Окорка древесины выполнялась еще с древних времен, когда деловая древесина использовалась в виде конструкционного материала. В те времена очистка древесины от коры осуществлялась ручным инструментом: заостренными лопатками, стругами, скобелями.
Такого типа ручной инструмент и сегодня используется для окорки в индивидуальном строительстве и хозяйстве (рис. 1).
Рис. 1. Ручной инструмент для окорки [10−18]: а, б – лопатки; в – струги; г-н – скобели
В качестве исторического факта можно привести первые исследования процессов окорки советского периода в 30-х годах прошлого столетия [9]. Проводились сравнительные исследования окорочных лопаток двух типов – шведской окорочной лопатки (рис. 2, а) и советской, предложенной рационализатором Максимовым (рис. 2, б). Последняя по весу была легче шведской и большей по ширине лезвия.
Рис. 2. Первые окорочные лопатки в советской лесной промышленности: а – шведская окорочная лопатка; б – лопатка Максимова
В частности, в результатах исследований говорилось: «По весу такие самодельные лопатки в два раза легче шведской и благодаря этому они особенно годны для подростков и женщин».
Также интересны выводы, например: «Окорку древесины [такими лопатками] могут производить женщины, так как эта работа — наиболее легкая при лесозаготовках и вполне им под силу. Уходить на целый день в лес на лесосеку жены рабочих по тем или иным причинам не могут, тогда как проработать на складе 3−4 часа может почти каждая домохозяйка. Таким образом, с перенесением окорки леса на склад, мы можем привлечь к этой работе неиспользуемый огромный резерв рабочей силы».
И наконец, учитывая уникальность приведенной работы, процитируем в полном объеме выводы о сравнительных исследованиях работы мужчин и женщин окорщиков: «С перенесением окорки леса на склады к этой работе, как было упомянуто, можно привлечь огромный неиспользуемый резерв рабочей силы в виде женщин, поэтому представляет интерес выявить их производительность.
Наблюдения были произведены над двумя женщинами 23−25 лет, по физическому состоянию: одна средняя и другая выше среднего, со стажем 4 и 10 лет работы в лесу.
Хронометражные наблюдения показали, что производительность их при окорке шведской лопаткой оказалась … от 30 до 50 %.
Уменьшение производительности женщин идет за счет замедленных движений в работе, отсутствия той ловкости и сноровки, как это наблюдается у мужчин (особенно при навалке и укладке), и за счет более слабого (физически) организма по сравнению с мужчиной. Следует также отметить, что для женщины лопатка весом в 1,5 кг является несколько тяжелой, поэтому при работе более легкой лопаткой разница в производительности между мужчиной и женщиной может быть меньше полученной нами.
Кроме того, производительность окорки женщин может быть повышена, если работать будут не индивидуально, а попарно с мужчинами.
В этом случае более тяжелые операции работы, как например, навалку и укладку, будут производить мужчины, а при окорке — женщина может корить вершинную часть отреза, а мужчина комлевую.
Соответственно этому и лопатка у женщины должна быть более легкой и широкой, приспособленной для окорки отрезов с тонкой корой, а у мужчины – более тяжелой, приспособленной для толстой коры.
Парный способ окорки часто применяется при окорке членами одной семьи, где, помимо женщин, иногда участвуют и подростки».
И даже в то далекое время подчеркивалась сложность проблемы окорки: «Процесс окорки, несмотря на кажущуюся простоту, на сегодняшний день является малоосвещенным в нашей литературе и нуждается в дальнейшем изучении, устремив главное внимание на механизацию этого процесса, а попутно, до кардинального разрешения вопроса, внимание должно быть уделено также и изучению ручных окорочных инструментов».
В конце XIX в. появились первые патентные решения по механизации обработки бревен щетками в барабанах, заполненных водой, ударным инструментом, а с начала ХХ в. известен патент на аналог современного станка фрезерного типа.
В первом станке Янсона осуществлялась окорка стругом, совершающим возвратно-поступательные движения от кривошипношатунного механизма, а в ходе обратного движения струга бревно принудительно поворачивалось на некоторый угол в зависимости от ширины срезаемой полосы коры.
