автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование процесса формирования размеров пиломатериалов

На правах рукописи

Семенов Алексей Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ РАЗМЕРОВ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

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.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент Суровцева Л.С.

доктор технических наук, профессор Копейкин А.М. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Королев И.Ю.

ОАО «Научдревпром-ЦНИИМОД»

Защита диссертации состоится 15 декабря 2004 г. в 14 час. 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 12 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационнорб^вета к.т.н., доцент я

Земцовский А.Е.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Основными задачами лесопильно-деревообрабатывающей промышленности является рациональное использование пиловочного сырья за счет выпиловки пилопродукции, пользующейся спросом, размеры которой имеют минимально допустимые отклонения.

В технологическом процессе производства пиломатериалов на всех стадиях формообразования параметры пилопродукции неоднократно изменяются и подвергаются корректировке вследствие влияния факторов случайного характера, обусловленных характеристиками пиловочного сырья, спецификациями пиломатериалов, применяемыми технологией и оборудованием, другими. В результате этого воздействия действительные размеры пиломатериалов имеют отличия от номинальных расчетных, что оказывает значительное влияние на их объем, качество пиломатериалов и выход продукции.

Формирование размеров пиломатериалов осуществляется по толщине на участке продольного раскроя круглых лесоматериалов, по ширине на участке обрезки и по длине на участке торцовки. Причем длина пиломатериалов неоднократно изменяется в сторону укорочения и сформировывается при окончательной обработке. Условия формирования сечений пиломатериалов и предварительного формирования длины тесно взаимосвязаны и в основном определяются характеристиками сырья и пилопродукции. Формирование стандартной длины пиломатериалов транспортной влажности на участке окончательной обработки носит независимый от указанного для сырых характер и определяется преимущественно уже эксплуатационными факторами.

Поэтому изыскание путей рационального раскроя пиловочного сырья должно основываться на необходимости повышения, по возможности, производства длинномерных пиломатериалов, поскольку кусковые отходы лесопиления в виде торцовых отрезков досок составляют значительный объем, зачастую перекрывающий мероприятия технологической направленности по экономному расходования древесины при производстве пилопродукции в виде досок.

Повышению доли длинномерных пиломатериалов способствует распиловка круглых лесоматериалов по образующей. Вместе с тем, изыскание условий эффективного раскроя сортиментов, сориентированных по образующей, должно выполняться комплексно с учетом требований по формирования размеров пиломатериалов на смежных и последующих операциях технологического процесса.

Цель и задачи исследований. Цель работы - обоснование метода оценки выхода пиломатериалов с учетом отклонений геометрических параметров пиломатериалов от номинальных.

сОС, НАЦИОНАЛЬНАЯ { БИБЛИОТЕКА

! УЗЬЙв.

Задачи исследований:

- определить основные направления совершенствования процесса формирования размеров пилопродукции при продольной распиловке круглых лесоматериалов при выработке досок стандартных длин на трех стадиях технологического процесса - формирования сечений (толщины, ширины) и длины пиломатериалов с учетом технологических факторов производства и отклонений объемов пиломатериалов вследствие погрешностей размеров, формы, расположения поверхностей;

разработать алгоритмическое обеспечение раскроя круглых лесоматериалов по образующей с учетом изменения геометрических характеристик сортиментов и провести анализ результатов раскроя на пиломатериалы стандартных размеров; определить условия формирования сечений и длин пиломатериалов, способствующие повышению эффективности лесопиления;

- разработать технологические требования к составлению эффективных планов раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей, брусоворазвальным способом на пиломатериалы транспортной влажности стандартных размеров;

- разработать систему поставов на распиловку круглых лесоматериалов по образующей при сортировке сортиментов по четным диаметрам вершинного торца и укрупненной сортировке на ограниченное число групп;

- разработать методику оценки изменения объема пиломатериалов с учетом отклонений размеров, формы, расположения поверхностей;

- на основе экспериментальных исследований устройств позиционирования пиломатериалов в процессе обработки по длине разработать основные требования к исполнительным механизмам участков торцовки, осуществляющих базирование, заданное перемещение и останов доски в зависимости от скорости и времени перемещения.

Методы исследований. 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 написана на языке Pascal. Для обработки результатов исследований использовали программы Microsoft Excel и Mathcad.

