автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Раскрой пиловочного сырья при производстве заготовок для деревянного домостроения

На правах рукописи

Полосухина Олеся Игоревна

РАСКРОЙ ПИЛОВОЧНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ДЕРЕВЯННОГО ДОМОСТРОЕНИЯ

05.21.05 — Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 ДПР 2015

Москва-2015

005567970

005567970

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ФГБОУ ВПО «МГУЛ»)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Рыкунин Станислав Николаевич

Официальные оппоненты: Копейкин Адольф Михайлович

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», профессор кафедры древесиноведения и технологии деревообработки

Кравцов Евгений Викторович

кандидат технических наук, Минпромторг России, начальник отдела новых технологий и материалов департамента химико-технологического и

лесопромышленного комплекса

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Костромской государственный

технологический университет»

Защита диссертации состоится «tj» 4¡cb¿k 2015 г. в i"0 час на заседании диссертационного совета Д 212.146.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, Мытищи-5, Московская область, 1-я Институтская, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» и на сайте

httpV/www.mgul.ac.ru/mfo/uchsovet/disserts/D 212.146.03/polosuhina/.

Автореферат разослан <.</$> curveé^2015 г.

Ученый секретарьдиссертационного совета:

/ ^ЛрМ /1 Рыбин Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. С развитием деревянного домостроения изменяются требования к материалам для изготовления домов. Главным образом, это относится к пиломатериалам.

Так при производстве панелей и заготовок для пола деревянных домов требования к качеству пиломатериалов могут существенно меняться, в первую очередь, величина допустимого обзола может быть увеличена.

Данная диссертационная работа посвящена вопросам повышения объёмного выхода пиломатериалов из сырья и обеспечения заданного качества пиломатериалов, а также заготовок для деревянного домостроения с учётом такого дефекта обработки как обзол.

Обзол обрезных досок обычно возникает при раскрое брёвен, диаметры которых близки к минимальному диаметру в сортировочной группе. Можно несколько снизить требования к обзолу досок относительно рекомендаций стандартов в ситуациях, когда не наносится существенного ущерба для потребительских свойств пиломатериалов конкретного назначения.

Известно, что ослабление требований к появлению обзола досок при раскрое брёвен приводит к повышению коэффициента объёмного выхода обрезных пиломатериалов из сырья. С другой стороны, появление в процессах раскроя брёвен недопустимого обзола досок ухудшает их нормированные качественные характеристики, что заставляет производителей переводить пиломатериалы в более низшие сорта. Аналогичная ситуация возникает при раскрое пиломатериалов на заготовки. Преодоление этого противоречия ставит задачи по исследованию влияния обзола пиломатериалов в процессах раскроя брёвен.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом применяются современные технологии производства стеновых панелей типа «МНМ» (МазБ^-Нок-Маиег) и СЬТ (Сго53-Ьатта1е<1-Т1тЬег). Это многослойные конструкции, в которых слои из досок крестообразно компонуются и скрепляются алюминиевыми

желобчатыми штифтами или клеем. В них для внутренних слоёв могут быть использованы доски с повышенным обзолом.

Актуальность диссертационной работы вытекает из необходимости повышения эффективности раскроя бревен на пиломатериалы, а также пиломатериалов на заготовки с учётом обзола и, как следствие, сбережения ресурсов древесины.

Работа выполнена на кафедре технологии деревоперерабатывающих производств МГУ Л.

Цель и задачи исследований. Целью данной работы является повышение эффективности раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы и пиломатериалов на заготовки с учётом допустимого обзола досок.

