автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование метода оценки использования пиловочного сырья

На правах рукописи

Кочешова Ирина Александровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ОЦЕНКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИЛОВОЧНОГО СЫРЬЯ

Специальность 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 2004

Работа выполнена в Архангельском государственном техническом университете

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Алексеев А.Е.

кандидат технических наук,

доцент Суровцева Л.С.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Митрофанов А.А.

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Королев И.Ю.

Ведущая организация ОАО «Научдревпром - ЦНИИМОД»

Защита диссертации состоится 25 июня 2004 в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 в Архангельском государственном техническом университете (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1228).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан 21.05.2004

Ученый секретарь диссертационн к.т.н., доцент

Земцовский А.Е.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Размерно-качественные характеристики пиловочного сырья оказывают существенное влияние практически на все показатели использования древесины. При раскрое пиловочного сырья основными характеристиками являются: диаметр, длина и форма сортимента. При изменении любого из этих факторов происходит рассеивание размеров пиломатериалов и изменяется объемный и спецификационный выход пилопродукции.

При расчете поставов и составлении планов раскроя учету подлежат все характеристики пиловочных сортиментов. В производственных условиях лесопиления сортирование пиловочного сырья производится преимущественно по диаметрам, по длине производится в основном на две группы длин, а сбежистость не учитывается. Поэтому итоговые показатели раскроя пиловочного сырья отличаются от планируемых. Для повышения достоверности технологических расчетов, планирования раскроя пиловочного сырья и технико-экономических показателей необходимо внести корректировку при определении фактического объема пиловочного сырья с учетом реальных условий работы предприятия.

Техника измерений параметров круглых лесоматериалов характеризуется многообразием методов, способов и средств. Однако, какой бы способ обмера круглых лесоматериалов не использовался, фактический их объем будет иметь отклонения от номинального зафиксированного их объема. В зависимости от параметров сортиментов и их формы диапазон предельных значений объема круглых лесоматериалов будет изменяться от максимального до минимального значения.

Это не дает основания утверждать о точности оценок в распределении баланса сырья по его составляющим, поскольку применяется усредненный подход к расчету возможных отклонений их объемов. В целом это не позволяет достоверно оценить направления дальнейшего совершенствования технологии и оборудования лесопиления.

Тенденции определения фактического объема поступившего пиловочного сырья обусловлены новыми направлениями учета формы и размеров круглых лесоматериалов применительно к условиям лесопильного производства с использованием существующих нормативных документов.

Это позволит более эффективно дать оценку комплексному использованию пиловочного сырья и улучшить технологический процесс на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях в целом. Поэтому новый подход к определению пределов отклонения фактического объема сырья от расчетного и их достоверность, а также нормы расхода древесины при производстве пиломатериалов является актуальными.

Цель работы - научное обоснование метода оценки и повышение достоверности рационального использования пиловочного сырья при продольном его раскрое на различную пилопродукцию.

Для достижения поставленной цели определены задачи исследований:

- провести анализ отклонений объемов круглых лесоматериалов, пиломате-

риалов и всех составляющих баланса,

РИБЛНОТЕКЛ

С Петер ОЭ 300

Шл

расчетов при планировании раскроя и нормировании расхода пиловочного сырья в производстве пилопродукции;

-провести анализ основных технологических факторов, влияющих на использование древесины;

-определить влияние сбежистости, формы поперечного сечения, точности-определения размеров пиловочного сырья на объем сортимента

- разработать технологические требования к составлению эффективных планов раскроя пиломатериалов при круговой схеме брусоворазвальным способом раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по двум образующим;

- обосновать критерии выхода пиломатериалов с учетом отклонений размеров и объема пиловочного сырья;

- провести экспериментальную проверку предлагаемых теоретических подходов и оценить влияние формы круглых лесоматериалов на их объем и точности сортировки по диаметрам на выход пиломатериалов.

Методы исследований.

При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись методы математической статистики и теории вероятностей. Обработка результатов экспериментов проводилась с применением современных средств вычислительной техники и методов обработки информации: математической статистики, элементов математического моделирования и анализа, теории вероятностей, планирования эксперимента, а также пакетов прикладных программ.

Программа брусово-развального способа раскроя бревен по круговой схеме написана в среде Visual C+ + . Для обработки результатов исследований использовали программы Microsoft Excel, Mathcad, Statistica 6.0.

Научная новизна работы:

-разработана методика определения объема круглых лесоматериалов с учетом изменения формы поперечного и продольного сечения, а также погрешностей размеров сортиментов, требований по точности сортирования, к формированию геометрических размеров согласно нормативным документам в зависимости от диаметров, длин и сбежистости древесины;

-дано формализованное описание и определены диапазоны рассеивания объемов круглых лесоматериалов вследствие изменения их геометрических размеров, вызванных отклонением диаметров, длин, кривизны, сбежистости;

-уточнены показатели продольного раскроя круглых лесоматериалов,-сори-ентированных по двум образующим, брусоворазвальным способом по круговой схеме с учетом отклонений объемов круглых лесоматериалов от номинальных.

