Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России идет активное реформирование УИС. Была принята концепция развития уголовно-исполнительной системы в Российской Федерации до 2020 года. Большое внимание в ней обращено на центр трудовой адаптации осужденных (ЦТАО), основными задачами которого являются:

- совершенствование производственно-хозяйственной деятельности УИС и повышения экономической эффективности труда лиц, отбывающих уголовные наказания в виде лишения свободы;

- широкое использование как одного из способов ресоциализации осужденных, их вовлечение в трудовую деятельность;

- проведение совместной работы с федеральными органами исполнительной власти Российской Федерации, реализующих функции государственных заказчиков, по размещению заказов на поставки требуемой им продукции, выполнению работ, оказанию услуг в исправительных учреждениях как у единственного поставщика (исполнителя, подрядчика);

- установление исправительным учреждениям специального налогового режима, а также решение вопроса полного освобождения исправительных учреждений от налогового бремени с целью направления доходов от труда осужденных на улучшение условий их содержания, создание дополнительных рабочих мест и развитие производственной и социальной сферы УИС;

- проведение совместной работы с органами власти субъектов Российской Федерации по установлению квот предприятиям и организациям для трудоустройства осужденных и льгот работодателям, предоставляющим для них рабочие места;

- широкое привлечение бизнеса к созданию производственных участков в колониях-поселениях и к иным формам совместных производственных и инвестиционных проектов;

- централизованная разработка наиболее перспективных направлений производственной деятельности учреждений УИС в целях приоритетного обеспечения нужд системы собственным производством и выпуска конкурентоспособной продукции.

- обновление производственной базы учреждений УИС с учетом сформулированных направлений и приоритетов производственной деятельности. Оптимизация деятельности по контрактации выпускаемой продукции.

- совершенствование и развитие системы начального профессионального образования и профессиональной подготовки осужденных. [1]

Параллельно с реформой УИС реализуется национальная федеральная целевая программа «Доступное и комфортное жилье гражданам российской федерации до 2020 года», и для того чтобы поднять производство в учреждениях УИС можно и нужно принимать в ней активное участие.

Основная цель Программы - комплексное решение проблемы перехода к устойчивому функционированию и развитию жилищной сферы, обеспечивающее доступность жилья для граждан, безопасные и комфортные условия проживания в нем.

Основными задачами Программы являются:

- создание условий для развития жилищного и жилищно-коммунального секторов экономики и повышения уровня обеспеченности населения жильем путем увеличения объемов жилищного строительства и развития финансово-кредитных институтов рынка жилья;

- создание условий для приведения жилищного фонда и коммунальной инфраструктуры в соответствие со стандартами качества, обеспечивающими комфортные условия проживания;

- обеспечение доступности жилья и коммунальных услуг в соответствии с платежеспособным спросом граждан и стандартами обеспечения жилыми помещениями.

Один из наиболее эффективных путей реализации этой программы - развитие индустрии быстровозводимых деревянных домов. Благодаря применению новых технологий деревообработки, современные недорогие деревянные дома не просто не уступают каменным, кирпичным и домам из бревна и цельного бруса, а по многим позициям и превосходят их, благодаря чему обретают все большую популярность. При возведении дома из дерева можно не только воплотить самые смелые архитектурные идеи, но он также является экологически чистым жильем, которое органично вписывается в природу, и человек чувствует себя в нем намного лучше. Интерес к этой отрасли строительства постоянно растет. К категории быстровозводимого жилья относят, дома из клееного бруса и каркасно-панельные дома, наиболее полно соответствующие концепции индустриального домостроения. Сегодня в России работает уже достаточно много предприятий, производящих такие дома на основе различных технологий.

Производство деревянных элементов домостроения объективно может стать одним из наиболее перспективных направлений производственной деятельности учреждений УИС в целях приоритетного обеспечения нужд системы собственным производством и выпуска конкурентоспособной продукции.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка модели реализации приоритетных направлений развития ЦТАО, отраженных в концепции развития УИС. На примере ФКУ ИК-51 ГУФСИН РФ по Республике Коми будет спроектирован участок по производству клееного бруса на базе уже существующего деревообрабатывающего цеха, который на данный момент времени находится в упадочном состоянии и выпускает изделия только для собственных бытовых нужд.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧРЕЖДЕНИЯ

1.1 Краткое описание учреждения

ФКУ ИК-51 ГУФСИН РФ по Республике Коми является учреждением, исполняющим уголовные наказания в виде лишения свободы, строгого режима, предназначено для отбывания наказаний осужденными мужчинами, с лимитом численности 1365 человек, выполняет установленные обязанности и пользуется правами, предоставленными ему законодательством РФ. Расположена в г. Емва ул. Московская 15.

История

В ходе реорганизаций, проходящих в системе ГУЛАГа и НКВД, «Устьвымлаг» в 1953 году был переименован в Учреждение Усть-Вымское ИТЛМСО СССР вместе с ним 20-е Княжпогостское лагерное отделение получило условное наименование АН-243/8. В состав учреждения входили три ИТК строгого режима, фактическое наполнение спецконтингента доходило до 5000 человек. Одним из основных видов деятельности отделения являлась деревопереработка. ППО «Лесобиржа» составляла 327 гектаров. Приказом МВД РФ от 22 июля 1993 года № 295 реорганизовано учреждение АН-243/8 (Усть-Вымское УЛИТУ) МВД РФ в Учреждение АН-243/1 (Усть-Выское УЛИТУ) МВД РФ и Учреждение АН-243/2 (Усть-Вымское УЛИТУ) МВД РФ, впоследствии приказом МВД России № 322 от 29.05.1997 года Учреждение АН-243/1 МВД РФ реорганизовано в подразделение М-222/2 (Микуньское УЛИУ) МВД РФ и приказом МВД РФ № 160 от 13.03.1998 в Учреждение М-222/35 (Микуньское УЛИУ) МВД РФ.