В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1) анализ и математическое описание параметров обзола досок при раскрое брёвен круглого и овального поперечных сечений;

2) исследование влияния снижения требований по обзолу досок на эффективность раскроя брёвен;

3) анализ раскроя брёвен с кривизной с целью исключения или снижения параметров обзола в пиломатериалах;

4) выявление изменения обзола досок при ориентации бревна овального сечения под различными углами в процессах раскроя;

5) разработка методики расчёта распиловочных размеров сечений обрезных пиломатериалов для производства заготовок;

6) проведение эксперимента и получение уравнения регрессии для коэффициента объемного выхода заготовок из необрезных досок с учётом обзола;

7) анализ путей снижения обзола досок в партии и разработка рекомендаций по снижению обзола.

Методы исследований. В диссертации использовались методы математического анализа и аналитической геометрии для исследований параметров обзола и влияния на него различных факторов.

Применены вероятностные подходы для обоснования распиловочных припусков на размеры сечений обрезных пиломатериалов.

Для получения уравнений регрессии использованы математические методы планирования эксперимента и имитационное моделирование раскроя необрезных досок на заготовки.

Научные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения:

1) математическое описание параметров обзола досок при раскрое брёвен круглого и овального сечений, а также брёвен с кривизной;

2) исследование влияния различных факторов на параметры обзола пиломатериалов;

3) методика расчёта распиловочных размеров сечений обрезных пиломатериалов для производства заготовок;

4) исследование выхода заготовок из необрезных и обрезных пиломатериалов с учётом обзола.

Научная новизна результатов работы.

Исследованы параметры обзола досок при раскрое брёвен круглого и овального сечения, брёвен с кривизной.

Разработана методика расчёта распиловочных размеров сечений обрезных пиломатериалов для производства заготовок.

Экспериментально исследован выход заготовок из необрезных пиломатериалов с учётом обзола.

Достоверность и обоснованность научных результатов. Достоверность научных результатов диссертации обоснована применением аналитических методов исследований.

Данные по экспериментальной части диссертации обработаны в программной среде «AutoCAD» и программе «Дровосек» по раскрою брёвен, что обеспечивает их достоверность.

Личный вклад диссертанта в решение поставленных задач. Лично автором диссертации выполнена следующая работа:

-проанализированы литературные источники с целью изучения состояния вопроса по теме диссертации;

-выведены соотношения, связывающие параметры обзола пиломатериалов при раскрое брёвен круглого и овального сечения;

-разработана методика расчёта распиловочных размеров сечений обрезных пиломатериалов для производства заготовок;

-проанализирован раскрой брёвен с кривизной с целью исключения или снижения обзола досок;

-выполнены эксперимент и расчёты коэффициентов объемного выхода заготовок из необрезных пиломатериалов с учётом обзола, полученно регрессионное уравнение;

-проведен анализ путей снижения обзола пиломатериалов в партии; -по каждой главе и в целом по диссертации сделаны научные, методические и практические выводы, обобщающие результаты исследований.

Практическая значимость работы. К практическим результатам работы следует отнести:

а) разработанную методику расчёта распиловочных размеров сечений обрезных пиломатериалов для производства заготовок;

б) полученное регрессионное уравнение для практического прогнозирования коэффициентов выхода заготовок из необрезных пиломатериалов с учётом допустимого обзола;

в) выбор рациональных путей снижения обзола пиломатериалов в партии;

г) рекомендации по производству обрезных пиломатериалов с заданной величиной обзола.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)» и п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».

Реализация результатов работы. Согласно справке о внедрении результатов диссертационной работы Полосухиной О.И. на тему: «Раскрой пиловочного сырья при производстве заготовок для деревянного домостроения», выданной немецкой фирмой «Hundegger», подтверждается эффективность использования обрезных пиломатериалов с заданной величиной обзола при производстве стеновых панелей типа «МНМ» для деревянного домостроения. Это увеличит коэффициенты объемного выхода заготовок из пиловочного сырья и повысит конкурентоспособность таких панелей.

Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре технологии деревоперерабатывающих производств Московского государственного университета леса.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МГУЛ в 2011-2013гт, конференциях Вологодского государственного технического университета «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» в 2010-2011 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ, из них три в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, отражающих основное содержание диссертации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объём диссертации 165 страниц машинописного текста, 89 наименований литературных источников, 49 таблиц, 35 рисунков и приложений на 22 страницах.