Практическая значимость работы. Определяется внедрением в практику технологических расчетов при нормировании расхода древесины и планировании раскроя пиловочного сырья научно обоснованной оценки значений факторов, влияющих на отклонение объемов круглых лесоматериалов, определения диапазонов их изменения, установления коэффициентов, учитывающих изменение фактически принятых объемов пиловочного сырья.

На защиту выносятся:

-результаты теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния отклонений размеров круглых лесоматериалов на их объем и выход пиломатериалов при круговой брусоворазвальной схеме раскроя сортиментов, сориентированных по двум образующим;

- научно обоснованные рекомендации по формированию поставов на распиловку круглых лесоматериалов с учетом точности их подборки по диаметрам, отклонений объема сортимента вследствие погрешностей формы и измерения размеров;

-технологическое и информационное обеспечение метода определения показателей оценки объемов пиловочного сырья и пилопродукции.

Реализация результатов. Технологические рекомендации использованы в производственной деятельности при производстве пиломатериалов на однопиль-ных ленточнопильных станках с подвижным пильным узлом (ООО «Леском», г. Архангельск). Внедрено программное обеспечение по планированию раскроя пиловочного сырья по круговой схеме (акт внедрения, 0 0 0 «Леском», г. Архангельск, 1999 г.). На основе результатов исследований разработаны и изданы «Рекомендации по выбору рациональных поставов при распиловке хвойного пиловочника на ленточнопильных станках малой мощности по круговой схеме брусово-развальным способом» (г. Северодвинск, 2002 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на: XI международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, ПГУ, 2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Молодые исследователи - региону» (г. Вологда, ВоГТУ, 2003 г.); Первой общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (г. Вологда, ВоГТУ, 2003 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Архангельск, 2000-2002 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ, в том числе научно-производственные рекомендации.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 185 страницах, включает 54 рисунка, 12 таблиц.

Краткое содержание - работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, необходимость учета в технологических расчетах отклонений объемов круглых лесоматериалов вследствие погрешностей размеров и точности сортирования, корректировки выхода пиломатериалов ввиду отклонений в объемах распиливаемых сортиментов.

В первом разделе содержится аналитический обзор работ, посвященных рассматриваемой теме. Приведен анализ методов формирования геометрических размеров и объема круглых лесоматериалов при раскряжевке хлыстов, в котором рассмотрены вопросы определения объемов круглых лесоматериалов, распределения сортиментов по сбегу, сортиментная структура лесов Архангельской области, результаты определения максимальных параметров и объемов сортиментов. Даны результаты анализа методов приемки, определения геометрических размеров и объема круглых лесоматериалов, включающие характеристику факторов, относящихся к измеряемым геометрическим параметрам круглых лесоматериалов, влияющих на показатели распиловки; характеристика влияния основных технологических факторов на выход пиломатериалов.

Вопросы лесной науки строения древостоев и определения их параметров широко представлены в работах. Анучина Н.П, Мелехова И.С., Львова П.Н., Гусева И.И. и других ученых.

Спектр, традиционно используемых методов приемки и учета параметров круглых лесоматериалов дан ЦНИИМЭ, ЦНИИМОД, другими организациями, представлен в работах Шапиро Д.Ф., Аксенова П.П., Песоцкого А.Н. и других ученых. В этих работах всесторонне представлены известные классические положения. Расчет объема сортиментов в настоящее время осуществляется по таблицам объемов круглых лесоматериалов ГОСТ 2708-75. Рекомендуемые методы определения размеров и объемов круглых лесоматериалов регламентированы РД 13-200100 (РД 13-2-3-97), ГОСТ 2292-88; ОСТ 13-303-92. В них изложены способы определения параметров круглых лесоматериалов при поштучном учете сортиментов.

Характеристика факторов, влияющих на показатели распиловки, дана в работах Фельдмана Х.Т., Шапиро Д.Ф., Гутермана МЛ., Титкова Г.Г., Песоцкого АЛ., Власова Г.Д., Аксенова П.П., Батина Н.А., Ветшевой В.Ф., Турушева В.Г., Нушкарева С.Г., Волковой З.А. и других исследователей. Размерный состав пиловочного сырья, поступающего на лесопильный завод, характеризуется распределением по диаметрам, длинам и форме сортиментов (рис. 1).

Рис. 1. Классификация параметров круглых лесоматериалов

Описанию моделей и определению объемов хлыстов и сортиментов посвящены работы Анучина НЛ., Батина НА., Тюрина А.В., Петровского B.C., Калита-

евского Р.Е., Яблокова А.Н., Розенблита М.С., Алексеева А.Е., Заливко Б.М., Елса-кова С.Г. и других исследователей, применение результатов которых позволяет учесть особенности сортиментов при определении их геометрических параметров, в частности диаметра и объёма.