Научная новизна:

- разработана методика определения объема пиломатериалов с учетом отклонений размеров, формы, расположения поверхностей досок и получены зависимости, позволяющие достоверно назначать допуски на размеры

пиломатериалов и определить поле рассеивания выхода пиломатериалов;

- дано формализованное описание диапазона рассеивания объемов пиломатериалов вследствие погрешностей размеров по ширине, толщине и длине;

- уточнены показатели продольного раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей, брусоворазвальным способом при сортировке сортиментов по четным диаметрам вершинного торца и укрупненной сортировке на ограниченное число групп;

- получены временные и скоростные характеристики -устройств позиционирования пиломатериалов при формировании их длин в зависимости от требуемого перемещения при надежном останове.

Практическая значимость:

- предложен метод оценки выхода пиломатериалов с учетом отклонений размеров, формы, расположения поверхностей досок;

- обоснован метод оценки параметров и объема пиломатериалов;

разработано программное обеспечение имитационной модели продольного раскроя круглых лесоматериалов по образующей на пиломатериалы спецификационных сечений стандартных длин;

- обоснован метод расчета поставов;

- отработаны программные режимы управления исполнительными механизмами (мерными упорами и устройствами позиционирования) участков формирования длин досок.

На защиту выносятся:

- результаты исследований, научно обосновывающие методические положения определения выхода пиломатериалов с учетом отклонений размеров, формы, расположения поверхностей досок;

- результаты алгоритмического анализа формирования размеров пиломатериалов при раскрое сортиментов по образующей с учетом варьирования параметров круглых лесоматериалов и досок;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований перемещений, скоростных и временных характеристик безинерционных исполнительных устройств, и в частности, для участков торцовки досок - мерных упоров и систем позиционирования, обеспечивающих шаговый или свободный режим перемещения с надежным остановом.

Реализация результатов. Подготовлен технологический регламент процесса распиловки сортиментов по образующей на пиломатериалы транспортной влажности стандартных размеров.

На основе результатов исследований разработаны и изданы рекомендации по выбору рациональных поставов «Формирование ширин пиломатериалов при сложном способе ориентации и раскрое сортиментов» (г. Северодвинск, 2003 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на нучно-технических конференциях в г. Пензе, ПТУ, 2002 г., 2003 г.; в г. Вологде, ВоГТУ, 2004 г.; в г. Ухте, УПИ, 2004 г.; в г. Архангельске, АГТУ, 2004 г.; научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Архангельск, 2002-2004 гг.).

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

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 87 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 141 странице, включает 18 рисунков, 3 таблицы.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, необходимость учета в технологических расчетах отклонений объемов пиломатериалов вследствие погрешностей размеров и точности сортирования круглых лесоматериалов, а также отличия значений действительного и номинального объемов пиломатериалов, характеризуемых погрешностями объема, вызванными погрешностями размеров, формы, расположения поверхностей.

В первом разделе содержится аналитический обзор работ, посвященных рассматриваемой теме.

Оценка результатов раскроя круглых лесоматериалов производится по трем основным операциям - формированию толщин, ширин и длин пиломатериалов.

Влияние различных факторов в процессе производства пиломатериалов вызывает отклонение действительного объема пиломатериалов от

номинального которое можно характеризовать погрешностью объема Суммарная погрешность объема пиломатериалов, вызванная погрешностями размеров формы расположения поверхностей и шероховатостью поверхности ДУ4

Фактический объем пиломатериалов

Отклонение объема пиломатериалов, как функция составляющих погрешностей

Приведенные зависимости показывают, что погрешность объема пиломатериалов больше погрешности объема, вызванной погрешностями размеров.

Каждая из погрешностей объема рассматривается как сумма погрешностей

систематического и случайного хатктет. Суммарная погрешность

ДУ = ДУсист+ДУмуч.' (4)

Рассеяние выхода пиломатериалов, как и их объема, характеризующихся среднеквадратичным отклонением, = 6 С. Если составляющие

результирующей погрешности имеют максимальные значения, то максимальная погрешность случайного характера

Тогда при нормальном распределении

Отсюда допуск на объем пиломатериалов 5Д> 6 о.

Во втором разделе приведена методика исследований проходного способа формирования сечений и длин пиломатериалов в процессе раскроя круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей, которая включает оценку зависимости выхода пиломатериалов от диаметра и длины круглых лесоматериалов, заданных толщин тонких и толстых досок, градации торцовки пиломатериалов, ряда условно-постоянных факторов.

