автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование технологии производства профильных заготовок из круглых лесоматериалов

На правахрукописи

Старкова Анна Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОФИЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

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

Турушев В.Г.

кандидат технических наук, доцент

Суровцева Л.С.

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Прокофьев Г.Ф.

кандидат технических наук,

старший научный смрудник Щеглов В.Ф.

Ведущая организация ОАО "АРХГИПРОДРЕВ"

Защита диссертации состоится 15 декабря в 1100 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 /2 ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного СО: к.т.н., доцент

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Для повышения эффективности использования пиловочного сырья стремятся получить не обезличенную пилопродукцию, а продукцию целевого назначения, пользующуюся наибольшим спросом у потребителей. В себестоимости пиломатериалов стоимость сырья составляет около 70%.

Из пифагорической зоны пиловочного бревна получают, как правило, обрезные пиломатериалы длиной, равной длине бревна, объемный выход которых составляет 30-40%. Рациональному раскрою сегментных частей круглых сортиментов не уделяется достаточного внимания, особенности их поперечного сечения и размеры ограничивают возможность получения пиломатериалов требуемых размеров и качества.

В настоящее время наблюдается тенденция разукрупнения лесопильного производства и перемещения его к лесосырьевой базе. Около 70% лесопильных цехов работают в составе лесозаготовительных предприятий. Рациональное использование древесины приобретает особое значение для предприятий с производственной мощностью 5... 10 тыс м3/год, где организация производства технологической щепы из боковой зоны пиловочного сырья нецелесообразна. Эти предприятия, как правило, выпиливают толстые пиломатериалы одного сечения и тонкие доски ограниченного числа размеров по ширине и длине из бревен всех диаметров. Сортировка пиловочного сырья перед подачей его в распиловку производится укрупненно, поэтому продольный раскрой бревен нескольких смежных диаметров одним брусово-развальным поставом приводит к получению коротких узких крайних боковых досок или толстых горбылей, товарная реализация которых затруднена. Переработка толстых горбылей и корот-комерных отрезков на технологическую щепу на этих предприятиях не производится, а пиломатериалы размерами в соответствии со стандартами из них выпиливать неэффективно.

Тонкие доски, получаемые при первичном раскрое бревен, как правило, используются для производства строганых изделий. В то же время сегментные зоны пиловочных сортиментов содержат наиболее качественную древесину, поэтому целесообразно изыскание способов и технологических процессов переработки сегментов на специализированную профильную пилопродукцию.

Многочисленные исследования посвящены в основном изысканию направлений рационального раскроя пифагорической зоны пиловочных бревен, а технологические вопросы раскроя параболической зоны изучены недостаточно.

Поэтому совершенствование технологии производства профильных заготовок из периферийной зоны пиловочных бревен является актуальной задачей.

Цель и задачи исследований

Цель работы - повышение эффективности использования пиловочного сырья за счет рационального раскроя сегментной зоны пиловочных сортиментов на заготовки различного назначения.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- разработать математические модели раскроя сегментной зоны круглых лесоматериалов на заготовки различных профилей;

- обосновать размерно-качественные параметры профильных заготовок, получаемых из сегментной зоны круглых сортиментов;

- установить минимальные размеры сегментов, которые целесообразно использовать на производство профильных заготовок;

- провести экспериментальную проверку основных теоретических положений;

- разработать варианты основных технологических схем производства заготовок из сегментной зоны;

- разработать алгоритм определения эффективности получения заготовок различных профилей сечения из сегментной зоны пиловочного бревна;

- обосновать рекомендации по формированию поставов на распиловку круглых лесоматериалов с учетом получения профильной пилопродук-ции из сегментной зоны.

Методы исследований

При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись научно обоснованные методики по раскрою пиловочного сырья на основе системного подхода с использованием производственной базы лесопильных предприятий. Обработка результатов экспериментов проводилась с применением современных средств вычислительной техники и методов обработки информации: математической статистики, элементов математического моделирования и анализа, планирования экспериментов.

Программа определения эффективности раскроя сегментной зоны пиловочного сырья написана на языке VBA.

Научная новизна работы

- разработана математическая модель раскроя сегментной зоны пиловочных бревен на профильные заготовки;

- дано формализованное описание параметров профильных заготовок, получаемых из сегментной зоны круглых лесоматериалов;

- научно обоснованы рекомендации по раскрою сегментной зоны круглых лесоматериалов на заготовки различных профилей;

- уточнены технологические показатели использования пиловочного сырья при получении профильных заготовок из сегментной зоны бревна.

Практическая значимость работы

Результаты теоретических и экспериментальных исследований эффективности использования сегментной зоны могут быть применены при проектировании производственных процессов на предприятиях небольшой

производственной мощности, для установления сортировочных групп диаметров бревен, оценки технологической схемы раскроя и разработки поставов.

На защиту выносятся

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по раскрою сегментной зоны пиловочных бревен на заготовки;

- математические модели определения размеров заготовок, полученных из сегментной зоны круглых лесоматериалов;

- научно обоснованные рекомендации по формированию поставов на распиловку круглых лесоматериалов с учетом поперечного сечения и размеров сегментной зоны;

- технологическое и информационное обеспечение метода оценки использования сегментных частей пиловочных бревен.

Реализация результатов

Технологические рекомендации использованы в производственной деятельности ООО «Северлес» г.Архангельск при продольном раскрое пиловочных бревен при различных охватах пифагорической зоны и раскрое горбылей-сегментов на профильные заготовки.

Апробация работы

Основные положения работы доложены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Архангельск, 1999- 2003г); XV Коми республиканской молодежной научной конференции (г. Сыктывкар, 2004). Публикации

По материалам диссертации опубликовано шесть печатных работ.

Объем работы Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка литературы из 93 наименований, приложений. Основное содержание работы изложено на 154 страницах, включает 50 рисунков, 14 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается необходимость эффективного использования сегментной зоны пиловочных бревен.

В первом разделе содержится краткий обзор и анализ основных исследований, посвященных раскрою пифагорической и параболической зон пиловочного сырья, применяемым технологиям, способам и методам обработки круглых лесоматериалов.

Теоретические исследования рационального использования пиловочного сырья на пиломатериалы, выполненные Х.Л.Фельдманом, Д.Ф.Шапиро, М.Н.Гутерманом, Г.Г.Титковым, П.П.Аксеновым, АН.Песоцким, Г.Д.Власовым, НАБатиным, В.Г.Турушевым, В.Ф.Вет-шевой, В.А.Зал галлером, И.В.Соболевым, В.Г.Кулишом и другими авторами, устанавливают условия, которые обеспечивают наибольший объем-

ный выход обрезных пиломатериалов в основном за счет использования пифагорической зоны пиловочного сырья.

Исследованию и использованию параболической зоны уделяется меньше внимания. Раскрой сегментов крупномерных бревен на обрезные пиломатериалы одинаковой толщины рассмотрен в работе В.Г.Уласовца. В исследованиях И.С.Межова и В.СЯсинского предлагается производить раскрой сегментной зоны на заготовки с профилями: треугольник, пятигранник, трапеция, с последующим склеиванием в пиломатериалы с прямоугольным поперечным сечением. Проведенный патентный поиск показал, что известны способы раскроя круглых лесоматериалов с получением из боковой зоны заготовок с последующим склеиванием их в брус или щит и дальнейший раскрой на пиломатериалы с прямоугольным поперечным сечением.

Следует отметить, что полученные при первичном раскрое пиломатериалы редко используются без дальнейшей обработки. Раскрою пиломатериалов на заготовки посвящены работы В.С Ясинского, Б.М.Заливко, И.П.Кожевникова, Л.С.Суровцевой и других авторов. Установлено, что получение заготовок из пиломатериалов приводит к дополнительному расходу древесины.

Для совершенствования технологии раскроя пиловочного сырья необходимо оценить не только использование пифагорической зоны бревна, но и сегментной зоны, что позволит повысить эффективность процесса при первичном раскрое круглых лесоматериалов. Составление поставов традиционно основывается на выпуске в основном обрезных пиломатериалов, без учета раскроя сегментной зоны бревна, которая является по существу кусковым отходом и при наличии спроса и оборудования перерабатывается на технологическую щепу. На предприятиях, как правило, не предусматриваются технологии раскроя сегментной части круглых лесоматериалов на заготовки различного назначения.