Фактический объем круглых лесоматериалов значительно варьирует относительно номинального объема, составляя при одних расчетных геометрических параметрах сортиментов диапазон предельных значений — от максимального до минимального. Среднее значение объема также не является постоянной величиной, а выражает наиболее вероятный диапазон ее проявлений. При временной оценке, как и при одновременной разно территориальной, в практике технологических расчетов могут быть приняты различные значения объемов круглых лесоматериалов.

Фактический объем древесины круглых лесоматериалов в процессе их переработки распределяется на две основных составляющих: объемы пилопродукции и отходов. Распределение объема исходного пиловочного сырья в результате переработки по составляющим также варьирует в зависимости от принятого значения исходного объема (максимального, среднего, минимального, наиболее вероятного).

При абсолютных значениях возможные отклонения размеров и объема характеризуются полем допуска по соответствующему критерию. При относительном выражении выхода пиломатериалов варьирование его значения определяется изменением объемов круглых лесоматериалов.

Для разработки метода повышения достоверности результатов распиловки необходимо оценить значения факторов, влияющих на отклонение объемов круглых лесоматериалов, определить диапазоны их изменения. В условиях отсутствия технической базы автоматизированного производства на основе достоверного сканирования параметров предметов обработки и продукции следует установить коэффициенты, учитывающие изменение исходных объемов.

В заключении приводятся выводы, цель и задачи исследований.

Во втором разделе приведена характеристика условий повышения достоверности оценки результатов производства пиломатериалов. Дан анализ значений объема круглых лесоматериалов, объема пиломатериалов и объема отходов сортиментов, используемых в технологических расчетах.

Вследствие большого числа технологических факторов систематического и случайного характера объем круглых лесоматериалов не является постоянной величиной. Эти факторы обуславливают рассеяние объема относительно расчетного или фактического. Поэтому кривые их распределения могут характеризоваться как положительной, так и отрицательной асимметрией, а также быть симметричными. Варианты распределения отклонений относительно номинального объема приведены на рис. 2. Если ни одна из причин, вызывающих рассеяние, не является доминирующей, распределение близко к нормальному. Поскольку значение объема является случайной величиной следует различать следующие его виды: номинальный объем УН) фактический или действительный объем Уд, наибольший объем

наименьший объем средний объем наиболее вероятный объем При симметричном, нормальном распределении - У,ер= Уср. При теоретических исследованиях необходимо выделить также значения наибольшего предельного объема - Упр.ви наименьшего предельного объема - 'Упр.,,. При этом:

Рис.

2. Распределение отклонений относительно номинального объема

- верхнее (нижнее) предельное отклонение объема 5ДЛ, (5д.н.) определится разностью значений между наибольшим (наименьшим) предельным и номинальным объемами • -

Зд^Упрб- V,,,

(1)

8д.и.— Vnp.ii—V]

(2)

- верхнее и нижнее отклонения объема, выраженные в процентах от номинального объема, соответственно

Тогда допуск на объем 5д, как значение диапазона его отклонения, определится разностью между наибольшим и наименьшим предельными объемами

8д Упр.б Упр.М .

(5)

При определении относительного значения допуска на объем 5Д, как значения диапазона его отклонения, выраженного в процентах от номинального объема, справедливо

§ О/пр.б-Упр,«) 100

Фактически верхнее и нижнее отклонения объема, как любой случайной величины, принимают равными и выражают в процентах от номинального значения

8я

(7)

8дЛ - ---.

(8)

5д

5д.в.= —;

2 2

При этих условиях номинальный объем и отклонения по объему могут быть записаны следующим образом: Ув ± 5д/2.

Погрешность объема ДУ определится разностью между фактическим объемом и номинальным

При относительном выражении погрешности объема от номинального

ДУ=-

(Уд-Уи)100

(10)

Поле рассеяния объема определится разностью между наибольшим и наименьшим значениями объема

(И)

Яд Ушах * Уцил •

В случае различия номинального и среднеарифметического объема

А = Уср-У„.

(12)

Эта величина может быть положительной и отрицательной. Она представляет собой систематическую постоянную погрешность объема, оказывающую суще-

ственное влияние на точность расчетов норм расхода пиловочного сырья при производстве пиломатериалов. Влияет на достоверность учета объемов круглых лесоматериалов и назначение нормативов расходования древесины при выработке пи-лопродукции, оценочные показатели результатов реализации распиловочных планов и значения выхода пиломатериалов. Если среднеарифметический и номинальный объемы совпадают = Уи., ТО А = 0. Для соблюдения этого условия номинальный расчетный объем необходимо корректировать практически. Вследствие большой трудоемкости и сложности такой корректировки необходимы методы учета погрешности объема, характеризуемые величиной А.

При нормировании расхода пиловочного сырья в производстве пиломатериалов, а также для оценки уровня технологии их производства и проводимых мероприятий по экономии древесины может быть использована методика сравнения показателей.