Раскрой бревен осуществляется брусово-развальным методом. Плоскости, ограничивающие брус, равноудалены от центра вершинного торца бревна. Относительное смещение центров торцов бревна по вертикали и горизонтали: 0,5^ - d); 0. При исследовании условий формирования сечений пиломатериалов в зависимости от переменных факторов, относящихся к пиловочным сортиментам, дан метод параметрического шагового анализа имитационной модели раскроя круглых лесоматериалов. Матрица эксперимента предусматривала возможные сочетания набора стандартных толщин досок в постав с учетом усушки, толщин пил, уширения их венца и.т.п.

В результате анализа выхода пиломатериалов с учетом основных технологических факторов процесса их производства решению подлежала задача оценки влияния параметров поставов при различных характеристиках распиливаемых сортиментов (диаметрах, сбежистости, длинах) на выход пиломатериалов при различных значениях их укорочения, а также и градации торцовки на выход пиломатериалов. Использованное алгоритмическое и программное обеспечение предусматривает изменение большого числа технологических факторов. Априори предполагалось, что на выход пиломатериалов они оказывают влияние по-разному. Отсюда оценке подлежит поле рассеивания выходов пиломатериалов: минимальные, средние и максимальные, его значения. Дифференцирование матрицы эксперимента обуславливали также принятым укорочением пиломатериалов.

Вычисления производили в следующем порядке. Для выбранного способа ориентации круглых лесоматериалов по образующей: задавали толщины тонких и толстых досок; градацию длин пиломатериалов (торцовки). Далее вычисляли выхода пиломатериалов при переборе всех длин досок. Затем выполняли

аналогичные вычисления выхода в зависимости от длины сортиментов по каждому из диаметров. Изменяли градации длин досок и повторяли вычисления для этого круга вариантов. При задании следующих пар толщин тонких и толстых досок проводили аналогичные вычисления. Результаты вычислений сводили в таблицу. На основании полученных данных из сводной таблицы выбирали следующие характеристики: максимальное значение выхода, минимальное значение, диапазон возможных значений выхода, среднее значение выхода пиломатериалов.

Полученные характеристики заносили в сводные таблицы изменения выхода пиломатериалов при заданных условиях в зависимости от диаметра сортиментов. На основе данных таблиц строили графики изменения выхода пиломатериалов в зависимости от выбранной толщины доски при заданной градации длин.

По полученным данным выполнен анализ изменения характеристик выхода пилопродукции в зависимости от изменения толщин досок и градации их длин с изменением диаметра. Обработка результатов анализа включала из определения зависимостей выхода пиломатериалов от изменения входных данных. По каждому из вариантов раскроя получали семейства графиков, отличающихся разнообразием кривых распределений выхода.

Обработку результатов анализа выполняли в следующем порядке. Для выбранного способа ориентации круглых лесоматериалов по образующей выбирали наименьшие толщины тонких и толстых досок, задавали градацию длин досок. По результатам расчетов производили анализ зависимости максимального значения выхода пиломатериалов при увеличении диаметра сортимента, зависимости минимального значения выхода пиломатериалов при увеличении диаметра сортимента, зависимости диапазона возможных значений выхода пиломатериалов при увеличении диаметра сортимента, зависимости среднего значения выхода пиломатериалов при увеличении диаметра сортимента.

При расширении плана эксперимента при других технологических факторах выполняли аналогичные оценки характеристик выхода при других градациях длин , досок. Далее оценивали влияние градации длин досок на характеристики выхода при условии неизменности остальных факторов. После каждого следующего увеличения стандартной толщины толстой доски при неизменной толщине тонкой производили аналогичные вычисления в указанном порядке. В аналогичном порядке выполняли оценку влияния градации длин досок на характеристики выхода пиломатериалов для каждой следующей толщины толстой доски при неизменной толщине тонкой доски. Далее при изменении толщины тонкой доски производили аналогичные вычисления выхода пиломатериалов и выполняли оценку влияния градации длин досок на характеристики выхода пиломатериалов. По всем сочетаниям толщин тонких и толстых досок на

основании данных сводных таблиц выполняли анализ изменения выхода пиломатериалов. Анализ влияния изменения толщины тонкой доски на характеристики выхода пиломатериалов при заданном значении толщины толстой доски и заданной градации длины доски выполняли в следующей последовательности. Выбирали наименьшее значение толстой доски. Задавали градацию длин досок. Выполняли анализ изменения выхода пиломатериалов с увеличением толщины тонкой доски при заданной градации длин. Для других градаций длин пиломатериалов выполняли аналогичные действия. Далее рассчитывали средние значения выхода пиломатериалов по заданной толщине толстой и тонкой досок и анализировали эти изменения.