Поэтому необходимо разработать единый подход к совместному получению при первичном раскрое пиловочного сырья обрезных пиломатериалов из центральной части круглых лесоматериалов, и заготовок из сегментной зоны с учетом ее параметров и размеров готовой профильной пи-лопродукции различного назначения.

В конце главы приводится обоснование, цель и задачи исследования.

Во второй главе теоретически рассматривается раскрой сегментной зоны круглых лесоматериалов на заготовки и определяется рациональность ее использования.

Для решения поставленной задачи предложена схема многоцелевого способа раскроя круглых лесоматериалов (рис.1). Пифагорическая зона согласно теории раскроя принимается размерами НхА=(0,6...0,8У, и раскраивается на пилопродукцию в соответствии со стандартами и требованиями потребителей, за пределами пифагорической зоны получаются сегменты, которые раскраиваются отдельно. Лесопильное производство тра-

диционно ориентировано на выпуск товарных пиломатериалов. Раскрой сегментной зоны дает возможность производить из пиловочного сырья одновременно с традиционными пиломатериалами заготовки различного назначения.

Рис.1 Многоцелевой способ раскроя круглых лесоматериалов ё- диаметр бревна в вершинном торце; Б- диаметр бревна в комлевом торце;

Н, А - охват пифагорической зоны поперечного сечения бревна; 81,8г сегменты.

Согласно теории раскроя бревно принято за усеченный параболоид вращения. Одним из основных факторов, влияющим на выход заготовок из сегментной зоны, является сбежистость бревна, которая определяется по формуле

гдеД-сбежистость в /-том поперечном сечении бревна по длине; см/м -сбежистость в комлевом торце бревна см/м; /гдлина в /-том поперечном сечении, м; ¿-длина бревна, м; ё -диаметр в вершинном торце, см.

Для анализа оценки рациональности использования сегментной зоны, диаметр и длина пиловочного бревна приняты за единицу, и расчеты выполнены в долях диаметра и длины бревна. Это позволило:

- установить границы изменения размеров заготовок;

- определить и сравнить эффективность получения заготовок различных профилей поперечного сечения;

- уточнить влияние охвата пифагорической зоны поставом, сбежистости бревна и коэффициента толщины на выход заготовок.

Анализ размеров и профилей заготовок показал, что сегменты наиболее рационально раскраивать на профильные изделия.

Проведенный анализ поперечных сечений профильных изделий показал, что их можно объединить в четыре группы:

- заготовки прямоугольного поперечного сечения;

- заготовки с профилем «переменной толщины», напоминающий клин;

- заготовки с профилем «выборка в четверть»;

О

(2.1)

- заготовки с профилем «трапеция».

Эффективность использования сегментов оценивается по двум критериям:

- объемному выходу заготовок, полученных из сегмента;

- коэффициенту эффективности.

Математические модели оптимизации раскроя сегментов на заготовки различных профилей представлены в табл.1.

Таблица 1

Схемы раскроя сегментной зоны бревна

Вид профиля заготовки и схема раскроя

Модель оптимизации объема заготовок различных профилей_

профиль «переменной толщины» Ъ, Ь,

/-длина заготовки

(а1+а])->шах

профиль «выборка в четверть»

I |. А;

У = КаА +аА) 2)2

+т>2

профиль «трапеция»

\

\\ "

У = 1

Ъ+Ь,),

а -> тах

Радиус /-го поперечного сечения бревна определяется по формуле

(2.2)

г, = /■+— = 2

где г-радиус в вершинном торце бревна.

В зависимости от профиля заготовки размер по толщине в ее поперечном сечении может изменяться. Отношение большего размера по толщине к меньшему (а/ф) обозначено за к и введен термин коэффициент толщины. Минимальное значение коэффициента толщины соответствует заготовке с прямоугольным профилем сечения и равно единице.

На основании теоретических исследований были разработаны графики для определения объемного выхода заготовок, по которым можно определить размеры заготовок по толщине, ширине и длине в зависимости от использования пифагорической зоны и сбежистости бревна. Результаты исследования показали, что в зависимости от охвата пифагорической зоны в долях вершинного диаметра сбежистость не оказывает влияние на размеры заготовок, выпиливаемых из сегментов при следующих условиях:

Я=0,7£/(з<0,15</);

В этом случае длина заготовки равна длине бревна. Диаметр поперечного сечения по длине бревна, в который вписывается заготовка наибольшего объема, не зависит ни от профиля сечения заготовки, ни от коэффициента толщины и определяется сбежистостью и охватом пифагори-чекой зоны. Коэффициент толщины влияет на изменение размеров заготовки, вписанной в поперечное сечение, и на расположение оси заготовки относительно оси сегмента. Зависимости толщины, ширины и длины заготовок от охвата пифагорической зоны, сбежистости и коэффициента толщины для различных профилей заготовок представлены на рис.2.

Анализ полученных поверхностей показал, что размеры заготовок по толщине описываются системой уравнений:

=у0+Вк+Ок? при0<я<0,\И 1<к<175 =уа+Вкпри 0<5<0,Щ 1,75<¿<2,5 =у0+Лх+Вк+С!?+О]? при 0,Ш<5<0,2«, 1<£<У75 =уй+А$+Вк+С^ при ОД5е/<5<0,25с/, 1,75<¿<2,5 (2.3) =у0+Ал+Вк+1Я? при 0,25с/<5<0,45с/, 1<£<1,75 =уа+Ая+Вк при 0,252? < 5 < 0,45е/, 1,75<£<2,5

а=Дз,Н,к}

В табл. 2 для разработанной системы уравнений приведены коэффициенты и ограничения для заготовки с профилем «выборка в четверть».

Размеры и объем заготовок любых профилей, полученных из сегментов, увеличиваются с увеличением сбежистости, а объемный выход заготовок уменьшается, что объясняется недоиспользованием сбеговой зоны пиловочного бревна. Для более полного использования сбеговой зоны необходимо выпиливать не одну, а две и более заготовок.

Рис.2. Размеры заготовок различных профилей:

а, б- толщина и ширина заготовки с профилем «переменной толщины»: в, г- толщина и ширина заготовки с профилем «выборка в четверть»; е- толщина и ширина заготовки с профилем «трапеция»; ж-длина заготовки для всех профилей; 1-#=0.6(1; 2- Я=0.7с1; 3-Я=0.8<1

Таблица 2

Коэффициенты полиномов уравнений

(профиль «выборка в четверть»)_

Ограничения

НО...О.Ш к=1...1,75 | и=Ц0,15-0,25)4 Ы...1.75 ¡=(0,25...0,45)4 Ы.,.1,75

Общий вид уравнения

а=уо+Вк+Ок? а=уо+А5+Вк+Сз2+Вкг а=уо+А5+Вк+Бк2

Коэффициенты

у0=-0,132Н + 0,1305 Уо=0,42Н2-1,143Н + 0,6434 у<Н),057Н+0,0091

В=-0,313Н+0,3124 А=0,27Н' + 3.804Н-2,9863 А= -€,059Н+0,2878

Д= 0.099Н- 0,0987 В=0,195Н1-0.5155Н+0,366 В=-0,2485Н+ 0,3031

С=-9,1Нг+4,179Н + 2,5019 В=0,081Н-0,0974

В=-0,06Н2 + 0,161Н-0,1151

Ограничения

¡¡=(0-0,15)4 к=1,75...2,5 ¡¡=0,15...0,25)4 к=1,75...2,5 25...0,45)4 к=1,75...2,5

Общий вид уравнения

а=уО+Вк а=уО~А$+Вк+С5г а=уО+А$+Вк

Коэффициенты

Уо= 0,007Н- 0,0068 уО= 0,.505Н1-1,4965Н+0,9226 уо= -0.2595Н+0,2555

В=-0,3885Н + 0,3869 А=0,935Н!+2,9275Н-2,7049 А= -0.0435Н+0,2825

В=-0,005Нг + 0.0125Н -0,0084 В = 0,005Н-0,0063

С=-10,91Н:+б,625Н+1,7005

Объемный выход заготовок рассчитывается по формуле

О, = —100,

1с

(2.4)

где О-объемный выход заготовки, %; VI- объем заготовки А.; д<г объем сегмента с?Ь.