Норма расхода объема древесины для производства пиломатериалов, номинальный объем отходов и коэффициент использования древесины сортиментов для выработки пилопродукции характеризуют уровень производства и уровень технологических процессов получения пиломатериалов. Использование, при оценках результатов формирования сечений и длин пиломатериалов, номинального (абсолютного) и относительного объемов круглых лесоматериалов характеризует несовершенство учета пиловочного сырья, использование не точных способов измерений геометрических параметров круглых лесоматериалов, не адекватных методов приемки, а также технических средств. Объем реализуемых отходов, а также и коэффициент безвозвратных потерь зависят от организационно-технических и технологических мероприятий. Поэтому эти показатели характеризуют уровень организации производства, связанного с задачами экономного расходования древесины, ресурсосбережения, вовлечения в производство древесных отходов с целью производства материалов из вторичного сырья. Доля стоимости сырья в себестоимости пилопродукции - комплексный показатель. Приведенные показатели зависят от объемов круглых лесоматериалов и нормы расхода древесины сортиментов для выработки пилопродукции и будут правильно определены в том случае, если исходные величины рассчитаны без существенных погрешностей.

В третьем разделе приведены результаты теоретических исследований влияния отклонений размеров круглых лесоматериалов на их объем: влияние изменения формы по длине сортимента на определение его объема; влияние изменения формы поперечного сечения сортимента на определение его объема; влияние погрешностей измерений размеров круглых лесоматериалов на определение его объема.

В совокупности факторов, влияющих на объем сортиментов, выделяют: отклонения от геометрических параметров круглых лесоматериалов, вызванные случайным образом; погрешности, вызванные в процессе измерений. Обе группы факторов характеризуют линейные размеры сортиментов. Погрешности определения среднего диаметра и площади измеряемого сечения, как и отклонения формы, его образующей, от правильных геометрических зависимостей, влияют на объем измеряемого пиловочного сырья. Для оценки их влияния на изменение объема круглых лесоматериалов необходимо определить минимальную, максимальную погрешно-

ста объема, поле рассеяния объема, диапазон изменения погрешности объема в зависимости от размеров. Оценку погрешности площади сечения сортимента, возникающей из-за погрешности округления среднего диаметра, осуществляли нахождением разницы между фактическим и расчетным значениями.

Погрешность формы поперечного сечения сортиментов влияет на погрешности объема и вызывает отклонения размеров пиломатериалов от номинальных при расчете. Частным случаем является кривизна. Ее наличие в круглых лесоматериалах не вызывает изменения их объема, но значительно снижает выход пиломатериалов при распиловке таких сортиментов.

Погрешности формы могут быть выражены через погрешности размеров. Геометрическая форма круглых лесоматериалов, очерченная в двух сечениях кривыми, не выходящими за поле допуска имеет бесконечное множество размеров ё, т.к. через каждую точку на оси, отстоящей от базового сечения на расстояние а или Ь, можно провести, изменяя угол 9, сколько угодно линий и получить при этом различные значения диаметра Обычно условно принимают среди

бесконечно большого множества несколько размеров, которых достаточно для характеристики диаметра поперечного сечения сортимента, его формы. При этих условиях следует различать погрешность формы двух видов: погрешность формы, не выходящую за пределы поля рассеяния; погрешность формы, выходящую за пределы поля рассеяния, например погрешность, обусловленную местными увеличениями или локальными уменьшениями диаметра поперечного сечения сортимента. Отклонение формы бревна от теоретической влияет на точность расчета его объема. Фактический объем бревна Уд отличается от расчетного V,,

где относительная погрешность определения объема бревна,

(13)

АУ4

л-ф I I 1 111 I ^ I I 1 1 > 11 Л Л I И II 111111 I I) 1 II 1| 1^.1^11 IIЛ иША/МЛ иризпа, Лф ■

V.

погрешность определения объема бревна вследствие отклонения его формы от теоретической.

Для определения относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью формы вследствие эллиптичности поперечного сечения Я1 __________________________________________________А *

отклонения размера диаметра от номинального

Я1

на получены формулы

, кривизны и длины брев-

Изменение величины относительной погрешности, вызванной погрешностью формы вследствие эллиптичности поперечного сечения, для различной сбежисто-

ста приведено на рис. 3. При диаметра бревна с1 = 14...40 см, длине Ь - 4...6 м, сбеге с = 0,8... 1,3 см/м, погрешности измерения диаметра Д<1 — 0± 2 см и длины бревна, фактический объем бревна составляет: при эллиптичности поперечного сечения - (0,74...1,17)УН, при отклонении размера диаметра от номинального (0,44____1,05) при наличии погрешности в определении длины -

(0,8... .1,2) Ун.

Рис. 3. Изменение величины относительной погрешности, вызванной погрешностью формы вследствие эллиптичности поперечного сече-ния, Ь = 5,5 м, = - 2 см,

В четвертом разделе приведены результаты исследований продольного раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по двум образующим, по круговой брусоворазвальной схеме (рис. 4). В задачу исследований входил анализ вариантов раскроя сортиментов заданных геометрических параметров - при различных размерах пиломатериалов с учетом требований нормативных документов. Методическая схема расчета поставов приведена в табл. 1. Диапазон диаметров сортиментов -14...40 см в вершинном торце; длин - 4...7 м. Сбег нормальный дифференцированный по диаметрам. Толщину ленточной пилы принимали 1,4 мм, уширение на сторону 0,45 мм. Ширина пропила складывается из толщины полотна и двух уширений на сторону. Изменение выхода пиломатериала с увеличением толщины тонких досок при неизменной толщине толстых досок при анализе групп толщин можно свести в следующую таблицу.