При следующем увеличении толщины толстой доски выполняли аналогичные действия. Далее проводили аналогичный анализ изменения характеристик выхода пиломатериалов при увеличении толщины тонкой доски при постоянной толщине толстой доски для других толщин толстой доски.

По результатам расчета анализировали влияние изменения толщины толстой доски на характеристики выхода пиломатериалов при заданном значении толщины тонкой доски и заданной градации длины доски. Оценку выполняли в следующем порядке. Выбирали наименьшее значение тонкой доски. Задавали градацию длин досок. Анализировали изменения выхода характеристик пиломатериалов с увеличением толщины толстой доски при заданной градации длин. Выполняли аналогичный анализ для остальных рассматриваемых градаций длин. Рассчитывали средние значений изменения характеристик выхода по заданной толщине толстой и тонкой доски. Далее увеличивали толщину тонкой доски и проводили анализ аналогично изложенному порядку. Проводили анализ изменения характеристик выхода с увеличением толщины тонкой доски при постоянной толщине толстой доски по другим толщинам тонкой доски.

В третьем разделе приведены результаты оценки имитационного моделирования продольного раскроя сортиментов, сориентированных по образующей; результаты оценки способов позиционирования пиломатериалов в процессе проходной торцовки.

По данным исследований составлены семейства графиков изменения выхода пиломатериалов, основные из которых для приоритетных толщин набора досок в постав приведены на рис. 1.

Полученные результаты показали, что поставы с различным сочетанием толщин досок, дают значительный разброс выхода пиломатериалов. Они идентифицируют поле рассеивания выходов, границы диапазоны изменений которых подвергали сопоставительной оценке.

Представленные графики показывают характер изменения выхода для наиболее востребованных толщин досок. Из всех значений выхода, полученных

в результате параметрического анализа, нельзя построить гладкую кривую. Приведенные кривые являются воображаемыми линиями, касательно аппроксимирующими зависимости выхода по интервалам, в данном случае диаметров. Это показывает характер изменения выхода, не противоречащий принятому представлению о параболическом его изменении в зависимости от диаметра. Визуально оцениваемая по графикам разница в выходах, как относительная характеристика отклонений верхних оценок изменения выхода, объективно характеризует абсолютные значения выходов и варьирует значительно. При рассмотрении поля разброса значений выходов по каждому из вариантов выделены наименьшие значения, средние и наибольшие.

При укрупнённой сортировке брёвен изменение среднего выхода пиломатериалов, полученных при раскрое круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей несимметричными поставами приведено на рисунке 2.

В отличие от пифагорической зоны, пиломатериалы, выпиленные из параболической зоны, подлежат укорочению. В зависимости от места выпиловки пиломатериалов ближе или дальше от центра или от образующей потенциально изменяется и стандартная длина, которая может им соответствовать. На изменение координаты доски в поставе, определяющей ее положение в зоне укорочения длины, оказывает влияние толщина бруса, толщины досок, ширины пропилов, усушка и другие.

При решении задачи точного позиционирования доски при принудительном режиме ее перемещения по конвейеру участка торцовки автоматизированной линии торцовки, сортировки и пакетирования пиломатериалов необходимо проведение исследований вопроса определения влияния дискретных кратных интервалов базирования одного из концов доски на выход пиломатериалов стандартных размеров транспортной влажности.

По результатам исследований Турушева В.Г. наибольшее снижение объемного выхода еловых пиломатериалов при равномерном увеличении градации торцовки досок по длине наблюдается в том случае, когда длина сортиментов кратна величине градации. Уменьшение выхода на 1-1,5% происходит за счет укорочения боковых досок.

Рекомендации Копейкина А.М., Зыкина СИ., Тюкавина А.М., Очагова В.П сводились к увеличению величины укорочения интервалов базирования для пиломатериалов приоритетного сорта вплоть до 0,6 м с потерей выхода к объему распиленных сортиментов 0,3%. В частности, Тюкавиным A.M. предлагалось введение в операцию торцовки рациональных интервалов базирования. Это приводило к минимальной средней длине отрезков и уменьшению потерь входа продукции в операции торцовки досок по сравнению с равномерными. Возникающие потери компенсировались улучшением посортного выхода.