Приказом ФСИН России от 25.03.2005 года № 182 Государственное учреждение М-222/35 переименовано в федеральное государственное учреждение «Объединение исправительных колоний № 50 Управления Федеральной службы исполнения наказаний России по Республике Коми».

Приказом ФСИН России от 28 декабря 2009 года № 506 ФБУ ОИК-50 УФСИН России по Республике Коми было переименовано в Федеральное бюджетное учреждений «Объединение исправительных колоний № 50 Главного Управления Федеральной службы исполнения наказаний России по Республике Коми». ИК-51 сегодня: В состав Федерального бюджетного учреждения «Объединение исправительных колоний № 50» ГУФСИН России по Республике Коми входит исправительная колония (строгого режима) ИК-51, участок колонии-поселения, колония-поселения № 52.

Лимит наполнения ИК-51 - 1365 человек, из них 240 - участок колонии-поселения. Фактическое наполнение составляет по ИК-51 (строгий режима) - 1248 человек, участок колонии-поселения - 133, всего - 1381.

Штатная численность персонала учреждения на 1 сентября 2011 года составляет 364 человека, в том числе 249 аттестованных сотрудников.

Производственный потенциал учреждения составляет Центр трудовой адаптации осужденных и Государственное унитарное предприятие М-222/35 (в настоящее время предприятие находится в стадии ликвидации). Предприятие осуществляет лесозаготовительную деятельность, с заготовкой и разделкой древесины, вывозкой древесины (сортиментов) на нижний склад ИК-51, а также деревообработкой: производством пиломатериалов и выпуском продукции деревообработки. Ассортимент продукции, выпускаемой предприятием учреждения - это лесоматериалы круглые, пиломатериалы, продукция деревообработки (штакетник, табуретки, тумбочки, оконные и дверные блоки, продукция ритуальных услуг и т.д.) для нужд УИС и по заявкам заказчиков продукции. Предприятием осуществляется отпуск воды для нужд УИС и оказываются услуги: транспортные, пользование железнодорожных тупиков, услуги сторонним организациям.

1.2 Климат и рельеф местности

Республика расположена на северо-востоке европейской части России, в бассейнах p. Печоры, Вычегды и Мезени. Граничит с севера и запада с

Архангельской областью и входящим в нее Ненецким автономным округом, на юго-западе - с Кировской областью, на востоке - с Ямало-Ненецким и Ханты-Мансийским автономными округами Тюменской области, на юговостоке - со Свердловской областью, на юге - с Пермской областью и входящим в нее Коми-Пермяцким автономным округом. Общая длина границ республики составляет 4415 км. Почти половина (49%) приходится на

Архангельскую область (2170 км, в том числе 870 км на Ненецкий АО).

Протяженность границ с Тюменской областью - 1050 км (с Ямало-Ненецким АО - 480 км, с Ханты-Мансийским АО - 570 км), со Свердловской областью - 35 км, с Пермской областью - 645 км (в том числе с Коми-Пермяцким АО - 335 км), с Кировской областью - 515 км.

Крайняя южная точка республики находится на 59°12' северной широты, крайняя северная - на 68°25' северной широты, крайняя западная - 45°25' восточной долготы, крайняя восточная - 66°15' восточной долготы. Наибольшая протяженность территории республики с севера на юг - 785 км, с юго-запада на северо-восток - 1275 км, с запада на восток - 695 км. Климат

Климат Республики Коми, определяется расположением республики на северо-востоке европейской части страны. Значительное удаление от теплого Атлантического океана и соседство с Северным Ледовитым, близость азиатского материка с мощными антициклонами над его поверхностью и наличие на восточной границе Уральских гор - все это формирует в республике достаточно суровый, умерено-континентальный климат. Большая протяженность территории с запада на восток и с юга на север обуславливает разнообразие климатических условий в районах Республики Коми, которая входит в пределы 3 климатических областей:

арктической, атлантико-арктической и атлантико-континентальной.Среднегодовая температура воздуха от +1°С на юге республики понижается к северу до -6°С, годовая сумма осадков в том же направлении меняется от 625 до 450 мм. Плоская, пересекаемая с северо-запада на юго-восток невысоким Тиманским кряжем, местами пологохолмистая равнина, на которой располагается Республика Коми, легко доступна вторжениям воздушных масс с любых направлений. Поэтому погода в республике отличается большой неустойчивостью, связанной с астым прохождением циклонов. Поток холодного воздуха из Арктики вызывает понижения температуры воздуха почти по всей территории республики.

Преобладающий рельеф местности

Территория Республики Коми разнообразна по устройству поверхности, большая ее часть (95%) находится в пределах Восточно-Европейской равнины, а вдоль восточной границы расположены Уральские горы. Распределение территории по высотным ступеням: к низменностям (до 200 м над уровнем моря) относится 79%; к возвышенностям (200-500 м) 18%; а горными (свыше 500 м) могут быть названы 3% ее площади. Это разнообразие в рельефе объясняется сложным тектоническим строением территории, которая располагается в пределах Русской платформы и Урало-Пайхойской горно-складчатой страны. В Русской платформе выделяются Притиманский, Северных Увалов, Канино-Тиманский, Печорский регионы, а в Урало-Пайхойской горно-складчатой стране - Уральский и Пайхойский регионы. Притиманский регион - равнинная территория, южная часть которой относится к Вычегодской, а северная - к Мезенской равнинам. Мезенская равнина - пологонаклонная низменность с высотой 60-80 м, Вычегодская равнина - аккумулятивная равнина с высотой 130-180 м.

Северные Увалы - водораздельное пространство с плоскими возвышенностями до 200-210 м. Канино-Тиманский регион - плато размыва, расчлененное заболоченными участками на пологие возвышенности из коренных пород. Канино-Тиманский регион разделяется на северный, средний и южный Тиман. В состав Печорского региона входят геоморфологические районы:

Большеземельская тундра и Южно-Печорская равнина. В Большеземельской тундре выделяется группа возвышенностей под общим названием Большеземельский хребет и гряда Чернышева. В районах тундры распространены термокарстовые и солифлюкционные формы рельефа, котловины выдувания. В Южно-Печорскую равнину входят: Ижмо-Печорская равнина с холмистым рельефом, расчлененным многочисленными водотоками, Большекожвинская гряда и Припечорская низменность.