Зависимость объемного выхода заготовок от рассматриваемых факторов представлена на рис.3. Наибольший выход заготовок соответствуют профилю «трапеция» и, с увеличением сбежистости уменьшается с 87 до 50%. Наименьший выход соответствуют заготовкам с профилем «переменной толщины», который изменяется от 60 до 30%, а для заготовок профилем «выборка в четверть» находится в пределах 66...38%.

Выход заготовки с профилем «соединение в четверть» увеличивается при изменении коэффициента толщины от 1 до 1,75 на З..6% в зависимости от сбежистости, при дальнейшем его увеличении уменьшается на 1%.

Выход заготовок с профилем «переменной толщины» уменьшается на 4% при увеличении коэффициента толщины к=(1.. .2,5).

H=0,6d л « > а -», а Н"0,7<1 H=0,8d

/ Г' ' ' а

! ^ ■ ' 14 t / ** О j ^.■■■■а а

* и

■■■■ ■■■ '•' ■ * Г ® ^

"■«Iii

КЬэффт*»нт толщины

-* 'Переменнойтолщины8*0 -в 'Переменнойтолщины»=01

• А 'Переменной толщины »=0 2 - X • Переменной толщины »= 0 25

- Ж 'Переменной толщины »=0 275 -» 'Переменной толщины 1=0 3

•+ 'Переменной толщины »=0 325 Ф В четверть t*0

-»-В четверть е=01 В четверть в*0 2

В четверть ««О 25 В четверть в=0,275

—♦—В четверть »=0,3 —'—В четверть »=0,325

—В четверть »=0,35 а Трапеция в=0

а Трапеция »=0,1 а Трапеция »=0,2

а трапеция »=0 25 а Трапеция »=0,275

а Трапеция »=0,3 а Трапеция »=0,325

Рис.3. Объемный выход заготовок в зависимости от различных факторов.

Общая тенденция изменения объемного выхода сохраняется в зависимости от охвата пифагорической зоны, однако наблюдается его снижение с увеличением охвата пифагорической зоны в среднем на 1%, что объясняется увеличением доли сбеговой древесины в объеме сегмента.

По графикам (рис.4) можно определить размеры получаемых заготовок в зависимости от диаметра, сбежистости круглого сортимента, коэффициента толщины и охвата пифагорической зоны поставом и решить вопрос рациональности их получения. Например, из бревен диаметром 22см при охвате пифагорической зоны бревна #=0,8<i заготовку толщиной 22мм шириной b=0,43Sd (95мм), обеспечивающей ее максимальный выход, можно получить при сбежистости бревна более s>0,25d и коэффициенте толщины fei; при ширине заготовки 6=0,45^ (100мм) и b=0,5d (110мм) сбежистость должна быть более и коэффициент толщины

Для получения заготовки с прямоугольным профилем и толщиной (а=22мм) минимальная сбежистость соответствует s>0,3d. Из бревен диаметром 22см при s=0 целесообразно выпиливать заготовки с толщиной более или равной 13мм; при увеличении сбежистости бревна (0...0,25)d минимальная толщина заготовки увеличивается с 13 мм до 19мм. Увеличение размеров заготовки по толщине и ширине происходит при уменьшении длины: /=(1...0,68)L

Для заготовок с профилем «трапеция» согласно стандартам переменным размером является толщина. Размер заготовок по ширине при изменении их толщины для различных значений охвата пифагорической зоны представлены на рис.5.

Рис 5 Выбор сечения заготовки с профилем «трапеция»

Анализ влияния сбежистости пиловочных бревна на выход заготовок, показал, что можно производить продольный или поперечный раскрой сегментов в зависимости от требований к пилопродукции

Поперечный раскрой сегментов на две заготовки рекомендуется производить в зависимости от размеров пилопродукции по двум вариантам

- по середине длины сегмента, что обеспечивает наибольший объемный выход;

- на длину заготовки по модели, и получение заготовки из вершинной части сегмента.

В результате получаются две короткие заготовки разных сечений, или с одним профилем и с разными коэффициентами толщины. Ограничением при обоих вариантах раскроя является соответствие размеров заготовок, полученных из вершинной части сегмента и минимально допустимых размеров по стандартам или требованиям потребителей. Получение заготовки минимально принятых размеров (13х60мм) в вершинном торце сегмента зависит от охвата иифагорической зоны и обеспечивается при раскрое бревен диаметром: <&16см для Я=0,6с/; ей 18 см для #=0,7</; ¿£>24см для Н=0,$с1. Раскрой по первому варианту целесообразно производить при сбежистости бревна .52:0,15</, что обеспечит увеличение толщины комлевой заготовки не менее, чем Змм по сравнению с толщиной вершинной заготовки. Раскрой по второму варианту также зависит от использования пифа-горической зоны и рекомендуется при следующих условиях: 0,7£/<Я<0,8г/ (у>0,3</) И (^0,25с/), что обеспечивает получение заготовки длиной,

не менее 1,2м из вершенной части сегмента.

Продольный раскрой по ширине так же улучшает использование древесины. Зависимости размеров заготовок представлены на рис. 6.

Н=0М Н=0,7<1 Н=0,6<1

•»-ширина сердцевинной заготовки Ы -о ширина боковой заготовки Ь2«ЬЗ —•—толщина сердцевинной заготовки а1 -^-толщина боковой заготовки в2»аЗ —I—длина сердцевинной заготовки И —Х-длина боковой заготовки И 12»13

Рис.6. Размеры заготовок при раскрое сегмента на три части.

Продольный раскрой сегментов рекомендуется в зависимости от охвата иифагорической зоны для бревен диаметром ¿^28см и й£0,7с/ при условии получения заготовок сечением размером более 13x50мм. Продольно-поперечный раскрой сегментов рекомендуется при сбежистости $>0,2с1 для Н=0,М, « для Я=0,7</; 5 2г0,35ЛдляЯ=0,6</и <£30см.

В третьем разделе приведен алгоритм расчета размеров заготовок по базовым точкам в условиях предприятий лесной отрасли. В производственных условиях важно быстро оценить рациональность использования

сегментной зоны, получения того или иного профиля заготовки не только наибольшего, но и любых определенных размеров. В связи с этим разработана программа определения размеров и раскроя сегментной зоны в зависимости от использования пифагорической зоны поперечного сечения бревна, сбежистости и смещения оси бревна и бруса относительно оси постава По программе произведен расчет раскроя сегментов на заготовки по ГОСТ 8242-88. Размеры и объемный выход заготовок с учетом припусков на усушку и механическую обработку представлены в табл. 3.

Таблица 3

Размеры заготовок различных профилей.

Примечание: 1)условное обозначение ориентации бревна «||»-по оси; «+» по образующей, со стороны образующей; «-» по образующей со стороны, противоположной образующей;2) О -объемный выход заготовок от объема бревна.

Раскрой по образующей целесообразно производить при условии: в вершинном торце бревна возможно получение заготовки с размерами установленными стандартами или требованиями потребителей; длина заготовки со стороны, противоположной образующей, больше или равна минимально допустимой длине; охват пифагорической зоны бревна на втором проходе не приводит к образованию обзола на комлевом торце пиломатериалов, полученных из нее. Увеличение объемного выхода по сравнению с раскроем по оси составляет 1-2%. Объемный выход не всегда определяет эффективность получения заготовки. Для уточнения эффективности получения заготовок введен термин коэффициент эффективности. Фрезерова-ный погонаж обычно оценивается за погонный метр, следовательно, коэффициент эффективности также следует устанавливать на единицу длины получаемой заготовки. Расход фрезерованных заготовок одного профиля и

толщины на облицовку 1м2 площади зависит от ширины заготовки и в коэффициенте эффективности учитывается отношением номинальной ширины полученной заготовки к ее минимально допустимой ширине. С помощью коэффициента эффективности можно оценить влияние спроса на рациональность получения заготовки.

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований определения размеров сегментов с дальнейшим условным раскроем на профильные заготовки.

Исследования проводились на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях ^Архангельска. Ширину пласта сегментов и крайних боковых досок замеряли штангельциркулем, толщину сегментов в максимальной точке при помощи мерной вилки, начиная с расстояния 1,2м от комлевого торца сегмента с градацией 0,3м.

По результатам разведывательных опытов определен объем выборки, соответствующий требованиям к результату в отношении его точности, который составляет 150 наблюдений.

