Автоматизация и роботизация технологии лесопиления

М.А. Блохин, Н.Т. Гаврюшина, А.В. Сиротов

Автоматизация и роботизация  
технологии лесопиления

Учебное пособие

Под редакцией С.С. Гаврюшина

Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана  
(национальный исследовательский университет)»

УДК 681.5:674
ББК 37
        Б70

Издание доступно в электронном виде по адресу 
https://bmstu.press/catalog/item/6933/

Факультет «Робототехника и комплексная автоматизация»
Кафедра «Компьютерные системы автоматизации производства»

Рекомендовано Научно-методическим советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

Блохин, М. А.
Автоматизация и роботизация технологии лесопиления : учебное пособие / 
М. А. Блохин, Н. Т. Гаврюшина, А. В. Сиротов : под ред. С. С. Гаврюшина. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. —  
70, [2] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-5468-6

Учебное пособие предназначено для самостоятельной проработки студентами 
дисциплины «Технология автоматизированных производств» и, в частности, изучения 
основ прикладных и научных исследований при создании новой техники.
Приведены описания современных технологий и способов автоматизации  
и роботизации создаваемого оборудования, а также представлены решения и расчеты 
конкретных конструкторско-технологических задач, направленных на создание 
и эксплуатацию принципиально нового энергосберегающего оборудования повышенной 
производительности для производства паркета, ламелей, обрезной доски, 
двухкантного бруса высокого качества.
Для студентов технических вузов, обучающихся по направлению подготовки 
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств». Пособие может 
быть полезно для преподавателей и инженеров, а также разработчиков оборудования 
с круговым поступательным движением полотен (исполнительных элементов).

УДК 681.5:674
ББК 37

ISBN 978-5-7038-5468-6

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Б70

Предисловие

Учебное пособие предназначено для самостоятельной проработки студентами, 
обучающимися по направлению подготовки 15.03.04 «Автоматизация 
технологических процессов и производств», дисциплины «Технология 
автоматизированных производств».
В пособии представлены современные технологии и способы автоматизации 
и роботизации создаваемого оборудования, приведены расчетные 
решения конкретных конструкторско-технологических задач, направленных 
на создание и эксплуатацию принципиально нового энергосберегающего 
оборудования повышенной производительности для производства паркета, 
ламелей, обрезной доски, двухкантного бруса высокого качества. 
В приложении приведен пример проекта технического задания (ТЗ) на 
проведение опытно-конструкторской работы (ОКР) «Роботизация многопильного 
станка «Фаворит» (модель М2017)» и создание программного обеспечения 
для этого станка.
Предложенный вариант проекта ТЗ дает представление о том, с чего  
начинается ОКР, об этапах проведения работ. В нем указаны сроки, стоимость 
работ, а также требования к эксплуатации, хранению, периодическим испы- 
таниям, проведению проверок и т.п.
Порядок и особенности проведения работ в различных отраслях промышленности 
регламентируются соответствующими ГОСТами. Их можно 
найти в Интернете или непосредственно в организации — заказчике работ. 
Для освоения и изучения дисциплины «Технология автоматизированных 
производств» необходимы знания теоретической механики, сопромата,  
материаловедения, деталей машин, технологии конструкционных материалов, 
а также основ математики и физики.
Продуктивное освоение дисциплины обеспечивается изучением изложенного 
в пособии материала при одновременном его обсуждении на семинарах 
и лекциях. 
Самопроверку целесообразно вести, осуществляя контрольные расчеты 
силовых и конструктивных параметров узлов и деталей, таких как инерционные 
силы, динамический баланс валов, внецентренное растяжение полосы (
по методу Эйлера), а также скорость воздушной струи (по упрощенному 
уравнению Бернулли).
При освоении студентами настоящего пособия планируется формирование 
у них компетенций, предусмотренных профессиональной образовательной 
программой и учебным планом МГТУ им. Н.Э. Баумана на основе самостоятельно 
устанавливаемого образовательного стандарта по указанному 
направлению подготовки.