Уральский регион орографически делится на Северный, Приполярный и Полярный районы. Северный Урал представляет район среднегорного рельефа. Наибольшие вершины - Патокиз (1266 м), Тэлпозъиз (1617 м). Приполярный Урал - центр наибольших отметок: Исследовательский и Народно-Итьинский хребты (1300-1400 м), массив Сабля (1497 м), гора Народная (1895 м). Характерен альпийский тип рельефа - сильная расчлененность, обилие ледниковых форм - с отчетливыми формами морозного выветривания. Полярный Урал, расположенный между Полярным кругом и Пай-Хоем, имеет в ширину 20-30 км. Высота хребта редко превышает 100 м. Поверхность хребта пластообразна, расчленена глубокими долинами. К северо-западу круто обрывается к прилегающей низине. Тип рельефа - ближе к высокогорному. К Пайхойскому региону относятся хребет Пай-Хой и Прикарская низменность. Рельеф хребта мягкий, скалистых вершин мало, высота до 300 м.

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

2.1 Значение деревянных конструкций и элементов в строительстве

Древесина является одним из основных видов строительных материалов, чему способствуют ее широкое распространение, легкость добычи и обработки, а также высокие показатели звуко- и тепло- изоляции и удельной прочности при малом объемном весе.

К недостаткам, ограничивающим применение деревянных конструкций, относятся: опасность загнивания и возгорания их, усушка, разбухание, коробление и растрескивание, неоднородность строения и наличие пороков в древесине. Но они не могут считаться неустранимыми, так как современная техника выработала способы борьбы с недостатками природной древесины - различные методы консервирования и облагораживания ее. Изобретены производные материалы из древесины с повышенными свойствами: фанера различных видов, прессованная древесина (лигностон), слоисто-прессованная древесина (лигнофоль), материалы из щепы и стружек (фибролит), древесно-волокнистые материалы (оргалит), изделия из отходов древесины (стружек, опилок) на основе вяжущих из синтетических смол (древесно-стружечные плиты) и др. Применение этих способов обработки древесины и новых производных материалов существенно повышает долговечность деревянных конструкций, расширяет область их эффективного применения в строительстве.

Деревянные конструкции широко применяют в покрытиях промышленных и гражданских зданий и в междуэтажных перекрытиях вследствие их высокой прочности и легкости, а также хороших термоизоляционных свойств, особенно ценных в ограждающих конструкциях зданий. Стойкость деревянных покрытий и перекрытий против загнивания и возгорания достигается конструктивными и химическими мерами защиты древесины, являющимися обязательными для применения в настоящее время.

Разработанные в настоящее время интенсивные способы консервирования древесины и склеивания ее водостойкими клеями позволяют применять деревянные конструкции в открытых наземных и гидротехнических сооружениях: мостах, эстакадах, башнях, плотинах и т. п.

Во временных зданиях и сооружениях подсобного назначения целесообразность применения деревянных конструкций обусловливается возможностью изготовления их из местного лесоматериала, легкостью обработки древесины на месте постройки и малой стоимостью материала. Применением сборно-разборных решений достигается многократный оборот вспомогательных конструкций - инвентарных лесов, подмостей, опалубки, временных зданий и сооружений.

При необходимости доставки строительных деталей и конструкций на большие расстояния особенно ценным является малый вес деревянных элементов - в 5 - 6 раз меньший веса соответствующих железобетонных элементов, что значительно сокращает стоимость транспортирования.

Ограничивается применение деревянных конструкций в безлесных районах России. В многоэтажных зданиях, промышленных зданиях с большими крановыми нагрузками, в мостах больших пролетов для повышения капитальности этих сооружений применение деревянных конструкций не рекомендуется. В помещениях с высокой производственной влажностью применение деревянных конструкций не целесообразно из-за повышенной опасности загнивания их. Запрещается применять деревянные конструкции в горячих цехах и во всех случаях, когда скопление древесины в конструкциях недопустимо по условиям пожарной безопасности.

Анализируя особенности деревянных конструкций, приходим к выводу, что успешность применения их в строительстве зависит от степени использования в них положительных свойств древесины и устранения вредного влияния отрицательных. Производственной основой для достижения максимальной эффективности применения деревянных конструкций является индустриализация строительства. При этом изготовление стандартных элементов деревянных конструкций, а также блоков, составленных из них, или отдельных конструкций, изготовляемых целиком, производится в заводских условиях с применением комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.

Применение конструкций заводского изготовления основано на выгодности массового производства и внедрения однотипных элементов; предпосылкой этому служит введение модульности проектирование, которая является основой типизации и стандартизации.

При наличии местного лесного сырья и малом масштабе строительства, отдаленности его и трудности транспортировки экономически обоснованным является построечный способ изготовления деревянных конструкций с применением простейших электроинструментов и приспособлений. Соответствующие этому способу формы деревянных конструкций ныне модернизируются в направлении более рационального использования древесины по сравнению со старинными бревенчатыми и брусчатыми конструкциями путем отказа от сложных врубок и других видов трудоемких соединений.

Проектирование деревянных конструкций с учетом изложенных выше общих технико-экономических требований является комплексной задачей, наилучшего решения которой достигают обычно путем сравнения нескольких вариантов. Выбранный вариант должен иметь наименьшую стоимость возведения и эксплуатации конструкций при минимальном расходе материалов, труда и транспорта.

Наибольшая экономия материалов и наименьшая трудоемкость изготовления и монтажа конструкций, с одновременным обеспечением высокого качества их, достигаются на основе дальнейшего укрепления индустриальной базы строительства, применения сборных крупноблочных конструкций, собираемых из частей и деталей заводского изготовления. Такой индустриальной базой в области деревянных конструкций являются в современных условиях заводы сборного деревянного домостроения с организованными при них цехами по изготовлению несущих деревянных конструкций, а также блоков или щитов ограждающих конструкций.