В другом аналогичном станке использовался диск с ножами в прорезях, подобный современным дисковым фрезам, установленный на вертикальном валу. Чураки прижимались к зубчатому вальцу, который вращал лесоматериал, а вращающийся диск с ножами срезал кору. Впоследствии по этому принципу был сконструирован окорочный станок ОД.
Можно считать, что процесс механизации окорки более интенсивно начался с 30-х годов прошлого столетия. В это время были созданы первые отечественные станки. Для окорки балансов был предназначен станок марки ЭЦ ножевого типа, а для корки столбов − станок ЦНИИМЭ дискового типа марки В-2 [2] . Созданный в это время станок Сазонова по принципу действия был подобен станку Янсона, но с некоторыми усовершенствованиями. В дальнейшем улучшенным вариантом станков Янсона и ЭЦ-2 стал станок дискового типа марки ОД.
В 30-е годы был создан роторный станок Куликова оригинальной конструкции. На нем одновременно выполнялось две операции: окорка и раскряжевка лесоматериалов на балансы. Длинномерное бревно пропускалось через вращающийся ротор, в котором остро заточенными режущими инструментами снималась кора. После ротора маятниковой пилой отпиливался лесоматериал заданной длины. На этом агрегате смонтированная на суппорте пила перемещалась вместе с лесоматериалом, поэтому раскряжевка выполнялась одновременно с процессом окорки.
Принципиально отличающимся от предыдущих станков был сконструирован роторно-пцнеой станок марки МОЦ-1, где рабочими органами служили четыре натянутые цепи, закрепленные в роторе. Бревно подавалось внутри вращающегося ротора, а прижатые к стволу цепи по винтовой линии снимали кору.
Аналогично был выполнен станок Ahlström (Швеция), который считается родоначальником зарубежных роторных станков. Окорка происходила четырьмя круглозвенными цепями, прикрепленными к двум вращающимся кольцам. Недостатками цепных роторных станков были неэффективность окорки мерзлых или подсушенных лесоматериалов и быстрое забивание ротора корой.
В следующей модели роторно-цепного станка ОМ-3 ротор состоял из вращающейся планшайбы с цепями. В процессе окорки цепи прижималисьркевбну центробежной силой от грузов.
Некоторые станки создавались на лесопромышленных предприятиях или по инициативе отдельных изобретателей. Так, в экспериментальном образце производственного объединения Усть-ыВмьспецлес для снятия коры использовались металлические диски диаметром 65 мм, смонтированные во вращающемся роторе на цепях.
В станке Овсянникова−Чернова использован принцип продольного строгания с возвратно-поступательным движением ножей. Одновременно обрабатывалиськдрвяажа, которым сообщалось прерывистое вращательное движение. Ножевые головки левой и правой частей станка смещены относительно друг друга, чтобы рабочий ход одной головки соответствовал холостому ходу другой.
Известен станок Демидова, который выполнял продольное срезание коры неподвижными инструментами в восьми секциях при поступательном движении ствола. Инструменты станка выполнены в виде трехножевого резца с тремя рабочими гранями.
В 50-60-х годах появились станки Лузина, Афанасьева, Федотова. Но это были станки продольно-ножевые. В этом направлении на основе станка Федотова в ЦНИИМЭ в 1965-1970 гг. были разработаны окорочно-зачистные станки режущего типа ЛО-23 и ЛО-24. В эти годы появился роторный ножевой станок Дрекслера МД-4, на котором выполнялась окорка с зачисткой сучьев.
Первым станком, оснащенным короснимателями, был шведский станок Андерсена, выпущенный в 1940 г. Прижим короснимателей к стволу осуществлялся пневмоцилиндрами, радиально установленными в роторе. Для привода механизма подачи и удаления коры применена пневмосистема. Следующим станком этой фирмы стал станок марки В-16, в котором был впервые предусмотрен пневматический прижим группового типа одновременно шести короснимателей.
К продольно-скребковым станкам относятся отечественные многосекционные станки Демидова и односекционный станок марки Valo (Финляндия) (рис. 3), выпущенный в 50-х годах прошлого века. Этот станок явился родоначальником станков торговой марки Valon Kone (Финляндия), начиная с первой и самой популярной модели станка VK16ST (рис. 4) [10].