Введение

В условиях рыночной экономики от предприятий требуются постоянное 
обновление выпускаемой продукции, повышение ее качества, максимальное 
удовлетворение пожеланий заказчиков, для чего необходимо сокращать сроки 
и стоимость инженерной подготовки производства, качественно совершенствовать 
разрабатываемые проекты.
Существует два пути развития производства — экстенсивный и интенсивный. 
Экстенсивный путь означает увеличение объемов производства при 
использовании сложившихся технологий, оборудования, приемов и способов 
организации труда на основе пропорционального расхода энергии, сырья, 
материалов и вовлечения новых трудовых ресурсов. Этот путь бесперспективен, 
поскольку не повышается качество и не снижается себестоимость 
продукции, что делает ее неконкурентоспособной и затратной; увеличивается 
нагрузка на окружающую среду; требуется все большее количество работающих (
невысокой квалификации); не используются достижения науки  
и не разрабатываются высокие технологии.
Перспективным является интенсивный путь развития производства, при 
котором во все возрастающих объемах производится продукция высокого 
потребительского качества при минимальных расходах энергии, сырья,  
материалов и человеческих ресурсов.
Интенсификация производства может быть реализована на основе создания 
техники новых поколений и на ее базе — новых высоких технологий.
Характерные черты техники нового поколения, отличающие ее от модернизированной 
техники: 1) реализация новой технической идеи — научного 
открытия, крупного изобретения, комплекса изобретений; 2) скачкообразный 
рост эффективности производства, экономия сырья, снижение материалоемкости 
и энергозатрат, повышение производительности труда. Для свое- 
временной смены поколений техники необходимо, чтобы первая фаза цикла 
«техника нового поколения» опережала последнюю фазу цикла «техника 
предыдущего поколения». В связи с этим важно вовремя переориентировать 
конструкторов и изготовителей на разработку и освоение техники нового 
поколения.
Создание современных машин, приборов, новых материалов и технологий — 
сложный процесс, требующий соответствующей государственной 
политики, создания или восстановления научных школ, аналитических центров, 
отраслевых конструкторских бюро, развития промышленного капитального 
строительства, подготовки высококвалифицированных специалистов. 
Следует подчеркнуть, что копирование даже передовых зарубежных 
разработок неминуемо приводит к техническому отставанию. Только изучение 
тенденций развития техники и опережающее развитие позволяют создавать 
высокоэффективную технику, не имеющую аналогов за рубежом.
Для создания образца новой техники требуется выполнить научно-экономическое 
прогнозирование целесообразности реализации выбранного 
направления и определить:

– патентную чистоту используемых технических решений;
– преимущества разрабатываемого образца по сравнению с известными 
лучшими в мире образцами новой техники, выполняющими те же функции;
– влияние создаваемой техники на развитие смежных отраслей промышленности;
– 
потребность по годам;
– возможности и объемы продажи в другие страны;
– затраты на прикладные исследования, разработку технической документации, 
модернизацию действующих машиностроительных предприятий 
или капитальное строительство новых предприятий, подготовку и освоение 
регулярного производства;
– прогнозируемую цену одного изделия;
– ожидаемый экономический эффект;
– срок окупаемости.
Результаты научно-технического прогнозирования носят приблизительный 
характер, так как могут отсутствовать достоверная информация о работах 
конкурентов в этом направлении и полная характеристика создаваемого 
образца новой техники, однако ответ на вопрос о целесообразности работ по 
его созданию на этом этапе может быть получен.
Прикладные научно-исследовательские работы выполняются на экспериментальных 
образцах, которые являются прообразами новой техники. При 
этом создаваемые образцы новой техники должны не только обладать патентной 
чистотой, но и иметь патентную защиту в тех странах, где предполагается 
их эксплуатация.
При проведении прикладных исследований заранее формулируется  
и обосновывается конечная цель и определяются задачи, которые необходимо 
решить для ее достижения. Должен быть известен объем финансирования 
для создания экспериментального образца и проведения исследований, 
определены этапы работ и сроки их выполнения. В процессе разработки  
и создания экспериментального образца новой техники могут возникнуть 
новые технические решения, подлежащие патентованию. 
Конструкторские работы — это деятельность, в процессе которой выполняется 
инженерно-техническая проработка создаваемого образца новой 
техники и готовится техническая документация, необходимая для его промышленного 
производства. 
Подготовка серийного производства включает комплекс конструкторских, 
технологических и организационных работ, связанных с переходом предприятия 
на массовый или серийный выпуск нового изделия. На этом этапе 
осуществляют корректировку конструкторской документации применительно 
к конкретным производственным условиям, разрабатывают технологические 
процессы, проектируют и изготовляют оснастку и инструмент, решают 
организационные вопросы и др. При необходимости выполняют производственные 
исследования, связанные с улучшением качества, экономичности 
и надежности новых изделий.
Освоение регулярного производства — завершающий этап создания новой 
техники. Он включает в себя работы, направленные на обеспечение данным 