В многоэтажном индустриальном и индивидуальном строительстве, независимо от материала применяемого для возведения стен, все еще широко применяются следующие изделия из древесины:

- оконный блок;

- дверной блок;

- доска половая;

- строительный брус;

- паркетная доска;

- погонажные изделия (вагонка, плинтус, обналичка и т.д.);

- фанера;

- шпон и прочие древесные материалы.

В малоэтажном строительстве, в отличии от многоэтажного, где деревянные элементы используются в основном для отделки жилых помещений (квартир), малоэтажное использует древесину в качестве основного строительного материала от начала процесса и до конца:

- оконный блок;

- дверной блок;

- доска половая;

- строительный брус;

- паркетная доска;

- погонажные изделия (вагонка, плинтус, обналичка и т.п.);

- фанера;

- шпон.

2.2 Особенности новых технологий строительства

Дом из клееного бруса (рис. 2.1.; 2.2.).

Преимущества:

- Высокие теплотехнические характеристики. Теплоизоляционные свойства деревянных стен выше, чем кирпичных. Коэффициент теплопроводности древесины составляет 0.18 Вт/м*с, в то время как коэффициент теплопроводности кирпичной кладки 0.76 Вт/м*с (т.е. в 4 раза меньше). Это дает возможность создать теплый дом с толщиной стены значительно меньшей, чем в кирпичном доме. А затраты на отопление дома будут в 9…13 раз меньше.

Рис.2.1. Процесс возведения дома из клееного бруса

- Сроки строительства. Монтаж дома на готовом фундаменте не превышает 5...6 недель. Кроме того дом не требует времени на усадку (усадка дома составляет 0.5%). Это позволяет существенно экономить на сроках проведения отделочных работ и возводить дома круглый год.



Рис.2.2. Дом из клееного бруса

- Стабильность геометрических размеров. Клееная древесина сохраняет свою форму и размеры с течением времени. Она не дает усадки, не скручивается и не изгибается, т.к. в ней нет внутренних напряжений и она изготовлена из предварительно высушенного сырья.

- Прочность. Конструкции из клееной древесины имеют на 50…70% большую прочность по сравнению с цельной за счет того, что при склеивании в брус подбираются ламели с взаимно противоположным направлением древесных волокон (годовых колец).

- Высокое качество поверхности. Оно обусловлено тем, что перед склейкой из древесины вырезаются сучки дефекты, заготовки подбираются по цвету и текстуре.

- Невысокая цена. Цена одного квадратного метра деревянной части дома составляет 6000-7000 руб. Такая цена обусловлена, во-первых использованием дешевого, низкосортного сырья - тонкомера (древесина 4-6 реза), который растет практически везде и стоит в несколько раз дешевле чем строевой лес. Во-вторых, унификацией элементов дома по своим характеристикам (размерам, прочности, качеству). Например, для изготовления всех деталей дома используются заготовки всего трех-четырех размеров по толщине.

2.3 Особенности производства деревянных элементов домостроения в учреждениях ФСИН России

В настоящее время ФСИН России обладают значительным потенциалом по изготовлению пиломатериалов и столярно-строительных изделий, которые используются при строительстве жилья.

Также предприятия УИС выпускают большой спектр продукции для благоустройства дома: мебель (кровати, столы, стулья, тумбы, шкафы, стеллажи и т.п.), предметы утвари (доски разделочные, толкушки, скалки, хлебницы и т.п. ), сувениры для украшения дома (шкатулки).

Учреждения могут не только удовлетворять свои потребности, но и обеспечивать этим видом продукции другие ведомства.

Вместе с тем, продукция учреждений ФСИН имеет низкую конкурентоспособность по показателям качества (точность размеров и формы, шероховатость, пороки древесины).

Причиной такого состояния дел является переплетение многих факторов:

- негативное отношение к труду осужденных из-за распространения криминальной субкультуры;

- низкий уровень квалификации спецконтингента и слабая профессиональная подготовка по рабочим специальностям;

- почти предельный физический и моральный износ оборудования;

- низкий уровень технологической дисциплины на производстве.

Для производственных условий ЦТАО наиболее выгодным (с точки зрения технологических возможностей) являются конструктивно простые изделия. Такими изделиями в деревообработке являются погонажные. С другой стороны, погонажные изделия по широте номенклатуры и объемам выпуска представляет собой один из самых массовых видов продукции деревообработки.

Таким образом, организация производства погонажных изделий на базе ЦТАО рациональна с точки зрения возможностей производства и выгодна с точки зрения реализации (сбыта).

2.4 Производство клееного бруса

Формирование клееного бруса является сложным, длительным и многостадийным процессом. Естественно, чем больше технологических операций необходимо выполнить для изготовления конечной продукции, тем выше ее добавочная стоимость. А высокая добавочная стоимость ? это рентабельность производства. Наряду с этим необходимо учитывать и обратную закономерность: чем больше операций, тем выше вероятность получения брака.

Клееные материалы из цельной древесины в основном используются как несущие строительные и столярные конструкции. В производстве клееного бруса для домостроения выход продукции составляет от 20 до 30% от объема пиловочника.

Низкий объемный выход обуславливается отходами и потерями древесины при обработке, включающими:

· до 50% ? объем отходов бревен при формировании пиломатериалов;

· до 15?20% ? объем пороков в пиломатериалах, которые необходимо вырезать;

· до 4?7% ? потери на обработку в размер по сечению (строгание) материалов до и после линии сращивания;

· до 6% ? безвозвратные потери материала на усушку;

· потери, возникающие при торцовке пиломатериалов и бруса в размер по длине; зависят от спецификации готовой продукции и могут составлять до 8?10%.

При выбраковке всего одного кубометра клееных конструкций фактические потери составляют около 4 м3 пиловочных бревен (3?4 дерева в возрасте спелости). При таком выходе готовой продукции на первый план выходит обеспечение контроля качества материалов и изделий на всех этапах технологического процесса. Рассмотрим каждый этап подробно, чтобы определить, каким образом целесообразно организовать и реализовать работу, призванную обеспечить контроль качества изготавливаемого изделия.