Опыт создания и эксплуатации перечисленных окорочных станков, а также других станков зарубежного выпуска того времени, например «Мира», «Сунд», «Импко», «Эднелл», «Скуглунд», В-12, «Талианте», «Коломбо», «Кремонха» (Италия), «Естерер АГ» (Германия), «Ханс Спрингер» (Австрия) [7], подготовил определенную техническую базу для создания отечественных станков.
Рис. 3. Окорочный станок Valo
Рис. 4. Окорочный станок VK16ST
В период разработки первых отечественных окорочных станков (примерно 50−60-е годы) первостепенными задачами были определение способа окорки и наиболее рациональное конструктивное решение станка. В это время появлялись станки дисковые, с поперечной подачей, с продольным перемещением режущих инструментов, различного вида фрезерования, резания, скобления.В СССР первыми промышленного выпуска роторными окорочными станками были марки ОК-35 (ОК-1) и ОК-66 (ОК-2), выпускавшиеся с 50-х годов до 1964 г. Затем они были модернизированы и с 1965 г. стали выпускаться модели ОК-35М, ОК-35К и ОК-66М. Также был создан на базе колесного трактора передвижной (мобильный) окорочный станок ОКП-35, аналогичный VK-16.
После 60-х и до 70-х годов уже более четко определилась конструкция роторных станков с короснимателями, а для видов продукции с чистовой окоркой выпускались роторно-фрезерные станки.
За рубежом из роторно-фрезерных станков того времени были известны, например, «Эднелл» (Швеция), станок фирмы «Браун» (ФРГ). Аналогичный станок был разработан в начале 70-х годов Ленинградским филиалом института «Оргэнергострой» [2].
ЦНИИМЭ в 1968-1972 гг. под руководством проф. М.Н. Симонова [8] была разработана опытная партия роторно-фрезерных станков марки ОК-40С с торцово-коническими фрезами.
Среди скребковых роторных станков в отечественной отрасли в это же время начинают преобладать станки с трехвальцовым механизмом подачи конструктивного типа Cambio, что выразилось в появлении моделей ОК-66М, ОК-35М и его аналога с гидрофицированным ротором ОК-36. Одновременно и в зарубежных моделях не было достаточной определенности в конструкции, поэтому картина была аналогичная.
Продолжалось совершенствование конструкции станков двухвальцового типа, в которой еще не были определены важнейшие решения, такие как, например, общая компоновка механизма подачи. Именно исполнение механизма подачи определяет тип станка. А различные типы компоновки вальцовых механизмов подачи станков того времени демонстрируют большое разнообразие. При этом еще не наблюдается конструктивных предпочтений, что вполне объяснимо, так как не была решена задача обоснования типа механизма и способа подачи в окорочный станок.
Совместные работы Петрозаводского станкозавода (ПСЗ) и ЦНИИМЭ завершились в 1980 г. созданием унифицированной гаммы окорочных станков, теоретическую базу проектирования и обоснования которых создал проф., д-р техн. наук М.Н. Симонов. Сотрудниками лаборатории окорки, режущего инструмента и подготовки сырья ЦНИИМЭ был сделан значительный вклад в развитие лесного станкостроения. В мировой практике ни в одной лесопромышленной стране не был так всесторонне обоснован параметрический ряд окорочных станков и оптимизированы их основные параметры с учетом требований лесопромышленных технологий и станкостроительного производства, характеристик сырья, экономических показателей.
Работы по созданию унифицированной гаммы роторных окорочных станков проводились совместно с конструкторским бюро СПЗ. Такое сотрудничество немедленно давало результаты, поскольку любое новое решение находило воплощение в производстве станков [8, 11]. Свой вклад в развитие сделали и конструкторы СПЗ, которые предлагали усовершенствования в конструкции станков, выполняли доработку различных узлов [8].
Одной из особенностей станков зарубежного выпуска было использование в конструкции систем гидравлики и пневматики. Например, в станках марки Nicholson изначально использовался гидропривод и пневмоэлементы прижима рабочих органов. Также активно применялся еще с 70-х годов гидропривод в станках Valon Kone. Первый образец станка с гидрофицированным ротором ОК-36 оригинальной конструкции в СССР был создан в 60-х годах.
