А.А. Тамби, д-р техн. наук, доц., ЯГСХА;
С.А. Угрюмов, д-р техн. наук, проф., СПбЛТУ;
А.Р. Бирман, д-р техн. наук, проф., СПбЛТУ;
И.А. Черноградская, аспирант, ЯГСХА

Введение

Общий запас лесных насаждений в лесах Архангельской области составляет 2 573 млн м³, из них хвойные — 80,2%, мягколиственные — 19,8%. В запасе хвойных на первом месте находится ель — 53,3%, второе место принадлежит сосне — 26,6%. Доля запаса березовых и осиновых древостоев составляет 17,5 и 1,9% соответственно. Возрастная структура лесов характеризуется преобладанием запасов спелых и перестойных насаждений (70,0% от общего запаса, причем доля перестойных в общем запасе достигает 48,0%). Доля приспевающих насаждений не превышает 9,0%, молодняков и средневозрастных — 3,7 и 17,5% соответственно. В 2016–2018 гг. использование расчетной лесосеки находилось на уровне 50% и составляло около 12,3 млн м³ ликвидной древесины, в том числе в хвойном хозяйстве — 74% от общего объема заготовки, в мягколиственном хозяйстве — 26%. Из заготавливаемой древесины 88,8% приходится на сплошные рубки. Из общего объема заготавливаемой древесины 95,5% составляет заготовка в спелых и перестойных лесных насаждениях [2, 4].

Исходя из анализа Лесного плана, действовавшего в регионе в 2009–2017 гг., основными заготавливаемыми в регионе породами древесины являются ель и сосна, а возможный объем древесины, дополнительно вовлекаемой в промышленную переработку, может составлять до 12,3 млн м³. При этом необходимо учитывать, что хвойные лесоматериалы в регионе заготавливаются в 3 раза интенсивнее лиственных. Это оказывает большее влияние на изменение таксационных характеристик лесоматериалов из древесины сосны и ели, как более востребованных в промышленном производстве. В экономически развитых лесных регионах, к которым относится и Архангельская область, наблюдается истощение лесосырьевой базы вблизи объектов инфраструктуры, что оказывает непосредственное влияние на размерно-качественные характеристики сортиментов. В промышленное использование вовлекаются большие объемы лесоматериалов малых диаметров, переработка которых требует применения специализированного оборудования. 

Эффективность работы предприятий лесопромышленного комплекса во многом закладывается на этапе выбора технологии переработки круглых лесоматериалов. Обоснованный выбор машин, станков и технологических линий, позволяющих перерабатывать древесину с максимальным выходом пиломатериалов в стоимостном выражении, невозможен без получения и анализа достоверной информации о структуре заготавливаемого сырья, включая породный состав и сведения о среднем диаметре и форме сортиментов, на основании которых должны выбираться конкретные модели технологического оборудования.

Цель исследования — оценка основных таксационных характеристик круглых лесоматериалов в экономически доступных лесных массивах Архангельской области. Полученные результаты обладают практической значимостью, поскольку являются базой для принятия проектных решений при обосновании параметров оборудования, которое необходимо устанавливать на новых и реконструируемых предприятиях.

Объекты и методы исследования

Объектом исследования являлись круглые лесоматериалы, заготавливаемые сортиментным способом на нескольких ведущих предприятиях Архангельской области.

Оценке подлежали порода древесины, диаметр сортиментов, кривизна, сбежистость и содержание коры в объеме круглых лесоматериалов.

Исследования выполнялись на участке сортировки круглых лесоматериалов. Параметры круглых лесоматериалов оценивались до окорки.

Измерения размеров и формы круглых лесоматериалов выполнялись с помощью фотометрического сканера «Вектор 3D» (производства компании «Автоматика–Вектор»), позволяющего осуществлять 3-мерное сканирование профилей исследуемых сортиментов. Измерения проводились в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52117–2003 «Лесоматериалы круглые. Методы измерений».

Количество исследованных сортиментов: сосна — 15 370 шт., ель — 3 561 шт. Диаметр сортиментов — от 10 до 42 см. Для древесины сосны исследования выполнялись в период с 2014 по 2018 г., для древесины ели — с 2014 по 2016 г. 

Бревна заготавливались на собственной арендной базе лесопильных предприятий.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате исследований получено распределение объемов бревен по диаметрам, представленное на рис. 1 и в таблице.

Рис. 1. Распределение объемов бревен по диаметрам

Суммарная доля сортиментов диаметром более 32 см в большинстве случаев не превышала 1,5%. При обработке результаты были объединены в одну группу диаметров, указанную в статье как диаметр 32 см. 

На рис. 1 видно, что экстремумы экспериментальных кривых распределения объемов бревен смещены в левую сторону, что полностью соотносится с известными данными [1, 6–8, 10–12] других исследователей, изучавших размерные характеристики круглых лесоматериалов.