предприятием ритмичного выпуска новых изделий с заданными технико-
экономическими показателями.
Центральное место в системе создания новой техники занимают прикладные 
научные исследования. Они позволяют:
– проверить на экспериментальном образце эффективность новых технических 
решений, используемых в образце новой техники;
– уточнить целесообразность создания образца новой техники;
– получить новые технические решения, повышающие эффективность 
работы промышленного образца;
– получить все исходные материалы, необходимые для конструкторской 
проработки нового образца техники. 
Необходимо отметить, что создание новой техники — сложный процесс, 
требующий вложения значительных финансовых средств, высокого уровня 
развития науки и техники и наличия высококвалифицированных творческих 
кадров. Последнее связано с повышением качества всех видов образования 
и социальным стимулированием как материального (вознаграждение, соответствующее 
творческим успехам), так и морального (почет и уважение  
в обществе) характера.

1. Общие положения

1.1. Перспективы развития лесного комплекса Российской Федерации

В документе «Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации 
до 2030 года», разработанном под руководством Минпромторга России 
и утвержденном Правительством РФ Распоряжением от 20 сентября 2018 г. 
№ 1989-р, констатируется следующее.
«…К 2030 году мировой спрос на пиломатериалы составит 595 млн куб. 
метров, темпы прироста в целом составят от 0,8 до 2 процентов в год.
Планируется, что Россия увеличит производство пиломатериалов с 42,6 
до 62...69,5 млн куб. метров в год. Новые объемы будут направлены как на 
внутренний рынок, так и на экспорт, преимущественно в Китай.
Также к 2030 году ожидается увеличение внутрироссийского спроса на 
пиломатериалы с 16,3 до 24,7 млн куб. метров. Спрос на российские пиломатериалы 
на экспортных рынках вырастет с 26,3 до 37,1...44,8 млн куб. 
метров.
Увеличение мощностей экономически целесообразно рассматривать  
в рамках расширения существующих и (или) создания новых лесоперерабатывающих 
кластеров. Привлекательными для инвестирования в новые проекты 
по производству пиломатериалов являются Центральный и Северо- 
Западный федеральные округа, а также Сибирский федеральный округ с 
учетом мер государственной поддержки.
<...>
…Основное преимущество отечественного оборудования перед импортным — 
относительно низкая стоимость, импортное оборудование, как правило, 
в 2–3 раза дороже российского. При этом импортная техника, бывшая 
в употреблении, сравнима по цене с новыми российскими моделями.
<...>
…При этом модернизацию технической базы лесного комплекса необходимо 
проводить с использованием наилучших доступных технологий с учетом 
их экономической эффективности. Альтернативой привлечению зарубежных 
производителей является развитие собственного производства, что соответствует 
долгосрочным интересам лесной промышленности России…».
В современных условиях для стимулирования научно-исследовательских 
и опытно-конструкторских работ (НИР и ОКР) предусмотрена государственная 
поддержка, что отражено в Постановлении Правительства РФ от 30 декабря 
2013 г. № 1312 «Об утверждении Правил предоставления субсидий из 
федерального бюджета российским организациям на компенсацию части 
затрат на проведение НИР и ОКР по приоритетным направлениям гражданской 
промышленности в рамках реализации такими организациями комплексных 
инвестиционных проектов». В Постановлении предусмотрены 
субсидии на компенсацию 50 % себестоимости пилотных партий импортозамещающей 
продукции. 