Этап первый

На этом этапе производителям необходимо определиться с выбором сырья для изготовления клееных конструкций. На множестве небольших предприятий предпочитают использование покупных пиломатериалов, обходясь без собственного участка лесопиления. Зарубежный опыт показывает жизнеспособность такой модели, однако ее не всегда можно реализовать в российских условиях. За рубежом пиломатериалы, формируемые в лесопильном цехе, сортируются с помощью силовых и акустических установок для определения их физико-механических свойств, что является обязательным условием их использования в производстве несущих клееных конструкций. Проведение такой сортировки позволяет не только гарантировать прочностные свойства, но и экономить пиломатериалы. По ее результатам определяется местоположение пороков строения древесины, которые влияют на качество и должны быть удалены (вырезаны). Следует также отметить, что для изготовления клееных конструкций целесообразно использовать пиломатериалы радиального и полурадиального распила, большой выход которых возможен только при реализации специальных схем раскроя бревен, что не всегда выгодно производителю пиломатериалов. Выполняя раскрой пиловочных бревен, производители клееного бруса имеют возможность выпиливать пиломатериалы из различных зон бревен ? тех, где древесина с требуемыми свойствами, приоритет которых определяется в зависимости от вида используемого связующего и назначения клееных элементов. Тем самым сокращаются потери древесины на отбраковку пиломатериалов с несоответствующими требованиям технологии свойствами. Изготовители клееного бруса, которые не обеспечивают производство собственными пиломатериалами, а приобретают их, вынуждены организовывать участок сортировки пиломатериалов по качеству и наклону волокон древесины. Как правило, создание такого участка предусматривается на этапе проектирования предприятия.

Этап второй

Следующей операцией, в ходе которой формируется большинство эксплуатационных свойств будущих клееных конструкций, является сушка пиломатериалов. Многие производители клееных деревянных конструкций в стремлении увеличить объем производства не хотят использовать для подготовки качественной древесины мягкие режимы, поскольку так увеличивается продолжительность сушки. Бытует мнение, что клееный брус не подвержен короблению, но это верно только в том случае, если сушка выполнена в мягком режиме и после нее проведено кондиционирование пиломатериалов для выравнивания влажности и внутренних напряжений, а также при условии правильной сборки ламелей в брусе. Современные клеи способны склеивать древесину с влажностью до 15%, однако их применение не гарантирует целостности клеевого соединения и стабильности формы продукции при нарушении технологии сушки и последующей релаксации напряжений, возникающих в древесине (рис. 1).

Этап третий

На этой стадии производства выполняется подготовка поверхностей ламелей к склеиванию. Известно, что поверхность древесины постепенно «стареет» и теряет способность к склеиванию (уменьшается число свободных радикалов, способных взаимодействовать с клеем), поэтому производство должно быть организовано таким образом, чтобы не позднее чем через полсмены (3?4 часа) ламели, обработанные в размер по сечению на строгальных (продольно-фрезерных) станках, поступали на участок склеивания. «Старение» древесины сопровождается поднятием ворса и ухудшением смачиваемости поверхности клеем, что ведет к увеличению расхода клея при нанесении вальцами или кистью. В результате не только снижается адгезионная способность древесины, но и возрастает толщина клеевого слоя, что также негативно сказывается на прочности клеевого соединения. Увеличение толщины клеевого соединения может быть также вызвано кинематическими неровностями на поверхности ламелей, возникающими при их обработке (рис. 2). Высоту (h) и длину (l) волны определяют по формулам (1), где h ? высота волны, мм; l ? длина волны, мм; R ? радиус режущей кромки лезвия цилиндрической фрезы, мм, и (2), где U ? скорость подачи, м/мин; n ? частота вращения шпинделей, мин-1; z ? число ножей, шт. По данным компании Leitz [2], для достижения баланса между качеством обработки поверхности ламелей и рациональным режимом работы режущего инструмента необходимо обеспечить длину кинематической волны 1,3?1,7 мм (рис. 3). В производственных условиях обоснование требуемых параметров работы оборудования может быть определено экспериментальным путем, исходя из свойств обрабатываемой породы древесины и инструмента. Длина и высота кинематических неровностей зависят от вида и степени затупления режущего инструмента, а также от скорости подачи и резания. Помимо увеличения толщины клеевого соединения за счет образования полостей из-за кинематических волн между склеиваемыми поверхностями происходит изменение параметров работы оборудования, что также оказывает отрицательное влияние на качество его работы (рис. 4) и, соответственно, на качество подготовки склеиваемых поверхностей [3].