Рис. 1. Результаты условного раскроя круглых лесоматериалов по вариантам набора толщин досок в постав.

По всей технологической цепочке длина пиломатериалов неоднократно изменяется в сторону укорочения (до сушки, после сушки и т п.). Окончательно до стандартной укорочение производится перед пакетированием. Поэтому не всегда справедливо оторцовывать пиломатериалы до стандартной длины на промежуточных стадиях технологического процесса. Отсюда вводятся понятия равномерных или рациональных интервалов базирования.

V %

65 9

60

55

50

45

40 13 14 15 16 17 18 19 М 20 21 аксиь 22 1ал 23 ьн 24 ый 25 26 27 26 айн 29 им 30 1ал 31 ЬН| 32 >|Й 33 34 35 —С 36 ре; 37 цнь 38 й 39 Л, СМ

Рис. 2. Изменение объемного выхода пиломатериалов.

По данным сопоставительного анализа вариантов раскроя разработаны поставы с учетом укрупненной сортировки круглых лесоматериалов по четным диаметрам, которые опубликованы в брошюре.

В четвертом разделе приведены методика и результаты экспериментальных исследований точности позиционирования досок с торможением в базирующих устройствах, дано описание экспериментальной установки, обоснованы основные технические характеристики БУТП.

Технологический процесс производства пиломатериалов стандартных размеров отличается большим количеством локальных переместительных операций предметов обработки и исполнительных механизмов, которые функционально должны обеспечивать согласованность работы оборудования, загрузку оборудования в пределах ее пропускной способности, обеспечивать ритмичную работу оборудования производственного процесса. Большинство таких устройств должны обеспечивать точное и быстрое позиционирование предмета обработки или исполнительного механизма в шаговом или свободном режиме, возможность безинерционного торможения обрабатываемого материала или приспособления и другие.

Такие параметры базирующих и разметочных устройств, как величина зачистки, интервалы базирования или позиционирования, точность определения места пропила в процессе проектирования линий, включающих участки торцовки пиломатериалов, принимаются без каких-либо обоснований. Исключение составляют линии торцовки моделей ЛТ, ЛТ-1, ЛТ-1М и ОСТ-25, которые применяются преимущественно для предварительной торцовки сырых досок.

Исследования Хаита Е.К., Зыкина СИ., Очагова В.П., Трофимова С.П., Кологреева С.Ф., Рыбицкого П.Н. проводились на базе трудоемких натурных экспериментов. Впервые методика расчета рациональных интервалов базирования пиломатериалов была предложена Тюкавиным А.М. Им разработана методика расчета точности позиционирования досок в базирующих устройствах, использующих принцип торможения пиломатериалов трением. В частности отмечено, что ошибки при позиционировании в зависимости от конструкции БУТП могут возникать во время захватывания и торможения досок. Однако в этой работе не удалось определить длину тормозного пути досок в БУТП теоретически, поскольку подлежащая учету сила трения изменяется в широких пределах и зависит от многих факторов. В итоге им дано уравнение связи, построенное на основании экспериментальных исследований влияния скорости выдвижения, количества траверс, находящихся в контакте с доской, ширины контакта доски с траверсой, массы доски.

По результатам исследований Тюкавина А.М. с увеличением скорости выдвижения от 0,1 до 0,4 м/с средняя ошибка при позиционировании снижается с 35 до 20 мм.

На основании анализа исполнительных механизмов торцовочных устройств для пиломатериалов установлено, что основными параметрами, надлежащий выбор которых оказывает доминирующее влияние на качество и полезный выход пиломатериалов стандартных длин, на производительность участков торцовки, поддержание заданных эксплуатационных характеристик технологического оборудования, являются: величина перемещения, время перемещения и скорость перемещения.

Для исследования этих характеристик разработана экспериментальная установка, позволяющая исследовать совместное взаимодействие основных технологических факторов и разработать технологические требования по обоснованию параметров исполнительных устройств.

Экспериментальная установка состоит из измерительной рейки, оптического датчика, соединительной тяги, блока памяти и блока измерения. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 3.

Измерение скорости производится с помощью оптического датчика, вырабатывающего прямоугольные импульсы с периодом, пропорциональным

скорости движения измерительной рейки. Максимальная скорость движения ограничена 5 м/с.