Каждый сегмент и подгорбыльная доска условно раскраивались на заготовки принятых размеров и профилей (раздел 2). Фактический диаметр бревна в сечениях по длине, эллиптичность и смещение оси бревна и бруса влияют на радиус дуги сегмента.

Для учета этих факторов ширина наружной пласта Ъ заготовки толщиной а, полученной из сегмента с толщиной Н, и шириной пласта В рассчитывается по формуле:

( п2 > - + Л3 4 г

2-h

V \

В2 u —+h 4_

2-й

-(h-a)

(41)

Коэффициент выхода заготовки вычисляется по формуле: V-n.

к=-

-100

Чс'Пс '

где ко- коэффициент выхода заготовки; К- объем заготовки, м3; щ - количество заготовок, пгг; д - объем сегмента м3; и3- количество сегментов, шт.

(4.2)

Результаты условного раскроя с учетом встречаемости заготовок и коэффициента объема представлены на рис.7. Условный раскрой показал, что только 43 % крайних боковых досок постава выпиливаются длиной более 2,1 м при ширине доски 100 мм. В этом случае из сегментов невозможно получить заготовку требуемых размеров. Если не выпиливать крайние боковые доски, из горбылей можно получить заготовку сечением

* 100.00 6 90.00

1.2 1,5 1,8 2.1 2,4 2.7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 4.5 4,3 5,1

Длина яготнши

13/6x100 ■ 26X54 А 28x75 X 16/6x120 ж 16/6x100(20)

I 1ввх75<гр) + 22x100 26x75 -- 26x54 - - 16/6x75

-16/6x100(20)-16/6x120 -13/6x100 — 22x100

1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 3.3 3,6 39 4,2 4,5 48 5,1

Длина заштоаким

• 13x75 А 16x75 о 19x75 • 19x54 ■ 10(54 О 13x120 X 22x100 - - 19x75 — 18*75 — 13x120-16x54 -19x54 13x75 — 22x100

1.2 1® 1,8 2.1 2.4 2,7

13/6x100 ■ 26>64 16/6х75р0) + 22x100

— 16/6x120 --- 22x100

3 3.3 3,6 З.Э 42 4,5 4,8 5.1 Длина заготовки м 26x75 X 16/6x120 Ж 100x100(20)

■16/6x75(20) -16/6x100(20)-13/6x100

■26К75 -26x54

1,8 2.1 2,4 2.7

13x75 13x120 -19x75

16x75 А 19x75

22x100 -16x75

-13x120 — 22x100

X 19x54

-19x54

-13x75

ж 16x54 -16x54

Рис.7. Интегральное распределение встречаемости и коэффициента выхода заготовок различных профилей и длин

19x105мм и 19х80мм, что соответствует изделию с профилем «выборка в четверть» размерами 16х100мм и 16х75мм, их коэффициент выхода будет больше на 5-9% по сравнению с получением обрезной доски сечением 22x100мм. При получении из сегментов заготовок марки «Поручни» сечением 26х54мм, 26х75мм их коэффициент выхода будет меньше на 2-4%, чем обрезных пиломатериалов.

В пятом разделе разработаны структурно-технологические схемы производства заготовок различных профилей из сегментной зоны, полученных при первичном раскрое пиловочного сырья.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показали необходимость предварительного поперечного раскроя сегментов для формирования толщины в вершинном торце в зависимости от размеров и назначения пилопродукции.

При формировании ширины и толщины заготовок в зависимости от профиля детали возможна обработка сегментов с одной или двух сторон.

Если заготовка может иметь одну кромку с обзолом, то достаточно сформировать противоположную кромку на однопильном круглопильном станке с учетом размеров заготовки по толщине и ширине внутренней пласта. Формирование толщины заготовки производится на ребровом станке. При сбежистости круглых сортиментов менее 0,Ш для получения пиленых заготовок формирование наружной пласта допускается не производить, и толщина заготовки будет равна толщине сегмента. В варианте, когда заготовка должна иметь обе обработанные кромки возможно формирование толщины на горизонтальном ленточнопильном станке с последующим раскроем на двухпильном круглопильном станке.

Если размеры сегментов позволяют получить три заготовки, то на двухпильном круглопильном станке формируется ширина каждой из заготовок. При раскрое сегментов на три заготовки формирование толщины производится при помощи ребрового раскроя. В зависимости от назначения продукции боковые заготовки могут иметь три или четыре обработанные поверхности, так же возможно получить заготовки с допустимым обзолом.

В результате раскроя сегмента из лесопильного производства выпускаются пиленые заготовки со сформированными размерами с учетом припусков на усушку и механическую обработку.

Общие выводы и рекомендации

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по повышению эффективности использования параболической зоны пиловочного сырья на заготовки различного назначения позволяют сделать следующие основные выводы:

- решена задача повышения эффективности использования пиловочного сырья за счет раскроя сегментной зоны бревна на заготовки различных профилей сечения;

- установлена взаимосвязь между размерами сегментов и заготовок различного назначения;

- эффективность использования сегментной зоны на заготовки при изменении сбежистости круглых лесоматериалов в диапазоне в(0...0,45)й уменьшается и составляет для профилей поперечного сечения: «трапеция» (0=87...57%), «выборка в четверть»(О=66...38%), «прямоуголь-ник»(0=60... 36%), «переменной толщины» (0=60... 30%);

- определены зависимости размеров и выхода заготовок от сбежистости бревен и охвата пифагорической зоны пиловочного сырья; в зависимости от охвата пифагорической зоны в долях вершинного диаметра сбе-жистость не оказывает влияние на размеры заготовок, выпиливаемых из сегментов: Н=0М Я=0,7с1 (*<0,15йО; Н=€№(^0,1с/);

- расположение заготовок относительно оси сегмента (симметричность) определяется коэффициентом толщины; для заготовок с профилем «выборка в четверть» наибольший объемный выход соответствует заготовке с коэффициентом 1,77; для заготовок с профилем «переменной толщины» рекомендуется принимать коэффициент толщины менее 1,5 в зависимости от требуемых размеров заготовок;

- определено изменение объемного выхода заготовок при установлении их размеров по стандартам или требованиям потребителей; влияние изменения ширины заготовок на объемный выход с увеличением охвата пифагорической зоны уменьшается и в зависимости от сбежистости круглого сортимента составляет //=0,6с1 и ь<0.2с1 - Д0=9,0%, s>^).2d -А0=5,50%; Я=0,7<* и 5<0.15(1- ДО=7,8%, ¡>0.15(1-ДО 1,6%; Н=0,Ми $<0.1с1-ДО=2,8%, ь>0.1(1- ДО=2,1%;

- определена зависимость размеров и объемного выхода заготовок при поперечном и продольном раскрое сегмента на несколько заготовок;

- рекомендуется производить поперечный раскрой сегментов при сбежистости бревна более и диаметре бревна ¿Й24см; продольный раскрой по ширине ограничивается минимальными размерами боковых заготовок и рекомендуется при охвате пифагорической зоны Ш0Л(1 и диаметре бревна

- обоснован критерий эффективности получения заготовок различных профилей поперечного сечения, который учитывает размерные и потребительские характеристики заготовок различного назначения;

- созданное программное обеспечение рекомендуется для применения в производственных условиях для оценки эффективности получения заготовок различного профилей с учетом влияния факторов: сбежистости круглых лесоматериалов, охвата пифагорической зоны поставом, смещения оси бревна относительно оси постава;

- разработанные предложения практического применения многоцелевого способа раскроя рекомендуются для использования в условиях предприятий в основном небольшой производственной мощности.

32 63 7 5

Основные результаты исследований представлены в работах

1. Старкова А.В, Турушев В.Г., Таратин В.В. К вопросу увеличения объемного выхода пиломатериалов при агрегатной переработке бревен //Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Науч.тр./ АГТУ .Архангельск, 1999 г. Вып. 5. С. 84-88.

2. Старкова А.В, Турушев В.Г. Влияние кривизны на использование пласти бруса// Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Научлр./ АГТУ. Архангельск, 2ОО1.Вып. VII С. 191-192.

3. Турушев В.Г., Старкова А.В Резервы повышения эффективности производства пиломатериалов на крупных предприятиях.// Материалы Всерос. науч. конф. ВоГТУ .Вологда:, 2003. С.56-57.

