукция имеет массовый характер, относительно недорогая и экологически чистая, из постоянно возобновляемого естественным путем природного сырья.
    Одним из возможных направлений в использовании имеющихся лесосырьевых ресурсов на лесозаготовительных предприятиях является производство оцилиндрованных деталей строительного назначения для сооружения деревянных жилых домов, бань, строений дачного типа, различных объектов малой архитектуры, а также и другой широкой номенклатуры изделий строительного назначения.
    Данный вид первичной переработки круглых лесоматериалов не требует больших капиталовложений и быстро окупается. Кроме того, это один из путей решения очень важной проблемы обеспечения жильем населения отдаленных лесных поселков, расположенных в многолесных районах Российской Федерации, так как жилищный фонд в большинстве длительно действующих предприятий ветхий. При этом туда не надо завозить другие, более дорогие покупные строительные материалы.
    Оцилиндрованные детали, используемые как стеновой материал, являются только одним из видов лесопродукции, необходимой для постройки жилых домов. Поэтому на предприятиях лесного комплекса организуются и другие перерабатывающие производства, обеспечивающие выпуск такой продукции: лесопиление и производство профильных фрезерован

7

ных деталей различного вида, столярно-строительных изделий, в том числе оконных и дверных блоков, и т. д.
    В данном разделе пособия комплексно рассмотрены и систематизированы основные вопросы, связанные с производством оцилиндрованных деталей строительного назначения из круглых лесоматериалов. Даны рекомендации по применению того или иного оборудования и технологии процессов в различных природно-производственных условиях работ лесозаготовительных предприятий.
    Кроме того, в пособии имеются также специальные разделы, характеризующие показатели по выходу готовой продукции, балансу древесины при переработке круглых лесоматериалов на оцилиндрованные детали. В отдельной главе приведена методика расчета производительности технологического оборудования различного типа.

8

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
О ПРОИЗВОДСТВЕ ОЦИЛИНДРОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
ИЗ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

1.1. Краткие сведения о свойствах древесины как строительного материала
и основные направления использования оцилиндрованных деталей

   Несмотря на обилие строительных материалов, большинство из которых значительно прочнее и долговечнее древесины, деревянные конструкции, вырабатываемые из круглых лесоматериалов, находят широкое применение в строительной индустрии и пользуются неизменным спросом. Основные предпосылки использования древесины в строительстве следующие:
   -     древесина - строительный материал будущего. Она обладает уникальными физико-механическими свойствами; малой плотностью и высокой прочностью при отличных теплофизических свойствах, что позволяет использовать ее для изготовления несущих конструкций жилых домов;
   -     древесина - экологически чистое сырье, так как для его произрастания используется энергия солнца;
   -     древесина - это единственный возобновляемый природный материал, дающий ежегодный прирост, относительно быстро и естественно восстанавливается, что обеспечивает длительное и устойчивое ее применение в строительстве;
   -     древесина легко обрабатывается и обладает богатыми возможностями при переработке и формообразовании. Изменение и перестройки деревянных сооружений легко осуществимы. Без особых затрат деревянные сооружения можно легко демонтировать, разобрать на отдельные детали, приспособить под другие здания необходимой площади и назначения;
   -     древесина позволяет получать оптимальное соотношение цена - качество. Высокая заводская готовность, малые энергозатраты и транспортные расходы, высокая скорость монтажа делают оцилиндрованные детали из древесины конкурентоспособным при строительстве;
   -     древесина создает в доме здоровую атмосферу. Древесина как природный продукт рождает в интерьере комфортную среду, улучшает самочувствие людей, благоприятно действует на иммунную систему человека,

9

так как способна поглощать вредные вещества, выделяющиеся при дыхании, и снижать их концентрацию за несколько часов в десятки раз. Естественная проницаемость древесины является важнейшим положительным свойством срубовых конструкций. Она способствует естественному удалению газообразных продуктов жизнедеятельности человека сквозь стены и постепенному выравниванию химического состава воздуха внутри дома и снаружи. Деревянные здания хорошо гармонируют с ландшафтом и всей окружающей средой;
    -     применение древесины снижает глобальный парниковый эффект. По истечении срока службы деревянные сооружения могут быть переработаны путем сжигания или биологическим путем без создания нагрузки на окружающую среду, так как древесина включается в естественный круговорот веществ в природе;
    -     древесина является долговечным материалом даже без специальных защитных мер. Древесина при правильном проектировании и эксплуатации сооружений отличается большой долговечностью. При учете естественной сопротивляемости различных древесных пород и соблюдении необходимых строительных мер защиты деревянные конструкции могут служить очень долго.
    Особое значение при использовании древесины в качестве стенового материала имеют ее теплоизоляционные свойства. Низкая теплопроводность - ее бесспорное достоинство. Теплопроводность (теплоизоляционные свойства) породы деревьев, используемых при строительстве, - способность материала проводить тепло, теплопроводность зависит от объемного веса и влажности древесины. Объемный вес древесины зависит от наличия в материале воздушных пустот. Чем больше воздушных пустот в теплоизоляторе (менее плотный), тем лучшей теплоизоляцией он обладает. Хвойные породы имеют меньший вес и плотность, поэтому обладают лучшими теплоизоляционными свойствами в сравнении с лиственными породами. Важнейшей характеристикой теплоизоляционных свойств конструкции является величина термосопротивления, устанавливающая связь между физическими свойствами материала и его толщиной. Она определяется как отношение толщины слоя материала к его коэффициенту теплопроводности.
    Превосходство дерева над кирпичом по теплоизоляционным свойствам значительно - кирпичная стена толщиной 510 мм (в два кирпича) имеет почти такое же термосопротивление, как и стена из дерева толщиной 100 мм. В табл. 1.1 даны сравнительные характеристики теплоизоляционных свойств стен из круглых лесоматериалов и кирпича.
    Однако наряду с достоинствами у древесины есть недостатки: анизотропия (ее свойства резко отличаются вдоль и поперек волокон), пороки


10

структуры, гигроскопичность и, как следствие, влажностные деформации, загниваемость и возгораемость.