Этап четвертый

На этом этапе производится формирование клееного бруса. Довольно распространенная ошибка на современных предприятиях: при сборке ламелей в брус крайне мало внимания уделяется ориентации ламелей относительно направления волокон древесины. Ламели, как правило, визуально сортируют только по качеству, без учета места их выпиловки из бревна, хотя формоустойчивость бруса в условиях эксплуатации обеспечивается именно за счет различного направления волокон древесины в смежных слоях, что необходимо для снижения влияния анизотропии древесины. Конструкция бруса в поперечном сечении должна отвечать правилам симметрии и состоять из нечетного количества ламелей для уменьшения напряжений, возникающих при отверждении связующего и в результате усушки и разбухания (такие напряжения могут возникать также при эксплуатации бруса, работающего на изгиб). При использовании в процессе изготовления бруса четного числа ламелей максимальные касательные напряжения приходятся на клеевое соединение, как правило, работающее на скалывание хуже, чем цельная древесина. При укладке ламелей необходимо обеспечить их сборку таким образом, чтобы в качестве лицевых не использовались сердцевинные доски, ориентированные сердцевиной наружу (рис. 5). Под влиянием температурно-влажностных изменений внешней среды и внутренних напряжений древесины в ламелях (особенно при толщине более 33 мм) может происходить отслоение и выпадение сердцевинной трубки из бруса в процессе его эксплуатации. В соответствии с ГОСТом 20850?84 «Конструкции деревянные клееные. Общие технические условия» толщина склеиваемых слоев в клееных элементах должна составлять 20±1 мм и 33±1 мм, на основании чего производители принимают допуск на размер равным 2 мм ? даже при изготовлении ламелей нестандартных толщины и ширины. Разнотолщинные ламели, которые формально находятся в поле допуска по толщине, довольно сложно склеивать, поскольку для обеспечения требуемой прочности клеевого соединения необходимо обеспечить контакт между склеиваемыми поверхностями, что, с учетом большого числа ламелей в прессе, требует приложения повышенного давления. Помимо этого, вследствие разнотолщинности ламелей при их склеивании в древесине возникают внутренние напряжения, вызванные неравномерным сжатием по толщине и способные привести к разрушению клеевого соединения. Не менее важным моментом технологического процесса является обеспечение постоянной ширины пиломатериалов. При склеивании бруса по толщине давление прикладывается к пластям пиломатериалов. Для формирования бруса требуемой геометрической формы пакет ламелей предварительно фиксируется при помощи фронтальных прижимов, которые передают давление на кромки пиломатериалов. При склеивании зафиксированных фронтальными прижимами ламелей разной ширины может происходить их смещение (рис. 6), в результате которого при приложении давления к пластям не будет обеспечен контакт между склеиваемыми поверхностями. Показатели прочности клеевого соединения при скалывании на разных участках длины бруса будут разными [4], и зависят они не только от физико-механических характеристик склеиваемых ламелей, плотности их контактных слоев, но и от жесткости прижимной балки пресса и числа цилиндров, передающих давление на склеиваемые заготовки. Давление прессования в зависимости от давления в системе может быть определено по формуле (3), где Pр.ж ? давление рабочей жидкости в прессе, МПа; F ? площадь склеиваемой поверхности, м2; n ? число i-х цилиндров. Создание качественного клеевого соединения зависит не только от условий подготовки ламелей, но и от связующего. При приготовлении и нанесении клея необходимо выдерживать в цехе заданные производителем клея температурно-влажностные условия, поскольку они оказывают влияние на жизнеспособность связующего и продолжительность открытой/закрытой выдержки. При использовании многокомпонентных клеев, подготовленных к нанесению с нарушениями технологии, или в случае их применения по истечении срока жизнеспособности отверждение может произойти преждевременно, и только между склеиваемыми поверхностями ? без проникновения в контактные слои древесины. Подобные дефекты склеивания довольно сложно распознать в производственных условиях без проведения испытаний клееного бруса по всей его длине с помощью рентгенографии или ультразвука. Выполнить испытания при помощи методов разрушающего контроля в данном случае невозможно. Разрушение таких клеевых конструкций, как правило, происходит во время их эксплуатации в результате смены температурно-влажностных условий, влекущих изменение размерных характеристик ламелей, которые при этом не сдерживаются должным образом клеевыми соединениями. При склеивании заготовок в прессе клеевое соединение обычно не успевает набрать требуемую прочность, для достижения которой необходимо обеспечить выдержку бруса после прессования. Продолжительность выдержки определяется типом связующего по рекомендациям изготовителя. Выдержка осуществляется на подстопных местах, основным требованием к которым является прямолинейность основания, не позволяющая брусу деформироваться под действием собственной массы. При сборке домов из деформированного клееного бруса образуются щели (рис. 7, 8).

Этап пятый

Заключительным этапом процесса производства клееного бруса является формирование соединительных элементов. После склеивания и технологической выдержки необходимо выполнить профилирование бруса для формирования монтажных пазов и гребней, а также полостей, в которые укладывается утеплитель. На этой стадии может происходить снижение качества бруса за счет вскрытия смоляных кармашков и выпадения сучков, которые были незамечены или неверно определены на предыдущих стадиях технологического процесса. Для их заделки целесообразно использование различных вставок в форме «лодочек» или «пробок» из цельной древесины. Вскрывшиеся дефекты могут быть удалены и при формировании соединительных лап и чашек, а также при торцовке бруса.

2.5 Виды профилей клееного бруса

На сегодняшний день существует большое количество профилей, используемых при производстве и монтаже домов. У каждого типа есть достоинства и недостатки. Наиболее распространенными являются: - "гребенка" или немецкий - "финский" или "скандинавский". Все остальные профили являются промежуточными между ними.

Немецкий или "гребенка" изначально создавался как альтернатива финскому.По замыслу создателей предполагалась, что гребенка (6) избавит от утеплителя или уплотнителя. Большая площадь соприкосновения позволит хорошо и качественно уплотнить стыки между рядами. Основной упор при этом делался на неизменяемость геометрических параметров и высокую точность обработки поверхностей контакта на станочном оборудование.

Но, к сожалению это оказалось совсем не так. Действительно в заводских условиях удается обеспечить все необходимые параметры. Но когда строительный материал поступает на стройку, то он оказывается незащищенным от воздействия атмосферных осадков, солнца и температурных перепадов. В результате поверхностный слой (2 и 4) во время монтажа увлажняется. Осадки скапливаются в пазах гребенки верхней части, а нижняя часть (1 и 3) остается сухой. Казалось бы это незначительное разбухание древесины. Но так как площадь поверхности контакты очень большая ,это приводит к тому что верхний не может плотно сесть на профиль нижнего. Происходит расклинивание. В редких случаях это приводит к разрыву по древесине верхней части нижнего ряда.

После сборки дома из-за неполной посадки между собой происходит усадка. Хотя клееный брус практически не меняет свои геометрические размеры. Это вызвано тем, что свободная атмосферная влага испаряется и разбухание устраняется. Для устранения этой проблемы приходится прибегать дополнительно к металлическим стяжкам. Но все эти дополнительные затраты ложатся на плечи застройщика.