Содержание работы

В первой главе произведён обзор литературных источников, отражающих теорию раскроя брёвен на обрезные пиломатериалы.

Дана характеристика тупого обзола как порока обработки пиломатериалов и заготовок, указаны следующие причины его возникновения:

- подача в распиловку бревен диаметром меньше расчетного минимального;

- смещение оси бревна или бруса относительно оси постава при их подаче в лесопильное оборудование;

- погрешности формы брёвен и брусьев (овальность поперечных сечений и кривизна);

- неправильная ориентация необрезной доски относительно режущего инструмента при обрезке;

- ошибочная оценка ширины доски при обрезке.

В данной главе рассмотрены требования к обзолу в отечественных и зарубежных стандартах.

Даны рекомендации по использованию пиломатериалов с обзолом.

В современных технологиях пиломатериалы с обзолом могут использоваться при производстве стеновых панелей МНМ (Massiv-Holz-Mauer), панелей CLT (Cross Laminated Timber - «перекрестно-склеенные панели»).

Произведен обзор и анализ работ по раскрою брёвен на пиломатериалы и пиломатериалов на заготовки для деревянного домостроения.

Во второй главе проведен анализ параметров обзола при раскрое брёвен вразвал и с брусовкой. Формулы для определения параметров обзола по толщине At, для половины ширины ДЪ и по длине доски полной длины Д1 при раскрое брёвен круглого сечения с брусовкой имеют вид:

(О

Д/=-

О2-с/2

(3)

где М - ширина постава для досок полной длины из пропиленной пласта бруса с учётом пропилов и припусков;

Н— толщина бруса с учётом припусков; с} - верхний диаметр бревна; В-нижний диаметр бревна; Ь - длина бревна.

Формула для длины обзола выведена, исходя из геометрической модели бревна как усеченного параболоида вращения второго порядка.

Установлено, что практически всегда критичным является обзол досок по толщине.

Исследовано влияние снижения требований к обзолу по толщине крайних досок полной длины из пропиленной пласти бруса на коэффициенты объемного выхода досок. Для исследования влияния снижения требований к обзолу

16-125-16

использовались следующие постава:--для среднемерного сырья;

16-40-40-40-16

22-200-22

- - для крупномерного сырья.

22-50-50-50-50-22 ^

Для этих поставов были выполнены расчёты минимального верхнего

диаметра брёвен й в сортировочной группе и коэффициентов объемного выхода

толстых кх и тонких досок кг, а также общего к в зависимости от задаваемого

допустимого обзола крайних толстых досок по кромке А? в долях их толщины.

При расчётах было принято: древесная порода - ель, сосна; длина брёвен - 6м.

Графики приведены на рис. 1.

Из анализа графиков видно, что для рассмотренных примеров раскроя

брёвен с брусовкой при снижении требований к обзолу по толщине толстых

крайних досок, выпиленных из пропиленной пласти бруса, коэффициент

объемного выхода всех толстых досок значительно растёт, при этом происходит

уменьшение минимального диаметра брёвен в сортировочной группе. Так как

объём толстых досок остаётся постоянным, то растёт их коэффициент выхода из бревна.

При этом коэффициент объемного выхода укороченных боковых досок несколько снижается из-за уменьшения минимального диаметра брёвен. Согласно расчётам, для среднемерного сырья с минимальным диаметром брёвен в сортировочной группе общий коэффициент выхода пиломатериалов при Д?=0,5 увеличился на 10%, для крупномерного - на 8%.

Эти приращения коэффициентов объемного выхода пиломатериалов при минимальных диаметрах брёвен сохранятся и для средних коэффициентов выхода в сортировочных группах брёвен, так как границы диапазонов диаметров сортировочных групп одинаково сдвигаются в сторону меньших диаметров.