Полученные данные по изменению скоростных, временных и линейных параметров перемещения, обработанные при использовании разработанного программного обеспечения, приведены в виде диаграмм на рис. 4,5

Рис 3. Экспериментальная установка

1 - измерительная рейка,

2 - оптический датчик;

3 - соединительная тяга,

4 - блок памяти,

5 - блок измерения скорости

перемещения

Результаты исследований могут быть применены к торцовочным устройствам второго-четвертого

поколений, включающим автоматические и полуавтоматические линии В

Рис 4 График скорости перемещения измерительной рейки ось X - перемещение, мм, ось У - средняя скорость,

мм/с 165622.0

нннннничммяям

Рис 5 График времени перемещения измерительной рейки ось X - величина перемещения, мм, ось У - время перемещения, мкс

станках второго поколения автоматически выполняются переместительные операции и иногда настройка в размер. Станки третьего поколения оборудуются компьютерным обеспечением, работают по программе, составляемой для данного станка и гибко учитывающей все возможные варианты обработки. Станки и станочные линии третьего поколения отличаются большой гибкостью в сочетании с высокой производительностью. В станках четвертого поколения дополнительно производится оценка пиломатериалов и выбор программы его обработки.

В результате выполненных исследований получены численные зависимости времени срабатывания исполнительных механизмов участков торцовки в зависимости от скорости перемещения и диапазона перемещения пиломатериалов или исполнительного механизма. Построены диаграммы, связывающие скорость срабатывания исполнительного механизма или перемещения предмета обработки в зависимости от требуемого перемещения.

Полученные обобщенные результаты позволяют научно обоснованно назначать переместительные, временные и скоростные характеристики в зависимости от назначения устройства, эксплуатационных характеристик линии торцовки, технологических параметров участка торцовки.

Предложенное программное обеспечение по сопровождению контролируемых параметров может быть использовано при управлении механизмами позиционирования пиломатериалов и мерными упорам при проходном способе торцовки пиломатериалов на линиях предварительной и окончательной обработки досок.

В пятом разделе приведены результаты теоретических исследований и дано формализованное описание влияния отклонений размеров пиломатериалов, их формы, расположения пластей и кромок; приведена методика и результаты экспериментальной оценки точности размеров по толщине и выхода пиломатериалов.

Влияние погрешностей размеров пиломатериалов на их объем при ДУ3=ДУ4=0

Уд = У„ + ДУ,. (7)

Вводя ДУ1 / Ун=Хь получим

Уд = Уи(1+>-1). («)

Величина характеризует изменение объема пиломатериалов вследствие погрешностей размеров.

Определение погрешности объема доски из-за погрешности формы поперечного (продольного) сечения сводится к нахождению разницы между фактическим и расчетным объемами ДУг = Уд - Ун . При ДУ] = ДУз = ДУ4 = О

Полагая получим

Рис. 6. Схема к расчету отклонения объема доски при односторонней (а) и двусторонней (б) вогнутости (выпуклости)

Влияние погрешностей расположения поверхностей (пластей или кромок, пласта и кромки) на объем пиломатериалов погрешностей расположения с учетом АУ) = Д Уг = ЛУ4 = О

Номинальный объем доски, ограниченный плоскими поверхностями Уя = ВНЬ,где В, Н, Ь - ширина, толщина, длина доски соответственно. При непараллельности (рис. 7, а), ограниченной допуском 5 ь на размер по толщине доски И, наибольшая погрешность объема

следовательно

При неперпендикулярности (рис. 7, б)

А,2= - 50 5ь/ Ь . (17)

а б

Рис. 7. Схема к расчету отклонения объема доски при непараллельности (а) и неперпендикулярности (б)

Целью экспериментальных исследований было выбрано определение точности выпиловки досок по толщине в результате продольного раскроя круглых лесоматериалов. Методика проведения экспериментальных исследований включала оценку точности обмера досок по толщине на основе проведения и статистической обработки результатов исследования. Для определения точности выпиловки размеров пиломатериалов по толщине и их влияния на объёмный выход был выбран комбинированный метод исследования. Экспериментальный метод использован для определения фактической толщины досок, теоретический - для определения объёмного выхода пиломатериалов с учетом фактически выпиливаемой толщины досок.