4. Старкова А.В. Анализ рациональности получения заготовок различных профилей из параболической зоны бревна.// Материалы XV Коми республиканской молодежной науч. конф.Сыктывкар, 2004.

5. Старкова А.В. Раскрой параболической зоны бревна.//ИВУЗ, Лесной жур-нал,2004.№5.

6. Старкова А.В. Зависимость размеров горбыльно-сегментной зоны от коэффициента использования предельного охвата диаметра бревна поста-вом.//Наука - северному региону: Научлр./ АГТУ. Архангельск, 2ОО4.Вып LXC.316-320.

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

Сдано в произв. 11.11.2004. Подписано в печать 11.11.2004. Формат 60*84/16. Бумага писчая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л. 1,1. Заказ № 230. Тираж 100 экз..

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

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

Введение

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСКРОЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ПИЛОВОЧНОГО БРЕВНА НА ЗАГОТОВКИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2.1. Общие методические положения

2.2. Заготовка с профилем «переменной толщины»

2.3. Заготовка с профилем «выборка в четверть»

2.4. Заготовка с профилем «трапеция»

2.5.Продольный раскрой на три заготовки.

2.6. Зависимости размеров заготовок, выпиливаемых из сег- 79 ментной зоны бревна от различных факторов.

3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ 89 ЗОНЫ БРЕВНА С УЧЕТОМ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫХОД ЗАГОТОВОК РАЗЛИЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: РАСКРОЙ ПАРАБО- 101 ЛИЧЕСКОЙ ЗОНЫ БРЕВНА НА ЗАГОТОВКИ РАЗЛИЧНЫХ ПРОФИЛЕЙ

4.1. Исходные положения

4.2. .Методика исследования

4.3. Результаты исследований ^^ 5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСКРОЯ СЕГМЕНТОВ НА ЗА

ГОТОВКИ 140 Общие выводы и рекомендации

Для повышения эффективности использования пиловочного сырья стремятся получить не обезличенную пилопродукцию, а пилопродукцию целевого назначения, пользующуюся наибольшим спросом у потребителей. В себестоимости производства пиломатериалов стоимость сырья составляет около 70%.

Из пифагорической зоны пиловочного бревна получают, как правило, обрезные пиломатериалы длиной, равной длине бревна, объемный выход которых составляет 30-40%. Рациональному раскрою сегментных частей поперечного сечения пиловочных бревен не уделяется достаточного внимания, особенности их формы и размеры ограничивают возможность получения пиломатериалов требуемых размеров.

В настоящее время наблюдается тенденция разукрупнения лесопильного производства и перемещения его к лесосырьевой базе. Около 70% лесопильных: цйхов работают в составе лесозаготовительных предприятий. Рациональное использование древесины особенно важно для предприятий с производственной мощностью 5. 10 тыс м /год, где организация производства технологической щепы из боковой зоны не целесообразна. Эти предприятия, как правило, выпиливают толстые пиломатериалы одного сечения и тонкие доски ограниченного числа размеров по ширине и длине из бревен всех диаметров. Сортировка пиловочного сырья перед подачей его в распиловку производится укрупненно, и распиловка бревен нескольких смежных диаметров одним брусово-развальным поставом приводит к получению коротких узких крайних боковых досок или толстых горбылей, товарная реализация которых затруднена. Переработка толстых горбылей и короткомерных отрезков на технологическую щепу на этих предприятиях не производится, а пиломатериалы размерами в соответствии со стандартами выпиливать неэффективно.

Тонкие доски, получаемые при первичном раскрое бревен, как правило, используются для производства строганых изделий. В то же время сегменты 3 пиловочных сортиментов содержат наиболее качественную древесину, поэтому целесообразно изыскание способов и технологических процессов переработки сегментов на специализированную профильную пилопродукцию. Особенности параметров формы и размеров сегментов позволяют получить заготовки с меньшим расходом древесины, чем из обрезных пиломатериалов.

Многочисленные исследования посвящены в основном изысканию направлений рационального раскроя пифагогорической зоны пиловочных бревен, а технологические вопросы раскроя сегментной зоны изучены недостаточно.

Поэтому совершенствование технологии производства профильных заготовок из сегментной зоны круглых лесоматериалов является актуальной задачей.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В период интенсивного развития лесопильного производства его эффективность обеспечивалась в основном за счет больших объемов переработки пиловочного сырья и технического перевооружения предприятий. В настоящее время наблюдается тенденция разукрупнения лесопильного производства и перемещения его к источникам пиловочного сырья.

Из-за увеличения стоимости пиловочного сырья эффективность лесопильного производства достигается за счет повышения коэффициента комплексного использования сырья

Для повышения эффективности предприятия стремятся получить как можно больше пилопродукции из пиловочника и ориентируются на выпуск не обезличенных пиломатериалов, а целевой пилопродукции, пользующейся спросом у потребителей.

Стоимость сырья в себестоимости пилопродукции составляет около 70%. Для рационального использования сырья необходимо применять такие способы раскроя, которые обеспечивают выработку пилопродукции заданных размеров и качества при минимальных потерях древесины.

Наиболее распространенными способами раскроя на сегодняшний день являются брусово-развальный и развальный способы, теоретические предпосылки для которых рассмотрены в теории раскроя пиловочного сырья.

Теорию раскроя круглых сортиментов на обрезные пиломатериалы максимального поперечного сечения разработал Х.Л.Фельдман. [1] Задача заключалась в определении максимальных размеров (толщины и ширины) пиломатериалов, вписанных в поперечное сечение вершинного торца бревна рис.1.1. В результате математического решения был сделан вывод, что наибольшая площадь поперечного сечения пиломатериалов будет получена при вписывании в вершинный торец бревна квадрата со стороной 0.707*/, а размеры прямоугольников, прилегающих к квадрату, равны по толщине 0,2/? и по ширине 0,86 Я. Таким образом, был получен оптимальный постав при раскрое с брусовкой, одинаковый на обоих прохов:

1хТ2Л, 2х0.2ЛХ0.86Л. (1.1)

При распиловке вразвал: 1 х 0Я6Я, 2 х 0.27/г, 2 х 0.2/г (1.2)

Максимальный постав не учитывает величину сбега, применим для бревен цилиндрической формы, и не учитывает потребностей рынка в пило-продукции требуемых размеров по толщине и ширине. а - брусовый; б-развальный

Влияние сбега на выход пиломатериалов Х.Л.Фельдман рассмотрел при раскрое необрезных досок на обрезные. Установлено, что для получения максимального объемного выхода обрезных пиломатериалов необходимо производить продольный раскрой необрезных досок по ширине на размер 0,577 в долях ширины необрезной доски в комлевом торце. Так как ширина необрезной доски в вершинном торце может быть равной 0,577В или больше, то необходимо было выделить зону поперечного сечения бревна, из которой получаются доски полной длины.

Эта зона названа пифагорической и определяется критическим расстоянием между симметричными пропилами по формуле

Акр=,11.5</2 -0.5£>2 , 6

1.3) где А^ - критическое расстояние между симметричными пропилами; с1 - диаметр в вершинном торце бревна; О - диаметр в комлевом торце бревна.

Пифагор ическая зона (Д<р) зависит от отношения ™ и изменяется от О до 1 (табл.1).

Таблица 1.1.

Значения А^ в зависимости от коэффициента — и 1,0 0,9 0,85 0,75 0,7 0,65 0,577

Акр 1,0 0,95 0,89 0,79 0,70 0,557 0

Вопросами раскроя пиловочного сырья занимались многие научно-исследовательские институты и организации: ЦНИИМОД, ЛТА, БТА, МЛТИ АЛТИ, УкрНИИМОД. По данным ЦНИИМОД, при раскрое необрезных досок по длине на две или три короткие заготовки, размер зоны «досок полной длины» ( Акр ) увеличивается за счет включения досок, перерезаемых на две или три части, а не укорачиваемых [2]. При поперечном раскрое необрезных досок на две части пифагорическая зона составляет Акр = д/1,22^2 - 0,22В2, а при поперечном раскрое на три части - Акр = -0,12£>2 .

Развитие теории максимальных поставов было продолжено в работах Д.Ф.Шапиро [5]. Он преложил графический метод расчета поставов при различном количестве досок. Им дан анализ влияния на выход пиломатериалов диаметра, длины и сбега бревна.