В целях стимулирования модернизации, а также технического перевооружения 
предприятий российской промышленности и производства ими конкурентоспособной 
импортозамещающей продукции Распоряжением Председателя 
Правительства РФ от 28 августа 2014 г. № 1651-р образован Фонд 
развития промышленности.

1.2. Современные тенденции в лесопилении. Обзор рынка  
лесопильного оборудования

Повышение эффективности работы лесопильно-деревообрабатывающей 
промышленности теснейшим образом связано с развитием комплекса машин, 
обеспечивающих реализацию основных этапов технологического процесса 
производства. Особое место при этом занимают лесопильные станки, играющие 
главную роль в формировании размеров и качества пиломатериалов. 
В настоящее время в России бîльшая часть пиломатериалов производится 
на лесопильных рамах с возвратно-поступательным движением пильных полотен. 
Широкое применение находят также круглопильные станки с круглыми 
или дисковыми пилами, а также лесопильные станки с лезвиями в форме 
замкнутой ленты-пилы. 
В настоящее время актуальна необходимость сокращения издержек на 
транспортные перевозки, электроэнергию при распиловке древесины, иных 
издержек организационного и технологического характера, поэтому следует 
хотя бы кратко рассмотреть тенденции развития лесопильных рам. Тем более 
что, по мнению большинства специалистов в области распиловки, по многим 
показателям лесопильным рамам нет альтернативы.
Первые упоминания о механизированной распиловке бревен в России на 
водяных и ветровых пильных мельницах относятся к концу XVII в. Тогда  
и появились прототипы лесопильных рам. Но и в настоящее время на российских 
предприятиях активно используются станки этого типа, осуществляющие 
продольную распиловку древесины с помощью нескольких полосовых 
пил, которые натянуты в пильной рамке, совершающей возвратно-поступательные 
движения. Наибольшее распространение получили вертикальные 
лесопильные рамы. Они подразделяются на высокопроизводительные двух-
этажные (перерабатывающие до 100 м3 лесоматериала в смену) и одноэтажные 
(производительностью до 20 м3 в смену). Последние могут применяться для 
специальных целей: коротышовые — для распила коротких бревен и брусьев 
длиной от 1 м, тарные — для производства дощечки пилами толщиной 1 мм.
В СССР ведущими предприятиями по производству оборудования данного 
типа являлись Даниловский завод деревообрабатывающих станков  
в Ярославской области и Новозыбковский станкостроительный завод в Брянской 
области. Эти предприятия, выпускающие в основном одноэтажные 
лесопильные рамы, до настоящего времени сохранили свои позиции на оте- 
чественном рынке. О стабильности спроса на оборудование и его качестве 