Факторы, влияющие на толщину пиломатериалов и объемный выход, относили к одной из групп: 1 - пиловочное сырье, 2 - продукция, 3 -оборудование и инструмент, 4 -технологический процесс, 5 - оператор, 6 -другие. К первой группе были отнесены: диаметр, длина, сбежистость, кривизна, форма сортимента, форма поперечного сечения, качество древесины, состояние древесины, порода древесины. К второй группе: величина допустимого отклонения по ГОСТ 24454-80 (до 32 мм ± 1 мм, от 32 до 40 мм ± 2 мм, от 40 до 100 мм ± 3 мм), место в поставе. К третьей группе: тип оборудования, вид инструмента, толщина пил, способ уширения, износ оборудования, устройства базирования, подготовка инструмента и установка. К четвертой группе: способ распиловки, схема раскроя, точность сортировки по диаметру, наличие накопителей, направление подачи бревна при распиловке. К пятой группе: квалификация, зрение, настроение, система оплаты. К прочим отнесены непредвиденное техническое состояние оборудования и вибрации.

При решении задачи использовали однофакторный эксперимент. За исследуемый фактор принимали фактическую толщину доски, которую сравнивали с минимальным и максимальным допустимыми отклонениями и номинальной толщиной. Эксперимент - пассивный. Место проведения - ЛДК №3 г. Архангельска.

Распиливали сортименты 1, 2 сорта по ГОСТ 9463-88 диаметром в вершинном торце 16...18 см группами по 30 штук брусоворазвальным способом на лесопильных рамах. Толщина рамных пил - 2,2 мм. Способ уширения -плющение. Уширение на сторону - 0,8 мм. Продукция - пиломатериалы бессортные; 4, 5 сортов по ГОСТ 26002-86.

При статистической обработке результатов определяли среднее арифметическое, дисперсию, выборочный стандарт, коэффициент вариации, среднюю квадратическую ошибку среднего значения. Затем проверяли гипотезу о нормальности распределения фактически замеренных значений размеров пиломатериалов с помощью показателей асимметрии и эксцесса. Далее

проверяли достаточность замеров, необходимых, чтобы абсолютная ошибка в определении размера

составляла не более инструментальной погрешности 1 мм с уровнем значимости 0,05.

Адекватность оценивали

проверкой однородности

средних арифметических по ^

критерию Стьюдента и дисперсий по G-критерию Кохрена. На основании полученных результатов

статистической обработки сделан вывод о репрезентативности выборки, т.е. достаточности ее объема.

Результаты исследований достоверны с вероятностью 95% (рис. 8):

- изменение геометрических размеров пиломатериалов вызывает варьирование их объема;

- при абсолютных значенииях возможные отклонения размеров и объема характеризуются полем допуска по соответствующему критерию;

- при относительном выражении выхода пиломатериалов варьирование его значения определяется изменением объемов круглых лесоматериалов.

В результате экспериментальной оценки установлено, что при сравнении объёмных выходов пиломатериалов по двум поставам, составленным для

26,0

21,0 < 1 м 1 I I 1 < I I 1 I I 1 м 1 п 111 I I > 11 1 г

20,0 ........... , . ..............

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Рис. 8. Диаграмма отклонений толщин пиломатериалов

начальных размеров и фактически замеренных, следует, что в последнем случае объёмный выход ниже (для брёвен диаметров в вершинном торце 16 см на 5,2%; для бревен диаметром 18 см - на 2%).

Снижение объёмного выхода обуславливается тем обстоятельством, что при увеличении толщины досок изменяется их ширина и длина в поставе. С учетом того, что пиломатериалы реализуются по номинальным размерам, -отклонение по толщине в большую сторону приводит к общему снижению объёмного выхода.

Общие выводы и рекомендации

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:

1. Определены основные направления совершенствования процесса формирования размеров пилопродукции при продольной распиловке круглых лесоматериалов по образующей при выработке досок стандартных длин на трех стадиях технологического процесса - формирования сечений (толщины, ширины) и длины пиломатериалов с учетом технологических факторов производства.

2. На основании разработанной имитационной модели раскроя пиловочного сырья с учетом геометрических характеристик сортиментов и анализа результатов раскроя круглых лесоматериалов по образующей на пиломатериалы стандартных размеров определены условия формирования сечений и длин пиломатериалов, способствующие повышению эффективности лесопиления.

3. Разработана система поставов на распиловку круглых лесоматериалов по образующей при сортировке сортиментов по четным диаметрам вершинного торца и укрупненной сортировке на ограниченное число групп. Результаты изданы отдельной брошюрой.