Следующая конструкция станка советского выпуска с гидрофицированным ротором была реализована в модели ОК100-1 для окорки крупномерных и длинномерных лесоматериалов. Конструкция оказалась удачной, а по типоразмеру весьма востребованной для технологий с окоркой хлыстов, особенно в районах Сибири и Дальнего Востока, поэтому после некоторой доработки в 80-х годах была создана усовершенствованная модель ОК100-2.
С учетом зарубежного опыта и эффективности гидрофицированных станков ОК-36, ОК100-1 и ОК100-2 после создания унифицированной гаммы с 1985 г. начались работы по перевотедчу всех о ественных станков на гидропривод, что потребовало уже на первом этапе конструктивной переработки механизма подачи [12, 13]. Петрозаводским станкозаводом в 1991 г. совместно с ЦНИИМЭ был разработан [13] и выпущен опытный образец станка с гидроприводом ОК63-3. Но на этом работы были остановлены, и уже длительный период окорочные станки в России не выпускаются. На сегодня в лесопромышленном производстве в основном задействовано оборудование выпуска еще советского периода и в единичных случаях закупленное за рубежом.
Следует отметить, что в традиционно лесопромышленных странах Финляндии, Швеции, Канаде именно в последние 2−3 десятилетия наблюдаются наиболее интенсивное развитие окорочного станкостроения, появление новых моделей, массовое внедрение гидропривода, пневматики и систем автоматического управления. Можно указать заметную тенденцию – появление модифицированных конструкций станков, когда производители станков одного типа конструктивного исполнения копируют модели своих конкурентов. Но в отношении российских станков можно заключить, что только унифицированная гамма в настоящее время не требует подобных модификаций из-за наиболее точного обоснования типоразмеров.
Современные требования к конструкциям станков выразятся в первую очередь в повышении надежности. В технических характеристиках официальной программырпеевооружения лесной отрасли еще в 80-х годах было определено доведение показателей наработки на отказ окорочных станков до 300 моточасов. Соответственно, должны быть снижены показатели материалоемкости и энергоемкости. Для этих целей в будущих конструкциях станков необходимо обеспечить снижение динамических нагрузок при выполнении технологических режимов с учетом еще большей их напряженности из-за повышения скоростей обработки.
Современный этап развития технологий окорки − прогресс и развитие многих способов, появление новых технических решений усовершенствования РОС, в частности использование пневмо- и гидропривода, систем автоматики. Всем этим вопросам также следует уделять пристальное внимание в учебном процессе будущих специалистов лесной промышленности.
Список литературы:
- Добрачев А.А. Технология и оборудование окорки лесоматериалов: учеб. пособие. Екатеринбург: УГЛТУ, 2000. 91 с.
- Симонов М.Н. Механизация окорки лесоматериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1984. 214 с.
- Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов. Механическая окорка лесоматериалов: учеб. пособие / А.Р. Бирман, И.В. Григорьев, Б. М. Локштанов, А.Е. Гулько, В.В.Орлов, И.В. Бачериков. СПб.: СПбГЛТУ, 2013 92 с.
- Занимательная география. URL: www. geograf. info
- ООО «Наш Кедр». URL: www. мульча. рф
- Симонов М.Н., Торговников Г.И. Окорочные станки. Устрой- ство и эксплуатация. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 182 с.
- Пигильдин Н.Ф. Окорка лесоматериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1982. 192 с.
- Симонов М.Н. Теоретические основы механической окорки лесоматериалов и оптимизация параметров гаммы роторных окорочных станков: дис. … д-ра техн. наук: 05.21.01/ Симонов Михаил Никифорович. М.: МЛТИ, 1980. 389 с.
- Перемышцев С.Д. Окорка древесины на складах различными инструментами / ЦНИИМЭ (Ленингр. филиал). Череповец; ЛНИИМЭ, 23 с.
- Valon Kone. URL: www. valonkone. se
- Станок окорочный. Модель ОК-63-1: техн. проект. Петрозаводск: ПКБД ПСЗ, 1982. 76 с.
- Создание унифицированной гаммы окорочных станков: отчет о НИР: 76.18.1 / ЦНИИМЭ; рук. М.Н. Симонов. Химки: 1985. 62 с. № ГР 81038001.
- Создание унифицированной гаммы окорочных станков с гид- роприводом: отчет о НИР: 39/2-42-4 /ЦНИИМЭ; рук. М.Н. Симонов. Химки: 126 с. № ГР 01880042894.