При постоянной толщине толстых досок 44 мм поле рассеивания выходов характеризуется средним уменьшением выхода на 0,71%, 0,53%, 0,58%. При постоянной толщине толстых досок 50 мм: 0,64%, 1,13%, 0,75%. При постоянной толщине толстых досок 75 мм: 0,66%, 0,98%, 0,62%.

С увеличением толщины толстых досок при неизменной толщине тонких досок результаты анализа имеют вид. При постоянной толщине тонких досок 19 мм выхода

Рис. 4. Способ ориентации сорта мента и схема постава на распи ловку круглых лесоматериалов

по верхнему полю, нижнему и средний увеличиваются в среднем на: 0,40%, 0,29%, 0,46%. При постоянной толщине тонких досок в поставе 22 мм: на 0,51%. При постоянной толщине тонких досок 25 мм: 0,45%, 0,16%, 0,41%.

Таблица 1

Исходные данные для расчета поставов

Толщина Диаметр сортимента, см

пиломатериалов, мм 1416 18 20 22 24 26 28 3032 3438 4042

100 100 100 100 125 150 150 175 175 200

Бруса 125 125 125 150 175 175 200 200 225

150 175 200 225 225 250

32 32 38 38 38 38 38 38 50 50

Толстых 38 38 44 44 44 44 44 44 75 75

досок 44 50 44 50 50 50 50 50 75 50 75 50 75

Тонких 19 19 19 19 19 19 19 22 22 22

досок 22 22 22 22 22 22 25 22 25 25 25 25

По вариантам набора толщин досок в постав при увеличении диаметра получены следующие результаты, которые сведены в табл. 2.

Таблица 2

Варьирование поля рассеивания выхода пиломатериалов

Толщина Границы поля рассеивания выхода пиломатериалов

толстой максималь- поле минималь- поле среднее, % поле

доски, мм ное, % рассеи- ное, % рассеи- рассеи-

вания вания вания

Толщина тонкой доски -19 мм

44 44,03. .66,17 22,14 32,62...63,92 31,30 38,51. .64,92 26,41

50 43,72. .66,51 22,79 35,26...64,01 28,75 40,31. .65,35 25,04

75 46,04. .67,36 21,32 31,24.. .64,63 33,39 41,71. .65,98 24,27

Толщина тонкой доски - 22 мм

44 43,30. .65,41 23,11 34,28...64,07 29,79 38,91. .64,57 25,66

50 43,96. .66,29 22,33 37,22...64,47 20,89 39,31. .65,27 25,96

75 43,96. .66,29 21,31 35,06...64,59 29,53 41,46. .65,84 24,38

Толщина тонкой доски - 25 мм

44 42,67. .65,57 22,90 33,28.. .63,96 30,68. 39,54. .64,81 25,27

50 44,17. .66,18 21,98 26,84...64,47 37,63 37,22. .65,36 28,14

75 44,82. .66,64 21,82 26,84...65,01 38,17 40,53. .65,80 25,27

По данным сопоставительного анализа вариантов раскроя сформулированы технологические требования по наиболее эффективному плану составления поставов и системы поставов при минимизации отходов производства пиломатериалов.

В пятом разделе приведены методика и результаты экспериментальных исследований; рекомендации по корректировке выхода пиломатериалов в зависимости от отклонения объемом сортиментов вследствие погрешности их формы и измерения размеров.

Диаграммы результатов опытов, различающихся принятой точностью сортирования и условием учета диаметров приведены на рис. 5,6.

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 ^ см 1

Рис. 5. Точечная диаграмма площади поперечного сечения опыта III (±0,5, с!]-^)

10 12 14 16 1! 4 см 20

Рис. 6. Точечная диаграмма площади поперечного сечения ^,ММ2) опытаУ(±1, )

Методика экспериментов предусматривала измерение четырех сечения с шагом 45°. Для каждого образца определяли четыре диаметра, два средних диаметра, площадь и длину образующей сечения. Обрабатывали 276 наблюдений фактических диаметров и 138 наблюдений средних диаметров. Матрица экспериментов включала по каждому из вариантов различные значения отклонений диаметров: -Данные разбивали на интервалы, соответствующие градации сортиментов по диаметрам с учетом указанной точности сортирования. Рассчитывали: среднее У, дисперсию в2, выборочный стандарт в, коэффициент вариации V, ошибки показатель точности среднего значения

трешалыН-км -♦"Ом -*-=1см

Рис. 7. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью отклонения диаметра

от номинального

100 т--------

\Ъыц--------

80---------

60

40

20

0

16 18 20 22 24 26 28 30 фли'32

—шршкх» 1~АЗсм —Чу^х

Рис. 8. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью кривизны (длины)

бревна

Для всех опытов построены гистограммы распределений диаметров круглых лесоматериалов внутри размерных групп. Рассчитаны границы интервалов, середины интервалов У / , число наблюдений в каждом интервале т, относительные частоты Данные сгруппированы в виде статистического ряда.