свидетельствует большое число дилеров: АО «Чурак ЛТД», «КАМИ-Агрегат», 
ООО «Славянский двор-М» и ЗАО «ДАКТ» (Москва), ООО «ПЦФ-Мастер» 
и ООО «ПК Капитал-Финанс» (Санкт-Петербург), ООО «Проектсервис» 
(Екатеринбург), ООО «БЕЛУК» и ПКФ ТЕХСИС (Беларусь) и др.
Однако оценки предлагаемых отечественных лесопильных рам противоречивы. 
Отмечается, что, например, лесопильные рамы типа Р63-4Б требуют 
повышенных энергозатрат, не позволяют получить необходимые точность  
и качество поверхности, что ленточнопильное оборудование оказалось  
капризным в эксплуатации и малопроизводительным, что на круглопильных 
станках невозможно пилить брус толщиной более 150 мм, и они нерентабельны 
для большинства предприятий с производительностью менее 50 м3 
сырья в смену. 
Кроме того, в качестве принципиальных недостатков, резко снижающих 
эффективность производства, указывают малый процентный выход пилопродукции, 
обусловленный поточной однопроходной распиловкой несортированного 
по диаметру круглого леса; низкое качество пропиленных поверхностей 
вследствие крайне низкой скорости резания пильных полотен; 
значительные вибрации, связанные с работой кривошипно-шатунного  
механизма; высокую энергоемкость; существенные капитальные затраты, 
вызванные необходимостью сооружения массивного фундамента.
В то же время специалисты-производственники заявляют что, применяя 
простые рекомендации, на отечественных лесопильных рамах можно получить 
очень качественные пиломатериалы. В частности, не вкладывая в производство 
дополнительных инвестиций, исключительно с помощью организационных 
мероприятий можно производить пиломатериалы с точностью 
0,2 мм, а применение пил с зубьями из стеллита сокращает простои при 
замене затупленного инструмента и экономит до 20 % электроэнергии. 
В настоящее время не все возможности совершенствования лесопильных 
рам исчерпаны. Так, последние исследования показали целесообразность 
изменения угловых параметров зубьев рамных пил до оптимальных значений, 
внедрение качающихся пильных рамок, переход к шарнирной установке 
пильной рамки в станине и отказ от ползунов. Кроме того, появилась возможность 
уменьшения возвратно-перемещаемых масс, например, путем  
изготовления пильной рамки из титановых сплавов.
Однако, сравнивая основные характеристики (просвет и ход рамки,  
частота вращения вала, подача на один оборот вала, установленная мощность) 
лесопильных рам двадцатилетней давности (Р63-4А, РК63-1, РПМ, РТ-36)  
и современных, можно найти лишь небольшие различия в параметрах  
(10...15 %). Возникает впечатление, что в течение двух последних десятилетий 
конструкторские отделы ведущих предприятий России не работали. При этом 
представляемые каждые два года на ведущей выставке деревообрабатывающего 
оборудования Европы — LIGNA (г. Ганновер, Германия) лесопильные 
машины обновляются на 30 %.
В качестве возможных вариантов развития отечественных лесопильных 
рам в первую очередь можно рассмотреть использование современного  

инструмента. Перспективным направлением представляется совершенствование 
организации производства.
На большинстве российских предприятий применяются рамные пилы 
только одного шага, но распиливаются ими бревна различных диаметров, 
хотя ГОСТ 5524–75 предусматривает выпуск рамных пил четырех шагов. 
Несоответствие шага пил высоте пропила может привести к снижению производительности 
лесопильной рамы на 20 % или к значительному ухудшению 
качества пиломатериалов. 
Рамные и ленточные пилы часто выходят из строя вследствие недостаточной 
усталостной прочности. При этом одно только правильное оформление 
межзубовых впадин, дополняемое их последующей подшлифовкой, 
обеспечивает повышение прочности и долговечности пил на 30...40 %. 
Рамные пилы недостаточно устойчивы, и на предприятиях для повышения 
точности пиления идут на превышение норм натяжения пил, что приводит 
к поломке пил, захватов и поперечин пильных рамок. Применяют 
также толстые пилы, а это приводит к возрастанию отходов древесины в виде 
опилок и энергозатрат на пиление. Установка межпильных прокладок (в соответствии 
с высотой пропила) и пил с оптимальным эксцентриситетом 
линии натяжения обеспечивают улучшение устойчивости пил и точности 
пиления на 30...40%. 
Ниже представлены лесопильные рамы производства ОАО «Даниловский 
завод деревообрабатывающих станков» (рис. 1.1–1.3) и ОАО «Новозыбковский 
станкостроительный завод» (рис. 1.4–1.6).
Некоторые технические характеристики широко используемых в настоя- 
щее время отечественных лесопильных рам представлены в табл. 1.1.
Неустойчивость фиксации (нестабильность) бревна в лесопильной раме, 
отсутствие опорной базовой поверхности приводят к появлению следующих 
дефектов продукции: крыловатость и разнотолщинность досок, извилистость 

Рис. 1.1. Лесопильная рама Р63-4Б