180 170 160 150'

Д)

мличша оСХ;тл в д&ш толщины досох

оемчиха обзола в долях толщины досок

б)

Рис. 1. Зависимость коэффициентов выхода досок и минимального диаметра брёвен в сортировочной группе от величины обзола по толщине:

а) - для постава

16-125-16 16-40-40-40-16

, б) - для постава

22-200-22

22-50-50-50-50-22

В этой главе также исследованы возможности повышения общего оэффициента выхода пиломатериалов при снижении требований к обзолу по

толщине укороченных тонких боковых досок. Обзол таких досок возникает при увеличении их ширины или длины в процессах обрезки и торцевания относительно расчётных для чистообрезных досок, что приводит к повышению их объёма и, следовательно, к увеличению общего коэффициента выхода пиломатериалов из брёвен.

Например, выполнены расчёты двух вариантов раскроя брёвен поставом 25-125-25

25-25-40-40-25-25 ; в первом из которых не предусматривался обзол боковых досок. Во втором варианте обзол тонких досок по толщине был задан величиной 15мм. На рис. 2 в виде диаграммы показано изменение коэффициента объемного выхода пиломатериалов при отсутствии обзола боковых досок и при допустимом обзоле по толщине величиной 15мм в диапазоне диаметров брёвен сортировочной группы от 19 до 22,9 см. Средний коэффициент объемного выхода досок в сортировочной группе для варианта без обзола составил 56,4%, а для варианта с обзолом - 65%. Приращение коэффициента объемного выхода 8,6%.

Рис. 2. Диаграмма изменения коэффициента объемного выхода досок от диаметров брёвен в сортировочной группе: К, - без обзола боковых досок; Кг - с

обзолом

£ ж

К2

22.9

ё - диаметр бревен в см

В третьей главе теоретически рассмотрен раскрой брёвен с кривизной при распиловке с брусовкой с точки зрения исключения или снижения обзола

крайних досок из пропиленной пласти бруса.

На рис. 3 а) показаны образующие контуры пропиленной пласти двухкантного бруса с кривизной, а также вписанного в него четырёхкантного бруса (в виде прямоугольника).

__—'—'—-

иг 5?

Рис. 3. Схема вписывания в пропиленную пласть двухкантного бруса четырехкантного, при распиловке брёвен с кривизной

При этом исключается обзол крайних досок полной длины из пропиленной пласти бруса.

Мд - ширина пропиленной пласти бруса в верхнем диаметре бревна; Мн - ширина пропиленной пласти бруса в нижнем диаметре бревна; Получено уравнение параболы, которая соответствует контуру пропиленной пласти двухкантного бруса с кривизной:

у = . (4)

Здесь 5- стрела кривизны;

Н - толщина бруса с учётом припусков; ¡Л - верхний диаметр бревна; £>- нижний диаметр бревна; х~ координата по длине бревна; Ь - длина бревна.

Производная функции (4) по длине бревна равна

(5)

В верхнем торце бревна при х=0 она равна

£ = (6) <Ь Ь 4 к

Отсюда получим критическое значение стрелы кривизны бревна, при которой теоретически исключается обзол крайних досок, полученных в пределах пласти бруса

8 = (7)

Брёвна с докритической кривизной при подаче их в пильный станок можно ориентировать, например, по овальности сечений или по концентрации сучков на поверхности, пренебрегая их кривизной.

Критическую кривизну брёвен можно увеличить, если допустить некоторый обзол крайних досок из пропиленной пласти бруса. Тогда она будет рассчитываться по формуле

»= .. (8)

\6hjd -Н -2ДЯ

где Дt - величина обзола по толщине.