При анализе размерных характеристик лесоматериалов в период с 2014 по 2018 г. установлено, что средний диаметр пиловочного сырья для сосны и для ели варьирует в диапазоне 11...16 см и зависит от параметров лесосеки, эксплуатируемой в год наблюдения. Основной причиной сложившейся ситуации, по мнению авторов, является истощение лесосырьевого фонда, эксплуатируемого в непосредственной близости от имеющихся объектов инфраструктуры. Отдаленные лесные массивы, в которых отсутствует развитая дорожная сеть, не вовлекаются в процессы лесозаготовки и лесопиления. В результате реализации экстенсивной модели использования доступных лесосырьевых ресурсов потенциал региона используется не в полной мере, а производительность предприятий снижается.

За рассматриваемый период тенденция снижения среднего диаметра круглых лесоматериалов (толщины) сохранилась [9, 14, 16]. Текущие значения данного параметра позволяют судить о необходимости изменения подхода к выбору лесопильного оборудования, которое должно быть ориентировано на преимущественную переработку мелких и средних лесоматериалов (рис. 2).

Рис. 2. Изменение среднего диаметра пиловочных бревен

Характер изменения кривизны сортиментов, снижающейся в последние годы (рис. 3), позволяет предположить, что в процессы лесопиления вовлекается молодая древесина, не достигшая возраста технической спелости.

Рис. 3. Средние значения кривизны круглых лесоматериалов

Предпосылкой к такому предположению является то, что средняя кривизна сортиментов в области среднего диаметра 16 см за 4 года снизилась с 0,60 до 0,42%. Подобные изменения (преимущественно в сторону снижения), фиксируемые на других диаметрах, не могут быть объяснены только общим повышением качества древостоев на новых делянках [13, 18, 19, 20].

Практически все изученные сортименты имеют кривизну, влияние которой на объемный выход пилопродукции можно снизить за счет уменьшения длины сортиментов, что не всегда возможно по условиям контрактов, либо использовать специализированное лесопильное оборудование, позволяющее изменять положение режущего инструмента (схему раскроя) индивидуально перед распиловкой каждого сортимента, либо базировать пиловочник по критерию максимального выхода спецификационной продукции [10, 11].

Еще одной предпосылкой к тому, что при заготовке пиловочника используется древесина, не достигшая технической спелости [15, 16], является сглаживание среднего сбега сортиментов, который при заготовке древесины в возрасте спелости зависит от места выпиловки сортимента из хлыста [3, 5, 6].

На рис. 4 приведено изменение среднего сбега у древесины, заготовленной в Архангельской области.

Рис. 4. Сбег круглых лесоматериалов

В процессе исследований было установлено содержание коры (рис. 5).

Рис. 5. Объем коры круглых лесоматериалов

Объем коры определяли методом прямых измерений толщины коры, при последующем использовании соответствующих коэффициентов, зависящих от породы древесины и диаметра бревна и вводимых в программное обеспечение оптического сканера «Вектор 3D». Толщину коры измеряли в миллиметрах, объем коры рассчитывали путем вычитания из объема сортимента в коре, определенного сканированием, объема древесины, определенного в соответствии с ГОСТ Р 52117–2003 «Лесоматериалы круглые. Методы измерений».

Выводы

1. Средний диаметр круглых лесоматериалов в Архангельской области продолжает снижаться, и в рассматриваемый период его величина изменялась в диапазоне 11...16 см для исследуемых пород древесины (сосны и ели).

2. При сохранении тенденции следует ожидать дальнейшего уменьшения среднего диаметра до 11...14 см, а также увеличения доли сырья, заготавливаемого до достижения возраста технической спелости.

3. Для снижения влияния кривизны, сбега и содержания коры на объемный и качественный выход пилопродукции из круглых лесоматериалов необходимо использовать 3D-сканеры и/или рентгеновское оборудование, позволяющее сортировать пиловочные бревна по поставам с учетом особенностей формы каждого сортимента.

4. Снижение доли средних и крупных круглых лесоматериалов в общем объеме сырья требует изменения или реконструкции основного лесопильного оборудования, которое должно быть ориентировано на переработку тонкомерной древесины и оснащено системами оптимизации, позволяющими осуществлять раскрой бревен с кривизной без снижения объемного выхода пилопродукции.

5. Результаты исследований, проводимых ежегодно с привлечением всех крупных лесозаготовительных и лесопильных компаний, позволят повысить точность прогнозирования производительности, во многом зависящую от среднего диаметра сырья, а также будут служить базой для анализа требований, предъявляемых к лесным машинам и лесопильному оборудованию при техническом перевооружении предприятий.

Список использованной литературы

Библиографическая ссылка: Тамби А.А., Угрюмов С.А., Бирман А.Р., Черноградская И.А. Основные размерно-качественные характеристики круглых лесоматериалов, заготавливаемых в Архангельской области // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 4. С. 147–156. 
DOI: 10.37482/0536-1036-2020-4-147-156

Исследования выполнены при содействии Ассоциации производителей машин и оборудования лесопромышленного комплекса «ЛЕСТЕХ»