Другой тип профиля - "финский" или "скандинавский" изначально создавался для сборки домов. Поэтому в конструкции изначально предусмотрено минимальная поверхность контакта между собой. Контакт осуществляется только по поверхности (1 и 2), а в случае с гребенкой по поверхности (1,2,3,4 ) и каждого зуба (6) по наружной. Контакт вышележащего и нижнего происходит по двум точкам, временное увлажнение и разбухание древесины во время монтажа не влияет на плотность посадки. Не происходит зависания, не требуются металлические стяжки для создания преднатяга. После окончания монтажа стенового комплекта не происходит его изменения по высоте. А материал, применяемые в качестве уплотнителя (4) обеспечивает дополнительную защиту от продувания и промерзания. Сборка простая и технологична. Нет зависимости от погодных условий. Всегда гарантированный отличный результат.

2.6 Сращивание древесины по длине

Современные российские и европейские стандарты выдвигают высокие требования к изделиям, изготовленным из древесины. Для того чтобы соответствовать этим требованиям, а другими словами выпускать конкурентоспособную продукцию требуется сырье высокого сорта а дополнительные вложения. Технология сращивания древесины призвана решить эту проблему. При производстве погонажных изделий применяется сращивание по длине. Для этих целей можно использовать склеивание впритык гладко опиленными торцами, сращивание на ус или на зубчатый шип.

Торцовое соединение впритык дает низкую прочность (10- 15% от проч-ности цельной древесины) и применяется как монтажное склеивание или для деталей, не испытывающих эксплуатационных нагрузок. Этой прочности достаточно для перемещения и обработки склеенных деталей на круглопильных и продольно - фрезерных (строгальных) станках. Возможные области применения соединений впритык - изготовление рамок щитовых дверей, щитовых деталей встроенных шкафов, кухонной мебели и других изделий, где всю нагрузку воспринимает облицовка.

Усовые соединения могут обеспечивать до 100% прочности цельной древесины при изгибе, но требуют повышенного расхода материала, так как длина уса должна составлять 10 - 15 толщин материала. Это не позволяет применять эти соединения для утилизации коротких отрезков досок. Возможно применение усовых соединений при изготовлении авиационных деталей, деталей корпуса деревянных судов, весел, тетив пожарных лестниц и других высоконагруженных деталей, как правило, не содержащих значительных сучков.

Зубчатые соединения занимают по прочности промежуточное положение между соединениями впритык и усовыми. Общие требования к зубчатым соединениям определены в ГОСТ 19414-90. Профиль зубчатых шипов показан на рис.2.13.

Рис.2.13. Профиль зубчатого шипа

Основные достоинства зубчатых соединений - минимальные потери древесины, технологичность и относительная простота формирования шипов, способность самозаклинивания при действии торцового давления и способность сохранять давление вне пресса.

Исследования показали, что прочность соединения зависит не столько от длины шипов, сколько от величины затупления b. Современный режущий инструмент позволяет получать шипы с затуплением менее 1 мм, что дает возможность уменьшать длину шипов до 7,5 мм (минишипы) и даже до 4,5 мм (микрошипы). Согласно немецкому стандарту DIN 68140 следует различать соединения группы I для нагруженных строительных деталей и соединения группы II для столярно-мебельных изделий. Для группы I степень ослабления (величина b/t) должна быть не более 0,18, а для группы II - не более 0,25.

Сегодня повсеместно используют короткие шипы - для группы I до 20 мм, и для группы II применяют минишипы (7,5 - 10 мм). Соединения на минишипах имеют следующие преимущества:

- существенная экономия древесины

- фрезерование осуществляется за один проход

- фрезерные головки имеют высокую долговечность, так как снижены усилия резания при фрезеровании

- повышенное самозаклинивание шипов, обеспечиваемое высокой точностью формирования шипов и высоким продольным давлением сжатия. Это позволяет не использовать нагрев для ускорения отверждения клея.

- ввиду большого числа шипов можно не использовать боковое давление при запрессовке соединения.

Линия сращивания древесины как одна из основных единиц оборудования применяется на производствах по выпуску погонажных изделий, клееного оконного бруска, клееного строительного бруса, клееного мебельного щита и позволяет решать сразу две задачи, позволяющие увеличить прибыльность производства:

- сильно сократить количество отходов (на 8…12%);

- увеличить выпуск качественной продукции.

Линии сращивания по длине могут комплектоваться из отдельных единиц оборудования, а могут поставляться целой автоматической или полуавтоматической линией.

Основными частями линии сращивания являются шипорезный станок для минишипа и пресс для сращивания по длине.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Технологический процесс и выбор оборудования

В своей работе произведу проектирование участка по производству клееного бруса. Целью проектирования будет являться предложение оптимального состава оборудования в условиях предприятия УИС для решения основных задач:

- уменьшение срока окупаемости оборудования;

- увеличение размера прибыли на единицу вложенного капитала.

Предлагаемый вариант основан на отечественном оборудовании, изготовленном по импортным образцам. Станки полностью адаптированы к российским условиям, просты в обслуживании и наладке и стоят меньше зарубежных аналогов в 2…3 раза. То есть в этих станках заложен принцип разумной достаточности, что дает возможность сократить инвестиционные вложения и срок окупаемости проекта.

Технология изготовления.

Операция 1 - вырезка дефектных мест (рис. 3.1.).

Оборудование - торцовочный станок ЦКБ40 (рис. 3.2.; табл. 3.1.).

Рис.3.1. Вырезка дефектных мест

Для вырезки дефектных мест применяются различные торцовочные станки отечественных и зарубежных марок, но для этих целей вполне подойдет станок ЦКБ40, который имеется практически на любом деревообрабатывающем предприятии УИС. ЦКБ40 станок компактный не занимает большой площади, имеет высокую производительность и имеет достаточную точность для процесса вырезки дефектных мест.