При большей кривизне брёвен их рекомендуется ориентировать при подаче в пильный станок вертикального типа кривизной вниз с целью обеспечения симметричной нагрузки на пильный механизм станка и создания более благоприятных условий для базирования брёвен. Тогда при ориентации

двухкантного бруса с кривизной рекомендуется смещение его нижнего диаметра в сторону вогнутой стороны на величину Т согласно рис.3 б):

(9)

где ширины пропиленной пласти бруса соответственно в верхнем и

нижнем диаметрах бревна.

Разворот бруса будет выполнен на угол, тангенс которого равен

¡„а=мбн-Мбв

В этом случае первая производная функции (4) по длине бревна равна

Отсюда предельная кривизна бревна при исключении обзола досок полной длины

С учётом допустимого обзола она равна

д-Мы+2дЛ. (12)

Предельную кривизну бревен, подаваемых в распиловку, можно увеличить ещё, если согласиться с укорочением крайних досок полной длины.

В этой главе исследовано также влияние овальности сечений брёвен на параметры обзола обрезных досок полной длины.

При раскрое бревна с брусовкой с горизонтальным положением эллипса по большой оси на первом проходе обзол досок по толщине будет равен

При распиловке бревна с брусовкой с вертикальным положением эллипса по большой оси на первом проходе обзол по толщине будет равен

где а- —-— коэффициент овальности как отношение главных диаметров (1м

эллипса; главный больший диаметр эллипса; <ЛМ— главный меньший диаметр.

При теоретическом исследовании влияния овальности сечений бревна на параметры обзола в результате анализа неравенства

(15)

2 а

при выполнении которого, Д^ > Д?2, где Д/1 - обзол по толщине при подаче

бревна с вертикальной ориентацией овального сечения; Д/2 - обзол по толщине при подаче бревна с горизонтальной ориентацией овального сечения), получены следующие выводы:

-при раскрое бревен с брусовкой, с точки зрения снижения обзола досок

полной длины, при предпочтительно подавать бревна в распиловку на

с?

станки вертикального типа, ориентируя их по овальности горизонтально; при

выпиловке более глубокого бруса при —<0,1 выгоднее ориентировать брёвна по

(1

овальности вертикально.

-при раскрое брёвен вразвал с точки зрения снижения обзола по толщине обрезных досок полной длины целесообразно подавать брёвна в пильный станок, ориентируя их по овалу верхнего торцевого сечения вертикально.

Часто оказывается, что бревно имеет кривизну и овальность сечения. Тогда, ориентируя бревно при подаче в пильный станок кривизной вниз, эллипс овальности окажется под произвольным утлой к поперечной оси бревна. Это приведёт к изменению обзола досок. Исследовано расчётным путём влияние расположения сечения бревна под различными углами к поперечной оси на параметры обзола досок полной длины. Выявлена синусоидальная зависимость обзола от угла поворота бревна овального сечения, обзол достигает максимума для угла 45°.

В четвёртой главе разработана методика расчёта распиловочных размеров пиломатериалов при производстве заготовок. Она позволяет рассчитывать поставы для раскроя брёвен так, чтобы сразу вырабатывать обрезные доски с размерами сечений, равными размерам сечений черновых сырых заготовок (с учётом припусков на усушку, на фрезерование и на погрешности обработки пиломатериалов).

На рис. 4 приведены кривые нормального распределения размеров сечений сырых и сухих пиломатериалов, указаны заданный минимальный размер Умин, распиловочный припуск г, распиловочный размер сечения доски Урасп, средние размеры сухих Усрсух и сырых досок УСр СЫр , величина усушки заготовок УуС.

т>

У

г

Уус

Рис. 4. Распределение размеров сечений сырых и сухих пиломатериалов при производстве заготовок

Распиловочный припуск и распиловочный размер сечения доски определяются по формулам:

гзаг ~ сух> Урасп = ^мин Гзаг Уус >

(16)

где <У сух - суммарная дисперсия сухих досок, учитывающая погрешности распиловки и неравномерность усушки досок;

г - аргумент функции Лапласа для заданной вероятности р;

р - вероятность появления сухих досок (уровень дефектности) с размерами ниже минимального.