Таблица 1.1


Сравнительная характеристика теплоизоляционных свойств древесины и кирпича



Диаметр бревна*, мм

Температура промерзания, t° C

Кирпичная стена* **, мм (аналог теплопроводности)

0160

-36

0180

0200

0 220

  * Сосна, ель.

  ** Кирпич красный глиняный.


    Для уменьшения их отрицательного влияния, в первую очередь, применяют сушку и дальнейшую пропитку древесины антисептиками или антипиренами, а также принимают меры по предотвращению увлажнения конструкции в процессе эксплуатации (защита от атмосферных осадков; изоляция от грунта, камня, бетона; устройство хорошей естественной вентиляции и т. д.).
    Бревенчатые дома являются традиционным видом жилья в странах, где климатические условия требуют применения стенового материала с отличными теплозащитными свойствами и в наличии имеется высококачественный прямоствольный лес, пригодный для изготовления срубов, поэтому данный метод строительства наибольшее распространение получил в России, Скандинавских странах, Канаде, северных штатах США.

11

    Под термином «сруб» понимается венцовая конструкция, элементы которой укладываются с перевязыванием (перекрытием стыков) в углах, такие жилые постройки сегодня сооружаются из целых бревен, бревен, обработанных на цилиндр, пиленого или клееного бруса.
    Традиционным видом сырья для изготовления качественных срубов являются тщательно отобранные высушенные бревна из хвойных пород древесины. Именно из такого материала построено множество шедевров деревянного зодчества Севера России. Со временем технология стала упрощаться, приспосабливаться под нужды массового строительства. Во второй половине прошлого века появились промышленные технологии строительства деревянных домов из бревен, обработанных специальными станками на цилиндр. Эта технология быстро завоевала популярность благодаря простоте сборки дома на строительной площадке и позволила перейти на массовое строительство домов из древесины. Деревянный дом из оцилиндрованного бревна быстро возводится, экологичен, сочетает в себе сравнительно низкую стоимость с высокими эксплуатационными характеристиками.
    Механизированные технологии оцилиндровывания для производства деревянных домов из-за сокращения числа операций при сборке стали проще и технологичнее. Кроме того, использование оцилиндрованного бревна позволило при сборке создать более жесткую конструкцию. Так как бревно к бревну подгоняется плотнее, улучшаются теплоизоляционные свойства стен, а само здание выглядит эстетичнее.
    Современные методы антисептирования позволяют надолго защищать древесину от возникновения химических окрасок, поражения насекомыми, поэтому дома из оцилиндрованных бревен имеют привлекательный внешний вид.
    Оцилиндрованное бревно как стеновой материал очень технологично как в производстве, так и при сборке. Полный комплект деталей будущего дома можно изготовить непосредственно на предприятии.
    Обработка бревен для домостроения на цилиндр с выполненными в них технологическими элементами для дальнейшей сборки в изделие производится с помощью специального оборудования, которое позволяет организовать серийный выпуск стройкомплектов для бревенчатых домов.
    Для производства оцилиндрованных деталей, используемых для изготовления срубов, чаще всего применяются хвойные породы благодаря прямому стволу и высокой смолистости, препятствующей гниению.
    Для изготовления стен деревянных домов наиболее подходит сосна (с мягкой прямослойной древесиной, с тонкой ровной текстурой и неконтрастными годичными кольцами), древесина которой смолистая, хорошо обрабатывается, мало подвергается короблению.

12

    Ель также находит широкое применение, но по ряду характеристик уступает сосне. Ель имеет большое количество мелких и средних сучков, что существенно ухудшает ее потребительские свойства. Древесина ели менее смолиста, чем у сосны, поэтому более подвержена загниванию и менее влагостойка.
    Древесина лиственницы красновато-бурого цвета, мелкослойная, очень смолистая. Лиственница обладает высокими физико-механическими свойствами, прочностью. Плотность лиственницы примерно на 30 % выше, чем плотность сосны. Лиственница устойчива к воздействию высокой влажности окружающей среды и к гниению. Как стеновой материал применяется там, где требуется высокая стойкость против гниения.
    Пихта во внешних деревянных конструкциях не используется ввиду низкой стойкости против загнивания.
    Из лиственных отечественных пород в качестве стенового материала используется осина, она может успешно заменить хвойные породы, не боится влаги и имеет малую плотность. Это хороший материал при использовании в сооружениях с перепадом влажности и температурного режима (бани).
    Кроме основного вида продукции - оцилиндрованных деталей как стенового материала - на этом же технологическом оборудовании выпускаются и другие многочисленные виды строительных изделий, сведения о них приведены в разделе 1.2.2.

        1.2. Характеристика сырья и готовой продукции

1.2.1.      Краткие сведения о сырье для производства оцилиндрованных деталей строительного назначения

    В зависимости от назначения получаемой продукции и требований по ее размерам в качестве сырья для производства оцилиндрованных деталей используются главным образом сортименты по ГОСТ 9463-88 «Лесоматериалы круглых хвойных пород. Технические условия».
    Основное размерное деление лесоматериалов определено по толщине, при этом устанавливаются три категории:
    - крупномерные - диаметром от 26 см и более с градацией в 2 см;
    - средние - диаметром от 14 до 24 см включительно с градацией в 2 см;
    -     тонкомерные - диаметром от 6 до 13 см включительно с градацией в 1 см.

13