С учетом результатов экспериментальных исследований рассчитывали объемы сортиментов с учетом отклонения их размеров (диаметров и длин) вследствие погрешности формы и выход пиломатериалов при условном раскрое круглых лесоматериалов. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема сортимента, вызванной отклонением диаметра и длины (кривизны) сортиментов, по основным вариантам приведено на рис. 7 и 8.

Изменение объемов отходов производства с учетом отклонений объемов сортиментов вследствие неточности учета и применения коэффициентов корректировки выхода приведено на рис. 9.

Общие выводы и рекомендации

В результате проведенных исследований дано аналитическое ранжирование объемов круглых лесоматериалов, выхода пиломатериалов, отходов производства, с учетом отклонений размеров и объема круглых лесоматериалов.

1. Получено формализованное описание возможных отклонений объема круглых лесоматериалов, выраженное полем рассеивания. Полученные зависимости могут быть применены как при анализе отклонений объемов штучных сортиментов, так и партий круглых лесоматериалов. С учетом распределений геометрических параметров сортиментов с достаточной точностью могут быть определены отклонения объемов.

2. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью отклонения диаметра от номинального характеризуется завышением значений относительно расчетных при точности распределения сортиментов по диаметрам на размерные группы ±1 см по всему диапазону изменения диаметров и удвоением систематической погрешности (порядка 12%) (рис. 7);

3. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью кривизны (длины) бревна, носит нормальный характер с равнораспределенной относительно расчетного погрешностью порядка 3% по всему диапазону изменения диаметров (рис. 8).

4. При составлении поставов необходимо учитывать разницу в использовании линейного размера вершинного торца сортимента, зависящую от принятой в производстве точности сортирования сырья по диаметрам. В противном случае любой, так называемый, рациональный постав не дает максимального результата.

5. Рекомендации по составлению поставов согласовываются с требованиями сортирования сортиментов по диаметрам, что обеспечивает в производственных условиях получение сопоставимых расчетным выходов по спецификационным и количественным показателям. Следует определять средний диаметр сортимента по результатам четырех измерений диаметра при угле поворота 45°. При точности ±0,5 и ±1 см это способствует сужению поля рассеивания возможных отклонений диаметров сортиментов и снижает переходность диаметров в смежные размерные группы.

6)

Рис. 9. Объемы отходов в зависимости от распределения объемов сортиментов и пилопродукции

6. Построены уравнения связи номинального, наибольшего и наименьшего объема отходов, формирующихся при продольном раскрое пиловочного сырья на пиломатериалы стандартных размеров, под действием факторов, обуславливающих отклонения объемов круглых лесоматериалов и выход пилопродукции.

Предложенный подход позволяет корректировать нормы расхода древесины при производстве пиломатериалов и устанавливать пределы их достоверности.

Основное содержание диссертации и результаты исследований представлены в работах

1. Алексеев А.Е., Алексеева Л.В., Захаров М.В., Кочешова И.А. Рекомендации по выбору рациональных поставов (толщин толстых и тонких досок) при распиловке хвойного пиловочника на ленточнопильных станках малой мощности по круговой схеме брусово-развальным способом. - Северодвинск: ФГУП «ПО «Сев-маш»,2002.- 133 с.

2. Кочешова И А., Луговской С.Г. Условный раскрой сортиментов на ленточно-пильных станках при ориентации по двум образующим: Материалы Всероссийской научной конференции Вологда: ВоГТУ, 2003. - С. 161-162.

3. Алексеев А.Е., Кочешова ИА, Дудник Д.В. Характеристика условий повышения достоверности автоматизированной оценки результатов производства пиломатериалов // Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании: сб. статей XI международной науч.-техн. конференции. -Пенза: ПТУ, 2003. - С. 276-278.

4. Алексеев А.Е., Кочешова ИА., Дудник Д.В., Ифутин Д.Ю. Анализ базирования отдельного сечения бревна // Вузовская наука-региону: Материалы Первой обще-рос. науч.-техн. конф. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - С. 160.

5. Алексеев А.Е., Кочешова ИЛ., Дудник Д.В. Влияние погрешности измерений диаметра на определение объема сортимента // Вузовская наука-региону: Материалы Первой общерос. науч.-техн. конф. - Вологда: ВоГТУ, 2003. - С. 162-164.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направить по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины 17, АГ-ТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.008.01 Земцовскому А.Е.

Сдано в произв. 19.05.2004. Подписано в печать 19.05.2004. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Гарнитура Таймс. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 118. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

»122 25

Введение.

Состояние вопроса.

1. Анализ методов формирования геометрических размеров и объема круглых лесоматериалов при раскряжевке хлыстов.

1.1. Определение объемов круглых лесоматериалов.