Минимальный размер сухих досок определяется по соотношению

Y . =А/ +R , (18)

min ном шп

где М - номинальный размер заготовок; ном г г

R - припуск на шероховатость для двух поверхностей доски (его

достаточно принять в размере 4 мм).

Для пиломатериалов, выпиленных по минимальным размерам, припуски на фрезерование Д согласно рис. .^определяются по формулам:

А-ср = Rшп гзаг > ^мин = ^шп» макс = ^шп ^-гзаг•

Пусть например, требуется вырабатывать заготовки для пола из древесины хвойных пород длиной 6м и с номинальными размерами сечений по толщине 35мм и ширине 130мм при влажности 5 %. Приняв р= 1%, Яш„=4мм, получим распиловочные размеры доски (черновой заготовки) по толщине 43,3мм, по ширине 146мм. При выпиловке из пропиленной пласти бруса, например, четырёх таких досок минимальный диаметр бревен в сортировочной группе будет равен 235мм, а коэффициент выхода чистовых заготовок из брёвен минимального диаметра - 0,34. Если эти же заготовки вырабатывать из досок стандартных размеров при влажности 20%, то придётся взять доски с номинальными размерами сечений по толщине 44мм и ширине 150мм. Их распиловочные размеры равны по толщине 45,3мм, по ширине 154мм. При выпиловке из пропиленной пласти бруса четырёх таких досок минимальный

диаметр бревен в сортировочной группе будет равен 247мм, а коэффициент выхода чистовых заготовок из брёвен минимального диаметра - 0,30.

Таким образом, использование разработанной методики расчёта поставов при производстве заготовок позволит существенно повысить коэффицент объемного выхода чистовых заготовок, что будет способствовать более рациональному использованию ресурсов древесины.

В пятой главе выявлено повышение эффективности выработки заготовок для стеновых панелей из необрезных и обрезных пиломатериалов при заданных предельных значениях допустимого обзола заготовок.

В первую очередь, экспериментальным методом определена статистическая зависимость коэффициента объёмного выхода сырых заготовок из необрезных досок от ширины заготовок и от величины предельного обзола по толщине заготовок в виде уравнения регрессии. Для этого в условиях реального производства была отобрана партия необрезных досок из березы, полученных в Щелковском учебно-опытном лесхозе, составлены паспорта досок, которые виртуально были раскроены на заготовки разных ширин.

Был поставлен машинный эксперимент с целью получения уравнения регрессии на основе плана эксперимента второго порядка (план В2) для двух факторов: Ъзаг- ширины сырых заготовок в мм, Д? - величины предельного обзола заготовок по толщине в мм. Он содержит 8 опытов, в каждом из которых предусматривались измерения для 23 досок. Это вполне достаточно для получения необходимой точности эксперимента (3-5%).

По результатам обработки данных эксперимента получено полное уравнение регрессии в нормализованном масштабе, содержащее шесть членов, и после отбрасывания статистически незначимых эффектов (парного взаимодействия и квадратичных эффектов)- упрощенное уравнение регрессии в натуральном масштабе. Оно имеет вид:

у = 0,486+0,0011Ъзаг + 0,0071Дг, (20)

л

где у- средний коэффициент выхода заготовок из необрезных досок, вычисленный по уравнению регрессии;

Ьзаг - ширины сырых заготовок в мм;

Лг - величины предельного обзола заготовок по толщине в мм.

Здесь диапазоны варьирования факторов: 11<Ъзаг <161лш; 0<Д?<14 мм.

Уравнение регрессии позволяет прогнозировать средний коэффициент выхода заготовок из необрезных досок в пределах ширин заготовок и допустимых обзолов, указанных выше, а также в диапазоне ширин наружной пласта необрезных досок в верхнем торце от 50 до 200мм.