Рис.3.2. Станок ЦКБ40

Станок торцовочный ЦКБ40 предназначен для поперечной распиловки досок, горбылей и других пиломатериалов. Станок изготавливается в четырех модификациях: левого или правого исполнения, с пневмо- или гидроприводом. Вращение пильного вала осуществляется через клиноременную передачу от электродвигателя со встроенным тормозом, обеспечивающий быстрый останов пилы после отключения электродвигателей.

Технические характеристики станка ЦКБ40

Таблица 3.1

Название характеристики	Единица измерения	Значение
1	2	3
Ширина обрабатываемой заготовки	мм	50...400
Толщина обрабатываемой заготовки	мм	10...150
Расположение пилы		нижнее
Диаметр наружный/посадочный пил	мм	630/50
Частота вращения пильного вала	мин-1	3000
Наибольшее число двойных ходов пилы	мин-1	45
1	2	3
Суммарная мощность	кВт	9,7
Габаритные размеры (длина х ширина х высота)	мм	130011201180
Масса	кг	750

Сращивание по длине включает в себя несколько операций. (ШС-3+ПС-3).

Линия сращивания ШС-3+ПС-3

Предназначена для торцевого сращивания на минишип. Выполняются следующие технологические операции: Нарезание клинового шипа на торце заготовки (станок шипорезный ШС-3). Нанесение клея на шип, опрессовка типовых соединений, подрезание торца полномерной заготовки на заданную длину (пресс ПС-3).

Станок шипорезный модель ШС-3.

Рис.3.5. Станок ШС-3

Станок предназначен для нарезания клинового шипа на торце заготовки (деревянного бруса). Особенностью станка является возможность работы в цикле со смещением фрезы на половину шага. Верхний и боковой поджим заготовки осуществляется пневматикой ( пневматика фирмы "ПНЕВМАКС" ). За счет этого происходит перемещение каретки.

Технические характеристики станка ШС-3

Таблица 3.2

Название характеристики	Единица измерения	Значение
1	2	3
Наибольшая ширина заготовки	мм	200
Наименьшая длина заготовки	мм	200
Толщина заготовки	мм	10...20
Частота вращения отрезной пилы	мин-1	2800
Мощность электродвигателя отрезной пилы	кВт	2,2
Посадочный диаметр отрезной пилы	мм	50
Частота вращения шпинделя	мин-1	6000
Посадочный диаметр шпинделя	мм	40
Наружный диаметр фрезы	мм	125
Мощность электродвигателя шпинделя	кВт	5,5
Скорость подачи каретки	м/мин	2,5…15
Габаритные размеры (длина х ширина х высота)	мм	20257501300
Масса	кг	475

Машинное время одного цикла, сек (нарезание шипа с двух сторон) 30

Пресс стыковочный модель ПС-3.

Рис.3.6. Пресс ПС-3

Пресс относится к комбинированному типу станков для сращивания короткомерных брусков из древесины и отрезания полномерных заготовок по длине. На прессе в полуавтоматическом режиме выполняются нанесение клея на торцы отрезков; опрессовка типовых соединений; подрезание торца полномерной заготовки на заданную длину. Для поджима заготовки используется пневмооборудование итальянской фирмы "ПНЕВМАКС". Для прессования заготовки используется гидрооборудование фирмы "DUPLOMATIC". Работа пневмосистемы обеспечивается рабочим давлением от 5 до 7 бар. Гидростанция обеспечивает максимальное рабочее давление при прессовании до 200 бар. Технологический цикл изготовления ламели 20 секунд.

Технические характеристики станка ПС-3

Таблица 3.3

Название характеристики	Единица измерения	Значение
1	2	3
Длина прессуемой заготовки	мм	3200 (под заказ до 6000 мм);
Частота вращения клеенаносящего ролика	мин-1	14-27
Частота вращения пилы	мин-1	2800
Рабочее давление в пневмосистеме	бар	5-7
Усилие прессования	кг/с	7500
Мощность привода клеенаносящего ролика	кВт	0,18
Мощность привода пилы	кВт	2,2
Габаритные размеры (длина х ширина х высота)	мм	490016701470
Масса	кг	1400
Диаметр отрезной пилы	мм	350
Сечение прессуемой заготовки	см2	до 200

Оборудование - шипорезный станок ШС-3 (рис. 3.5.; табл. 3.2.), пресс стыковочный ПС-3 (рис. 3.6.; табл. 3.3.).

На шипорезном станке выполняются следующие операции:

Операция 2 - подрезка заготовок круглой пилой для выравнивания ламелей и создания перпендикулярных торцов.

Операция 3 - нарезание микрошипа (рис. 3.3.).

Рис.3.3. Процесс подрезки торцов и нарезки микрошипа

В последнее время наиболее широкое применение получили клеи холодного отверждения на основе поливинилацетатной дисперсии (ПВАД), которые просты в приготовлении, относительно безвредны и при использовании отвердителей обеспечивают водостойкость по классам D3, D4, согласно нормам DIN 68602, средний расход клея 160 г / кв.м .

Операция 5 - пресование. Здесь происходит фиксация заготовки со всех сторон и опрессовка в течение заданного времени (рис. 3.4.).

Операция 6 - обрезка склеенных в длину ламелей круглой пилой на заданную длину.

Рис.3.4. Процесс пресования

На прессе выполняются следующие операции.

Операция 4 - нанесение клея.

После прессования в шиповом соединении не допускаются никакие щели (нужен визуальный контроль). Размер по толщине должен иметь допуск ±0,5мм, отклонение от линейности не более 1 мм/м

Операция 7 - придание профиля (рис. 3.7.).

Оборудование - четырехсторонний продольно фрезерный станок С16-42 (рис. 3.8.; табл. 3.4.).

Обработка склеенных в длину ламелей на четырехстороннем станке. В результате заготовка приобретает требуемый профиль, формируется плеть с точными геометрическими размерами и гладкими плоскостями.

Рис.3.7. Отстрожка ламелей

Четырех сторонний продольно фрезерный станок С16-42.

Станок С16-42 может производить обработку заготовок с четырех сторон за один проход. Применяется в деревообрабатывающей промышленности при изготовление столярно-строительных изделий.

...