Дальнейшее развитие теория раскроя получила в работах А.Н.Песоцкого. [3,4] А.Н.Песоцкий установил, что снижение объемного выхода и рассеивание размеров пиломатериалов происходит вследствие эллиптичности поперечного сечения бревна, кривизны, неточности сортировки и погрешностей базирования. Отмечается, что снижение выхода при эллиптичности ±2см составляет 3-4% . Рассеивание ширин пиломатериалов происходит в зависимости от направления эллиптичности поперечного сечения бревна относительно оси постава и снижается при распиловке бревна большей осью под углом 45° к горизонтали. При анализе влияния сбега на объемный 7 выход пиломатериалов указывается, что увеличение сбега и вызванное этим фактическое увеличение объема бревна не дают пропорционального увеличения выхода пиломатериалов. Для снижения влияния сбега бревен на выход пиломатериалов их желательно укорачивать.

Г.Д.Власов предложил метод расчета среднего диаметра для спецификации сырья с точностью 3-5%. Он ввел понятие постава, который учитывает требования стандартов и технических условий на пиломатериалы .[6,7]

В.А.Залгаллером разработан графический метод составления максимальных поставов, основанный на геометрическом признаке экстремума. Предложенный В.А.Залгаллером метод позволил приблизшъ теорию максимальных поставов к условиям производства [8] .

Г.Г.Титковым установлены зависимости оптимальной толщины пиломатериалов от их положения в поставе, определен охват диаметра бревен поставами пил [9] .При расчете учтены потери древесины в рейку, на пропилы и усушку. Он определял оптимальные толщины обрезных пиломатериалов по коэффициенту использования сырья на выработку каждой обрезной доски развальным способом: где К- коэффициент использования сырья, затраченного на выработку каждой обрезной доски;

V площадь поперечного сечения обрезной доски номинальных размеров;

-площадь части поперечного сечения бревна, затраченного на выработку обрезной доски номинальных размеров.

Схема определения площадей Fo и Рс представлена на рис. 1.2

По результатам расчета построены графики (рис. 1.3.) Чем больше расстояние от оси постава до наружной пласта доски, тем меньше коэффициент использования. По аналогичным графикам для каждого диаметра бревна с учетом номинального сбега были выбраны оптимальные толщины досок в зависимости от их положения в поставе и толщины, и разработан график определения оптимальной толщины обрезных пиломатериалов, который представлен на рис. 1.4.

О ОЛ ОЛ 0£ ал 0£ М 0,7 ал 09И голщит доски а далях к

Рис. 1.2 Схема определения коэф- Рис 13 к е шменения коэффицифициентов использования сырья ентов использования сырья при выра. при распиловке бревне вразвал ботке обрезных досок по Г.Г.Титкову по Г.Г Титкову

8 Ж а а) X К а

Я ■Ч

О N

4* а дг о,г да цч 0,5 а>в <р цв ф

Расстояние до внутренней пласти доски, в долях радиуса вершинного тоока бревна

Рис. 1.4. График определения оптимальной толщины обрезных досок по Г.Г.Титкову

М.Н. Гутерманом определены толщины досок в зависимости от охвата бревен поставом. Охватом бревна поставом называется расстояние между наружными пластями крайних боковых досок постава. Даны рекомендации по раскрою бревен с эллиптичностью поперечного сечения [10].

Развитие и уточнение теоретических положений объемного использования древесины даны П.П.Аксеновым. [11,12,13,14]. В основу теории положен принцип сокращения потерь древесины в рейку по торцу и длине бревна. Установлено, что при выработке пиломатериалов заданных размеров потери в усушку не могут быть уменьшены за счет составления более рациональных поставов. Отмечается, что при распиловке бревен часть опилок, прилегаю9 щих к пропиленным поверхностям досок, не зависит от поставов, т.е. при заданных размерах досок и известной ширине пропила эти потери будут постоянными, независимо от того, насколько рационально составлен постав. Часть опилок, прилегающих к пропиленным поверхностям кусковых отходов (горбылей, реек), зависит от постава, но составляет 15- 20 % от общего объема опилок. Поэтому отходы в опилки определяются в основном шириной пропила и требуемыми размерами досок.

Сравнивая развальный и брусово-развальный методы раскроя П.П. Аксенов отмечает, что развальный способ распиловки эффективен в случае, когда невозможно получение заготовки минимально допустимых размеров из сегмента, полученного за брусом. [12,13]

Исследования объемного выхода расширены Н.А.Батиным. Он установил количественную зависимость объемного выхода пиломатериалов от размеров и формы сырья, поставов, ширины пропилов, способа раскроя бревен и необрезных досок. Им предложен графоаналитический метод расчета поставов и выбора оптимальных толщин досок. Н.А.Батин впервые дал общее теоретическое решение задачи об эффективности распиловки брусово-развальным способом по сравнению с развальным [15]. Влияние ширины пропила и количества пар досок на объемный выход Н.А.Батиным представлено на графиках, ширина пропила выражена в долях радиуса вершинного торца бревна. Оптимальное количество пар досок зависит от ширины расхода постава. В целом, с увеличением ширины постава оптимальное количество пар досок увеличивается, что связано с особенностями раскроя параболической зоны бревна и снижением относительной величины расхода древесины в опилки. С увеличением ширины пропила объемный выход пиломатериалов и количество пар досок уменьшается.

Теоретические и экспериментальные исследования способов раскроя крупномерного сырья для условий Сибири и Дальнего Востока были проведены В.Ф. Ветшевой [16,17]. Ею разработаны графики расчета поставов для распиловки крупномерного сырья на один, два и три двухкантных бруса, а

10 так же выявлены закономерности распределения качественных зон внутри бревна на основе показателя удельной насыщенности древесины сучками в соответствующих зонах.

А.Г.Лахтанов, Л.А.Зайцева установили, что в случае продольного раскроя брусьев по сбегу с целью наилучшего использования древесины, его оптимальная толщина увеличивается [18] (табл.1.2.).

Таблица 1.2.

Оптимальная толщина брусьев

Коэффициент сбега Шё 1,0 и 1,2 1,3 1,4

Толщина бруса в долях диаметра бревна 0,707 0,740 0,768 0,793 0,814

Ими также рассмотрен раскрой брусьев на несколько частей по длине. Сделан вывод, что раскрой рациональнее производить на два или три отрезка по длине, так как при этом отмечается резкое увеличение объемного выхода по сравнению с длинномерным брусом. Дальнейшее увеличение числа отрезков по длине также приводит к увеличению объемного выхода, но с меньшим его увеличением. Максимальный объемный выход получается при раскрое брусьев по сбегу.

Продольный раскрой пиловочных бревен на три бруса и оптимальные размеры этих брусьев определены в работе А.Г.Лахтанова, Н.Н.Батиной [19]. Задача решается путем вписывания в вершинный торец бревна прямоугольников максимальной площади. В результате получены оптимальные размеры брусьев Ис=0,528(1 (сердцевинный брус) , И6=0,162(1 ^боковой брус), НИ =0,85(1. Рассмотрен вариант, когда необходимо получать брусья одной толщины, при этом оптимальные размеры брусьев: Ис=Иб=0,265с1, ¿¡И=0,795с1. Данный способ раскроя рекомендуется применять не только для бревен крупных диаметров, но и для бревен мелких диаметров, т.е. раскрой на три заготовки, что соответствует раскрою вразвал.

Раскрой сегментов на обрезные пиломатериалы исследован в работе [20,21] В.Г. Уласовца. (рис.1.5). Определяются оптимальные ширина и длина досок, выпиливаемых из сегментов. Отмечается, что при раскрое сегментов и получаются односторонне обрезные доски, задача решается путем вписывания в пласть необрезной доски прямоугольников максимальной площади.

В результате раскроя получены формулы для определения размеров досок: по ширине:

Ь0=±[у1з(02-Е2) + А2 -2А], (1.5) о где Ъ0- оптимальная ширина доски;

О - диаметр бревна в комлевом торце.

Е - расстояние между симметричными пластями необрезных досок.

А - расстояние между симметричными пластями сегментов; и по длине:

К -Е2у- (А2 + Ау1з(02-Е2) + А2)], (1.6) где Ь - длина бревна.