Для рассмотренного в диссертации примера средний коэффициент выхода сырых заготовок всех ширин, вырабатываемых без обзола из необрезных досок, составил 0,7, а вырабатываемых с предельным обзолом равным половине толщины заготовки составил 0,77.

Обрезные толстые доски обычно получают при распиловке с брусовкой в пределах пласти бруса. Уменьшение диаметра распиливаемых бревен приведет к увеличению обзола крайних досок полной длины из бруса и к увеличению коэффициента объемного выхода, как это исследовано во второй главе.

В шестой главе, прежде всего, рассмотрены пути снижения и предотвращения обзола досок. К ним относятся:

1. Снижение обзола досок путём уменьшения их длины или ширины.

2. Предотвращение или снижение обзола досок путём уширения пропиленной пласти бруса.

3. Предотвращение или снижение обзола досок путём увеличения минимального диаметра брёвен в сортировочной группе.

Уширение пропиленной пласти бруса, а также увеличение минимального диаметра брёвен в сортировочной группе приводят к росту диаметров всех брёвен в сортировочной группе. Выполненные расчёты на примерах поставов для раскроя среднемерных и крупномерных брёвен и анализ их результатов показывают,что при этом коэффициенты выхода толстых досок для

среднемерного и крупномерного сырья значительно уменьшаются, округлённо до 10% для среднемерного сырья и до 5% для крупномерного сырья (при уширении пропиленной пласти бруса или увеличении минимального диаметра брёвен в сортировочной группе на 20мм).

При использовании первого пути снижения обзола досок, связанного с уменьшением длины или ширины досок с недопустимым обзолом после их выпиловки, снижение коэффициентов выхода толстых досок для среднемерного и крупномерного сырья незначительно в пределах 1%. Это объясняется тем, что корректируются размеры лишь досок с недопустимым обзолом, они получены из брёвен, диаметры которых близки к минимальному в сортировочной группе. Здесь принято, что доля брёвен, при раскрое которых появляются доски полной длины с недопустимым обзолом, не превышает 10% в условиях соблюдения технологической дисциплины в процессах сортирования и распиловки.

Таким образом, путь снижения обзола досок, связанный с уменьшением длины досок (рекомендуется на 1м для более узких досок) или ширины досок (рекомендуется на 25мм для широких досок), является предпочтительным.

В заключение выполнены укрупнённые экономические расчёты по одному из существенных источников, обеспечивающих наибольший эффект. Рассмотрено повышение эффективности раскроя брёвен, если допускается некоторая доля досок полной длины с обзолом до половины толщины толстых досок. Согласно исследованиям, выполненным в главе 2, примем повышение общего среднего коэффициента выхода пиломатериалов из брёвен равное 8%.

Для типового лесопильного предприятия с производственной мощностью по распилу 50 тыс. кубометров сырья в год прогнозируется выработка пиломатериалов в объёме 30 тыс. кубометров (при среднем коэффициенте выхода 0,6). Если допустить долю досок полной длины с обзолом до половины толщины толстых досок, то средний коэффициент выхода пиломатериалов из бревна может достигнуть 0,68. Тогда из того же объёма сырья дополнительно можно выработать 4 тыс. кубометров пиломатериалов. При средней цене на пиломатериалы 4500 руб. за кубометр получим дополнительный доход в размере

18 миллионов руб. в год. При расчётных издержках на производство одного кубометра пиломатериалов равных 900 руб. дополнительная прибыль составит 4000(4500-900)=14400000 руб. в год или 480 руб. на кубометр пиломатериалов.

Основные выводы и результаты работы

1. На основе анализа получено математическое описание параметров обзола досок, выведены формулы для расчета параметров обзола при раскрое брёвен круглого и овального сечений.