1.2. Распределение бревен по сбегу.

1.3. Сортиментная структура лесов Архангельской области.

1.4. Результаты определения максимальных параметров и объемов сортиментов.

2. Анализ методов приемки, определения геометрических размеров и объема круглых лесоматериалов.

2.1. Характеристика факторов, относящихся к измеряемым геометрическим параметрам круглых лесоматериалов, влияющих на показатели распиловки.

2.2. Влияние основных технологических факторов на выход пиломатериалов.

3. Выводы, цель и задачи исследований.

Глава 1. Характеристика условий повышения достоверности оценки результатов производства пиломатериалов.

1.1. Значения объема круглых лесоматериалов, используемые в технологических расчетах.

1.2. Значения объема отходов сортиментов, используемые в технологических расчетах.

1.3. Значения объема пиломатериалов, используемые в технологических расчетах.

1.4. Выводы по главе.

Глава 2. Влияние отклонений размеров круглых лесоматериалов на их объем.

2.1. Общие методические положения.

2.2. Влияние изменения формы по длине сортимента на определение его объема.

2.3. Влияние изменения формы поперечного сечения сортимента на определение его объема.

2.4. Влияние погрешностей измерений размеров бревна на определение его объема.

2.5. Выводы.

Глава 3. Исследование продольного раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по двум образующим.

3.1. Общие методические положения.

3.2. Результаты сопоставительного анализа вариантов раскроя по выходу пиломатериалов при способе ориентации сортиментов по двум образующим.

3.3. Выводы.

Глава 4. Результаты исследований.

4.1. Результаты экспериментальных исследований.

4.1.1. Методика экспериментальных исследований

4.1.2. Результаты экспериментов.

4.2. Рекомендации по корректировке выхода пиломатериалов в зависимости от отклонения объемом сортиментов вследствие погрешности их формы и измерения размеров.

4.3. Выводы.

Актуальность темы. Размерно-качественные характеристики пиловочного сырья оказывают существенное влияние практически на все показатели использования древесины. При раскрое пиловочного сырья основными характеристиками являются: диаметр, длина и форма сортимента. При изменении любого из этих факторов происходит рассеивание размеров пиломатериалов и изменяется объемный и спецификационный выход пилопродукции.

При расчете поставов и составлении планов раскроя учету подлежат все характеристики пиловочных сортиментов. В производственных условиях лесопиления сортирование пиловочного сырья производится преимущественно по диаметрам, по длине производится в основном на две группы длин, а сбежистость не учитывается. Поэтому итоговые показатели раскроя пиловочного сырья отличаются от планируемых. Для повышения достоверности технологических расчетов, планирования раскроя пиловочного сырья и технико-экономических показателей необходимо внести корректировку при определении фактического объема пиловочного сырья с учетом реальных условий работы предприятия.

Техника измерений параметров круглых лесоматериалов характеризуется многообразием методов, способов и средств. Однако, какой бы способ обмера круглых лесоматериалов не использовался, фактический их объем будет иметь отклонения от номинального зафиксированного их объема. В зависимости от параметров сортиментов и их формы диапазон предельных значений объема круглых лесоматериалов будет изменяться от максимального до минимального значения.

Это не дает основания утверждать о точности оценок в распределении баланса сырья по его составляющим, поскольку применяется усредненный подход к расчету возможных отклонений их объемов. В целом это не позволяет достоверно оценить направления дальнейшего совершенствования технологии и оборудования лесопиления.

Тенденции определения фактического объема поступившего пиловочного сырья обусловлены новыми направлениями учета формы и размеров круглых лесоматериалов применительно к условиям лесопильного производства с использованием существующих нормативных документов.

Это позволит более эффективно дать оценку комплексному использованию пиловочного сырья и улучшить технологический процесс на лесо-пильно-деревообрабатывающих предприятиях в целом. Поэтому новый подход к определению пределов отклонения фактического объема сырья от расчетного и их достоверность, а также нормы расхода древесины при производстве пиломатериалов является актуальными.

Цель работы — научное обоснование метода оценки и повышение достоверности рационального использования пиловочного сырья при продольном его раскрое на различную пилопродукцию.

Задачи исследований:

- провести анализ отклонений объемов круглых лесоматериалов, пиломатериалов и всех составляющих баланса, используемых в практике технологических расчетов при планировании раскроя и нормировании расхода пиловочного сырья в производстве пилопродукции;

- провести анализ основных технологических факторов, влияющих на использование древесины;

- определить влияние сбежистости, формы поперечного сечения, точности определения размеров пиловочного сырья на объем сортимента

- разработать технологические требования к составлению эффективных планов раскроя пиломатериалов при круговой схеме брусоворазвальным способом раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по двум образующим;

- обосновать критерии выхода пиломатериалов с учетом отклонений размеров и объема пиловочного сырья;

- провести экспериментальную проверку предлагаемых теоретических подходов и оценить влияние формы круглых лесоматериалов на их объем и точности сортировки по диаметрам на выход пиломатериалов.