Введен термин нифагорической зоны сегмента, которая определяется д/0 -0.5£)2) -0.5А(А + ^(В2 +А2 , (1.7)

При А>0 ширина пифагорической зоны сегмента меньше ширины пи-фагорической зоны бревна.

Влияние кривизны и сбега пиловочника на длину и ширину досок определено В.Г.Турушевым. Наибольшее снижение объемного выхода еловых пиломатериалов при равномерном увеличении градации досок по длине наблюдается в том случае, когда длина бревен кратна величине градации. Уменьшение выхода на 1-1,5% происходит за счет укорочения боковых досок. При выпиловке досок длиной до 4,2 м уменьшение объемного выхода составляет в среднем 0,4% [22]

В работе Г.И Стоева дается математический расчет максимального выхода обрезных пиломатериалов при условии равенства объемов расхода древесины в опилки и рейку. Но с целью приведения размеров пиломатериалов к стандартным необходим подбор досок в поставе, при этом равенство объемов становится приближенным. [24] Оптимальные размеры пиломатериалов, выпиливаемых за брусом, определены В.А Клюевым, В.П.Покотило [25,26] Рассмотрены несколько вариантов, после решения задачи оптимизации выведены формулы (рис. 1.6.)

В условиях лесопильных предприятий небольшой мощности интерес представляет вариант раскроя при получении боковых досок шириной, равной толщине бруса или выпиловка двух брусьев одной толщины и боковых досок шириной, равной толщине бруса. Анализ раскроя на пиломатериалы размерами сечения 44x100мм с использованием формул [25] показал, что оптимальным будет диаметр 18 см. При выпиловке бруса толщиной на 100 мм и за ним досок толщиной 44мм, из бревен диаметром больше 18 см, получается рейка больших размеров, требующая дополнительной обработки.

В этой же работе В.А Клюев рассмотрел вопрос о количестве толщин тонких досок, выпиленных за брусом. Отмечается, что получение боковых пиломатериалов одного (оптимального) размера по толщине из бревен одного диаметра не снижает объемный выход пиломатериалов. При выпиловке боковых досок одной толщины из всех диаметров бревен отмечается снижение объемного выхода ввиду отклонения размеров по толщине от оптимальных размеров. Рекомендуется принимать толщину боковых досок равной оптимальной толщине для среднего диаметра бревен, поступающих на предприятие в расчетный период.

Влияние ширины пропила на баланс древесины, установлено Г.Ф. Прокофьевым [27], З.АВолковой [28].При увеличении ширины пропила на 1 мм объемный выход пиломатериалов снижается на 1,03. 1,59% в зависимости

13 от диаметра бревна, объемный выход опилок и технологической щепы увеличивается на 3,75. 3,01 и 2,64. 1,34% соответственно.

Ь=Ь2

Я = 1.05г, 6 = 0.327/

Я = 0.458г, Ь — 0.373/

НЬ2

-^ 2 2

НЮ ню

N 2

Л 2

Ь =

-ЗЯ + л/Я2+32Г2

16

А = ^2 = ьз

- ЗЯ + >/я2 + 32/-2

6 =

24

1 = Ъ2 = Ьг = 64

-3я + л/я2+32г2

6 =

36

Рис. 1.6. Оптимальные толщины пиломатериалов, вырабатываемые за брусом по В.А.Юпоеву.

По данным исследований И.В.Соболева, низкая точность пиления снижает объемный выход пиломатериалов при рамной распиловке на 0,8%. Основными причинами погрешностей распиловки являются колебания фактической посылки, затупление инструмента и изменение степени натяжения пил (жесткости)[29].

Для повышения жесткости пил и точности пиления на ленточнопиль-ных станках Г.Ф. Прокофьев предлагает установить аэростатические односторонние отжимные направляющие.[30]

По данным исследований Зайцевой Л.А.[31] тонкомерное пиловочное сырье наиболее эффективно перерабатывать на пилопродуцию и технологическую щепу, несмотря на то, что коэффициент комплексного использования меньше, чем при его переработке только на технологическую щепу. Получение тонкой пилопродукции из центральной части пиловочного бревна менее эффективно. По данным исследований Б.И.Кошуняева [32], максимальный диаметр бревен, параболическую зону которых эффективно перерабатывать на технологическую щепу, зависит от соотношения стоимости пиломатериалов и технологической щепы. Например, если стоимость щепы составляет 0,23 от стоимости пиломатериалов, то параболическую зону бревен диаметром 14см целесообразно перерабатывать на технологическую щепу.

Все рассмотренные выше работы посвящены симметричным поставам. Распиловка пиловочного сырья часто производится поставом несимметричным относительно его оси. Исследования несимметричного раскроя начаты в работах А.Н. Песоцкого [3]. Схема раскроя несимметричным поставом представлена на рис. 1,7.

Рис. 1.7 Схема раскроя несимметричным поставом по А.Н.Песоцкому

Согласно обозначениям, принятым на рисунке, ширина наибольшей пласти пиломатериала вычисляется по формуле: д

В = у1а2 -(2Н-у/ы2 -Ь2)2

1.8)

Требуемый диаметр бревен для получения брусьев с пластями В и в:

1.9)

В работе Е.С Хухрянской [33] расчет несимметричного постава ведется методом линейного программирования.

Распиловка бревен параллельно одной или обеим образующим рассмотрена в работах А.Г.Лахтанова [34], И.И. Сидорова [35,36], Турушева В.Г[37], Алексеева Е.А.[38]

В работе [34] для определения оптимальных размеров пиломатериалов по ширине (Ь0) и длине (/0), получаемых со стороны образующей, противоположной базовой поверхности, в пласть необрезной доски, полученной на расстоянии е от центра бревна, вписывают прямоугольник Ьх1 максимальной площади поперечного сечения (рис1.8.)

Рис. 1.8. Схема раскроя по образующей по А.Г.Лахтанову.

При этом оптимальный радиус сечения бревна, в котором можно получить обрезную доску с максимальным объемным выходом в зависимости от ее положения от оси бревна до наружной пласта доски можно определить по г с формуле е + г) + у1(е + г)2 +5К 5 2

1.10)

При известном оптимальном радиусе определяются оптимальные размеры пиломатериалов по ширине:

Ь0=2рг0(г + е)-(г + е)2 (1.11) и по длине:

1.-^1 (112) Выведена формула расчета критического расстояния, при котором длина доски равна длине бревна:

3rL-RL rQ-Kz) ,л

Вопросами особенностей радиальной распиловки занимались А.В.Минаев, А.А.[39], А.А Янушкевич.[40,41], Л.К.Осипова [42].

Радиальность получаемых досок характеризуется углом между касательной к годичному слою и пластью доски. А.В Минаев отмечает, что у древесины лиственницы более выражена разность между радиальной и тангенциальной усушкой, что приводит к короблению и появлению трещин в процессе сушки. Автор отмечает, что полурадиальные пиломатериалы сохраняют форму и предлагает уменьшить угол радиальности с 60 до 45, что приведет к увеличению ширины постава. Приведен расчет зоны радиальности для крупных диаметров бревен (50 см и более).

A.A. Янушкевич приводит расчет критической зоны радиальности при угле 60. Половина зоны радиальности: а) при распиловке бруса: xj=0,277d (1.14) б) при распиловке сегмента: х2 = 0.277 • (Vr2 -0.77е2 + 0.96е (1-15) в) при распиловке сектора: з =0.376 (л//-2 -0.283е2 +1.31«? (116)

В работе Н.Н.Батиной [43] произведен расчет объема горбылей при разной величине сбежистости бревна и расходе ширины постава на пиломатериалы. Расход ширины постава учен в виде коэффициента а = —. По рес1 зультатам расчета сделан вывод, что при а<. 1 необходимо дополнительно перерабатывать горбыли для достижения более рационального использования древесины, предлагается перерабатывать на тарную дощечку и мелкую продукцию.

В зависимости от последовательности технологических операций процесса при брусово-развальном и развальном способах раскроя пиловочного сырья объем горбылей влияет на производительность лесопильного потока. Узкие подгорбыльные доски, количество которых достигает 25 %, фактически не обрезаются и, перемешиваясь с горбылями, способствуют образованию завалов. [44,45].Использование горбылей влияет на эффективность использования древесного сырья.

Кроме традиционных, известны и ограничено применяются специальные способы раскроя пиловочного сырья.