2. Установлено, что снижение требований к обзолу по толщине досок полной длины из пропиленной пласти бруса до половины толщины досок общий средний коэффициент выхода пиломатериалов возрастает на 10% для среднемерного сырья и на 8% для крупномерного сырья. При допущении обзола тонких укороченных досок общий средний коэффициент выхода пиломатериалов для конкретного постава может возрастать до 8-10%.

3. Выведена формула для критической кривизны брёвен с учётом допустимого обзола досок полной длины; бревна с докритической кривизной при подаче их в пильный станок можно ориентировать, пренебрегая их кривизной.

4. Аналитически показано, что с целью снижения обзола досок из

пропиленной пласти бруса при раскрое бревен овального сечения с брусовкой при

Я>07 предпочтительно подавать бревна в распиловку на станках вертикального ~еГ '

типа, ориентируя их по овальности горизонтально; при Н_<0 7 выгоднее

с/ '

ориентировать брёвна по овальности вертикально; при раскрое брёвен вразвал их следует ориентировать по овальности вертикально.

5. Выявлена синусоидальная зависимость обзола от угла поворота бревна овального сечения, обзол достигает максимума для угла 45°.

6. Разработана методика расчёта распиловочных размеров досок при производстве заготовок, которая позволяет рассчитывать поставы для раскроя брёвен так, чтобы сразу вырабатывать обрезные доски с размерами сечений, равными размерам сечений черновых сырых заготовок (с учётом припусков на усушку, на фрезерование и на погрешности обработки пиломатериалов); это

обеспечит коэффициент выхода чистовых заготовок (например, заготовок для пола) из бревна на 3-4% больше, чем при их производстве по номинальным стандартным размерам пиломатериалов.

7. Проведен эксперимент и получено уравнение регрессии на основе математического плана для прогнозирования коэффициента выхода черновых заготовок из необрезных досок с учётом допустимого обзола; для условий эксперимента установлено, что за счёт выработки черновых заготовок заданных ширин из более узких необрезных сырых досок коэффициент выхода заготовок полной длины может быть повышен до 7%, если допустить предельный обзол, равный 1/2 толщины заготовки.

8. Экономические расчёты показывают, что с учётом лишь одного источника экономической эффективности, соответствующего выработке пиломатериалов с допустимым обзолом равным половине толщины досок полной длины из пропиленной пласти бруса, дополнительная прибыль может достигать 480 руб. на один кубометр пиломатериалов.

Список опубликованных автором работ в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации

1. Ерхова О.И. Методика расчета распиловочных размеров пиломатериалов при производстве заготовок/ЛВестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник - № 5 (81). М.:, 2011. -

С. 108-112.

2. Ерхова О.И. Исследование обзола досок при раскрое брёвен овального сечения//Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник - № 4 (87). -М.:, 2012. - С. 87-92.

3. Полосухина О.И. Эффективность выработки заготовок с допустимым обзолом из необрезных и обрезных пиломатериалов//Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник -№2(101). -М.:, 2014. -

С. 58-62.

Публикации в других изданиях: 1. Шако О.И., Ерхова О.И. О снижении параметров обзола обрезных досок. -Технология и оборудование для переработки древесины //Науч. тр. - Вып. 342. -М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - С. 36-41.

2. Фергин В.Р., Ерхова О.И. Влияние овальности сечений брёвен на параметры обзола обрезных досок. — Технология и оборудование для переработки древесины//Науч. тр. - Вып. 345. -М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. - С. 37-42.

3. Фергин В.Р., Шако О.И., Ерхова О.И. Актуальные вопросы теории раскроя пиловочного сырья. Учебное пос. -М.: Издательство МГУЛ, 2010-96 с.

Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного оригинал-макета

Подписано в печать 06.04 2015. Формат 60x90 1/16 Бумага 80 г/м2 Гарнитура «Тайме». Ризография. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 84.

Издательство Московского государственного университета леса 141005, Мытищи-5, Московская обл., 1-ая Институтская, 1, МГУЛ E-mail: izdat@mgul.ac.ru