4. В результате проведенных исследований дано аналитическое ранжирование объемов пиломатериалов с учетом отклонений размеров, формы, расположения поверхностей. Получено формализованное описание возможных отклонений объема пиломатериалов, выраженное полем рассеивания. Полученные зависимости могут быть применены при анализе отклонений выхода пиломатериалов.

5. В результате экспериментальных исследований устройств позиционирования пиломатериалов в процессе обработки по длине сформулированы основные требования к исполнительным механизмам участков торцовки, осуществляющих базирование, заданное перемещение и останов доски в зависимости от скорости и времени перемещения.

6. Полученные диаграммы, связывающие скорость срабатывания исполнительного механизма или перемещения предмета обработки в зависимости от требуемого перемещения и его продолжительности, позволяют научно обоснованно назначать переместительные, временные и скоростные характеристики механизмов позиционирования пиломатериалов и мерных упоров участков предварительной и окончательной обработки досок по длине.

7. На базе спроектированной и изготовленной системы управления отработаны программные режимы работы экспериментальной установки с учетом требований проходного способа торцовки пиломатериалов на автоматизированных линиях торцовки, сортировки и пакетирования в зависимости от основных технологических факторов производства, относящихся к распиливаемым сортиментам, получаемым пиломатериалам и эксплуатационным, включающие численные зависимости времени срабатывания исполнительных механизмов участков торцовки в зависимости от

^2370$

скорости перемещения и диапазона перемещения пиломатериалов или исполнительного механизма.

8. На основании проведенных экспериментальных исследований по оценке разнотолщинности пиломатериалов при распиловке круглых лесоматериалов сформулированы основные направления методов контроля размеров.

Основное содержание диссертации и результаты исследований представлены

в работах

1. Алексеев А.Е., Семенов А.С. Вопросы автоматизации сортирования пиломатериалов в лесопильном потоке на участке обрезки досок Характеристика условий повышения достоверности автоматизированной оценки результатов производства пиломатериалов // Современные материалы и технологии: сб. статей международной науч.-техн. конференции. - Пенза: ПТУ, 2002. - С. 374-375.

2. Алексеев А.Е., Бедердинова О.И., Семенов А.С. Оценка эффективности от снижения потерь производительности оборудования на участке сортирования и пакетирования пиломатериалов // Проблемы и перспективы Российской экономики: сб. статей II Всероссийской науч.-практич. конференции. - 2003. - Пенза. - С. 164 - 167.

3. Алексеев А.Е., Алексеева Л.В., Семенов А.С. Формирование ширин пиломатериалов при сложном способе ориентации и раскрое сортиментов. -Северодвинск: ФГУП «ПО «Севмаш», 2002. - 35 с.

4. Алексеев А.Е., Суровцева Л.С., Семенов А.С. Методика исследований проходного способа формирования сечений пиломатериалов при продольном раскрое круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей // Сб. статей международной науч.-техн. конференции, посвященной 75-ю АГТУ. - Архангельск: АГТУ,2004.-С. 35-37.

5. Алексеев А.Е., Семенов А.С. Методика обработки результатов исследований проходного способа формирования сечений пиломатериалов при продольном раскрое круглых лесоматериалов, сориентированных по образующей // Сб. статей международной науч.-техн. конференции, посвященной 75-ю АГТУ. - Архангельск: АГТУ,2004.-С. 37-39.

6. Алексеев А.Е., Семенов А.С, Матвеев А.В. Результаты оценки способов позиционирования пиломатериалов в процессе проходной торцовки при раскрое сортиментов, сориентированных по образующей // Сб. статей международной науч.-техн. конференции, посвященной 75-ю АГТУ. - Архангельск: АГТУ, 2004. - С. 39-41.

7. Алексеев А.Е., Дудник Д.В., Кочешова И.А., Семенов А.С. Повышение достоверности результатов раскроя сортиментов // Сб. статей науч.-техн. конференции. - Ухта: УПИ, 2004. - С. 65-68.

8. Алексеев А.Е., Дудник Д.В., Кочешова И.А., Семенов А.С. Повышение достоверности учета пиловочного сырья // Сб. статей науч.-техн. конференции. - Ухта: УПИ,2004.-С. 84-87.

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

Сдано в произв. 12.11.2004. Подписано в печать 12.11.2004. Формат 60х84/16. Бумага писчая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,12. Заказ № 233. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

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