Методы исследований. При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись методы математической статистики и теории вероятностей. Обработка результатов экспериментов проводилась с применением современных средств вычислительной техники и методов обработки информации: математической статистики, элементов математического моделирования и анализа, теории вероятностей, планирования эксперимента, а также пакетов прикладных программ.

Программа брусово-развального способа раскроя бревен по круговой схеме написана в среде Visual С++. Для обработки результатов исследований использовали программы Microsoft Excel, Mathcad, Statistica 6.0.

Научная новизна работы:

- разработана методика определения объема круглых лесоматериалов с учетом изменения формы поперечного и продольного сечения, а также погрешностей размеров сортиментов, требований по точности сортирования, к формированию геометрических размеров согласно нормативным документам в зависимости от диаметров, длин и сбежистости древесины;

- дано формализованное описание и определены диапазоны рассеивания объемов круглых лесоматериалов вследствие изменения их геометрических размеров, вызванных отклонением диаметров, длин, кривизны, сбежистости;

- уточнены показатели продольного раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по двум образующим, брусоворазвальным способом по круговой схеме с учетом отклонений объемов круглых лесоматериалов от номинальных.

Практическая значимость работы. Определяется внедрением в практику технологических расчетов при нормировании расхода древесины и планировании раскроя пиловочного сырья научно обоснованной оценки значений факторов, влияющих на отклонение объемов круглых лесоматериалов, определения диапазонов их изменения, установления коэффициентов, учитывающих изменение фактически принятых объемов пиловочного сырья.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния отклонений размеров круглых лесоматериалов на их объем и выход пиломатериалов при круговой брусоворазвальной схеме раскроя сортиментов, сориентированных по двум образующим;

- научно обоснованные рекомендации по формированию поставов на распиловку круглых лесоматериалов с учетом точности их подборки по диаметрам, отклонений объема сортимента вследствие погрешностей формы и измерения размеров;

- технологическое и информационное обеспечение метода определения показателей оценки объемов пиловочного сырья и пилопродукции.

Реализация результатов. Технологические рекомендации использованы в производственной деятельности при производстве пиломатериалов на однопильных ленточнопильных станках с подвижным пильным узлом (ООО «Леском», г. Архангельск). Внедрено программное обеспечение по планированию раскроя пиловочного сырья по круговой схеме (акт внедрения, ООО «Леском», г. Архангельск, 1999 г.). На основе результатов исследований разработаны и изданы «Рекомендации по выбору рациональных поставов при распиловке хвойного пиловочника на ленточнопильных станках малой мощности по круговой схеме брусово-развальным способом» (г. Северодвинск, 2002 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на: XI международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (г. Пенза, ПГУ, 2003 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Молодые исследователи - региону» (г. Вологда, ВоГТУ, 2003 г.); Первой общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (г. Вологда, ВоГТУ, 2003 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Архангельск, 2000-2002 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ, в том числе научно-производственные рекомендации.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 185 страницах, включает 54 рисунка, 12 таблиц.

В результате проведенных исследований дано аналитическое ранжирование объемов круглых лесоматериалов, выхода пиломатериалов, отходов производства с учетом отклонений размеров и объема круглых лесоматериалов.1. Получено формализованное описание возможных отклонений объема круглых лесоматериалов, выраженное полем рассеивания. Полученные зависимости могут быть применены как при анализе отклонений объемов штучных сортиментов, так и партий круглых лесоматериалов. С учетом распределений геометрических параметров сортиментов с достаточной точностью могут быть определены отклонения объемов.2. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью отклонения диаметра от номинального характеризуется завышением значений относительно расчетных при точности распределения сортиментов по диаметрам на размерные группы ±1 см по всему диапазону изменения диаметров и удвоением систематической погрешности (порядка 12%).3. Изменение выхода пиломатериалов с учетом относительной погрешности отклонения объема бревна, вызванной погрешностью кривизны

(длины) бревна, носит нормальный характер с равно распределенной относительно расчетного погрешностью порядка 3% по всему диапазону изменения диаметров.4. При составлении поставов необходимо учитывать разницу в использовании линейного размера вершинного торца сортимента, зависяшую от принятой в производстве точности сортирования сырья по диаметрам. В противном случае любой, так называемый, рациональный постав не дает максимального результата.5. Рекомендации по составлению поставов согласовываются с требованиями сортирования сортиментов по диаметрам, что обеспечивает в производственных условиях получение сопоставимых расчетным выходов по спецификационным и количественным показателям. Следует определять средний диаметр сортимента по результатам четырех измерений диаметра поля рассеивания возможных отклонений диаметров сортиментов и снижает переходность диаметров в смежные размерные группы.6. Построены уравнения связи номинального, наибольшего и наименьшего объема отходов, формирующихся при продольном раскрое пиловочного сырья на пиломатериалы стандартных размеров, под действием факторов, обуславливающих отклонения объемов круглых лесоматериалов и выход пилопродукции.Предложенный подход позволяет корректировать нормы расхода древесины при производстве пиломатериалов и устанавливать пределы их достоверности.