В США разработан способ раскроя бревен на секторы с получением из них призматических заготовок. При этом методе из бревна выпиливается 8 секторов, каждый из которых обрабатывается в призматическую заготовку с поперечным сечением в виде равнобокой трапеции. После сушки и строгания заготовки склеиваются в блоки требуемых размеров и раскраиваются в дальнейшем на заготовки любых размеров. Секторный способ раскроя позволяет добиться максимального охвата торца бревна, который составляет 90%. Склеивание в блоки по боковым граням и основаниям трапеции дает возможность получить заготовки повышенной формоустойчивости. [46]

В другом случае, оцшшндрованное бревно раскраивается на четырех-кантный брус квадратного сечения и четыре сегмента. Обапол (сегменты) укладывают в отдельные штабеля и сушат. Затем вырабатывают заготовки в виде равнобокого треугольника и склеивают (рис. 1.9).

В Воронежском лесотехническом институте предложен способ получения клееных пиломатериалов.[47] Бревно подвергают предварительной оци-линдровке и раскрою на равнобедренный шестигранник, от которого с одной стороны отпиливается заготовки в виде треугольников. Брус и заготовки высушивают и склеивают в заготовку прямоугольного сечения. Второй вариант предусматривает получение восьмигранника, и четырех треугольных заготовок. Брус и заготовки высушивают и склеивают в в заготовку прямоугольного сечения (рис. 1.10.)

Рис. 1.10. Схема раскроя бревен

В. А. Чер винский предложил способ получения клееных заготовок радиальной распиловки. [48] Раскрой бревна ведется на п равных секторов в зависимости от принятого угла радиальности, с последующей сушкой и склеиванием. Склеивание осуществляется путем совмещения радиальных поверхностей: присердцевинную часть одного сектора совмещают с периферийной частью другого, а комлевые части с вершинными.

Педложен способ получения шпал. Оцилиндрованное бревно обрабатывается на фрезерном оборудовании путем профилирования боковых поверхностей шпал и дальнейшего раскроя сортимента на шпалы и центральные доски. Диапазон диаметров бревен от 8 до 20 см. При небольших диаметрах бревен предлагается получить одну центральную доску-вырезку [49]. При операции оцилиндровки сбеговая зона перерабатываетсяг в технолоиче-скую щепу.

Также предложен способ раскроя, при котором бревно по длине разбито на три части: зону здоровых сучков, зону заросших сучков, бессучковую зона [50].Оценивается качество бревна по сучкам, раскраивается на три части по длине, в зависимости от качества, каждую часть раскраивают определенным образом для получения более высокого качества заготовок. Недостатком данного метода является получение коротких пиломатериалов, дополнительные затраты на сортировку пиловочного сырья по качеству, необходимость в специальном оборудовании, индивидуальный характер раскроя. Преимуществом является специальный раскрой каждой зоны, который учитывает особенности строения древесины, и дает возможность получения заготовок более высокого качества (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Раскрой на заготовки в зависимости от сечения по длине

В другом случае предложен раскрой сортиментов на один брус и две равнобокие трапеции с последующей их склейкой в заготовки прямоугольные сечения. Раскрой производится на пиломатериалы толщиной 30 мм и заготовки в виде трапеций толщиной 32 мм. Сторона трапеции получается всегда одной длины и одинаковым углом наклона, что обеспечивает возможность склеивания. Для рационального использования поперечного сечения бревен разных диаметров предложены различные схемы раскроя. Даны варианты раскроя для бревен диаметрами от 80 мм до 220 мм с градацией 10 мм. Критерием оценки является получение наибольшего объемного выхода пиломатериалов и заготовок [51] (рис. 1.12.). за

34

30

34 1 7

30

30

30

Рис. 1.12. Схемы раскроя пиловочного сырья различных диаметров.

Францией запатетновано [52] получение заготовок одного размера сечения ахЬ. Для решения задачи предлагается раскрой бревен развальным способом на необрезные доски одной толщины а и сегменты Раскрой необрезных досок ведется параллельно сбегу на прямоугольные заготовки с размером поперечного сечения ахЬ и на заготовки в виде трапеции с размером по ширине, меньшим, чем Ь. Заготовки в виде трапеций склеивают по ширине, при этом из-за разных, не регламентированных размеров заготовок по ширине и углов наклона сторон грапеций к их основаниям, требуется сортировка, подборка возможных вариантов склеивания, допускается ориентация заготовок при склеивании: вершинный горец одной заготовки соединяется с комлевым горцем другой заготовки. Склеенное полотно раскраивается на заготовки шириной />. (рис. 1.13.).

Рис 1,13. Схема раскроя пиловочного сырья на заготовки патент (Франция)

Раскрой сегментов ведется на заготовки шириной а, формирование верхней пласти заготовки осуществляет по сбегу горбыля-сегмента, при этом пласти заготовки непараллельны друг другу. Предлагается дальнейшая сушка и склеивание заготовок в полотно толщиной а. и дальнейший раскрой на требуемые заготовки.

К достоинствам данного способа можно отнести более полное использование сбеговой зоны бревна. Но возникает вопрос о допускаемом количестве швов в полученных заготовках и, следовательно, процент отбраковки заготовок по этому требованию. Кроме того, любой процесс склеивания заготовок требует дополнительных затрат, а в данном случае затраты еще увеличиваются.

УкрНИИМОД для исключения из процесса обработки длинных горбылей предложил способ получения мерных горбылей, с размерами по длине, позволяющими сбрасывать их в люк за рамой. Для этого предлагается в процессе распиловки бревна производить поперечные надрезы, перерезая горбыль. [53]. В производственных условиях недостатком данного метода может быть отсутствие точного базирования и в результате смещение бревна, получение запилов на поверхности пиломатериалов с одной стороны и недостаточное перерезание - с другой.

Также предложен способ раскроя тонкомерного сырья (</<18см) на заготовки с профилем трапеция и секторы для производства клееных пиломатериалов. Увеличение объемного выхода по сравнению с традиционными способами раскроя составляет 10.30% [54].

Низкокачественные тонкие пиломатериалы могут быть использованы на заготовки для поддонов, средний выход составляет 42,5% [55].

Одним из важнейших параметров продольного раскроя лесоматериалов является соотношение толстых и тонких досок. В.Г.Турушевем [56] установлено, что соотношение объемов центральных и боковых досок формируется под влиянием трех основных факторов: точности сортирования бревен по диаметрам, точности базирования бревен и брусьев. Степень влияния этих

23 факторов на закономерности потока пиломатериалов зависит от диаметра бревна, охвата брусовой зоны постава центральными досками, сбега и длины бревна, ширин пропилов. Наиболее приемлемым условием сбалансированности потока пиломатериалов является ограничение наибольшей толщины бруса 0,75(1. Выявлена тенденция увеличения объема тонких досок с возрастанием величины смещения бревен и брусьев относительно оси постава перед раскроем. Снижение общего выхода при этом происходит за счет уменьшения выхода толстых досок, которое обусловлено их укорочением из-за обзола. Сокращению этих потерь способствует рациональное использование пла-сти бруса при раскрое за счет повышения точности сортирования бревен по диаметрам и улучшения базирования бревен и двухкантных брусьев.

По теории раскроя, наиболее рациональное использование древесины достигается при раскрое пифагорической зоны бревна на толстые и средние доски, с минимальным количеством пропилов. Параболическую зону традиционно раскраивают на тонкие пиломатериалы. Но при поточном рамном методе распиловки влияние смещения оси бревна относительно оси постава приводит к неэффективному использованию параболической зоны бревна. Вопросы влияния погрешностей базирования бревен и брусьев и их смещения в процессе распиловке рассмотрены В.Г. Кулишом [57], А.В.Кучиным [58,59], Прокофьевым Г.Ф. [60]. В работе [58] экспериментально установлено, что среднее значение смещения бревен составляет 7,4 мм, брусьев - 18,2 мм, при интервалах рассеивания соответственно ±22,8мм и с целью +63,9 мм. Потери объемного выхода в среднем составляют 3,5 %. Величина потерь зависит от величины запаса пласта бруса и описывается уравнением

АО = -4.995г + 7.193, (117) где АС?-потери объемного выхода ъ- запас пласта бруса.

По данным исследований Г.Ф.Прокофьева, снижение объемного выхода при смещении оси бревна относительно оси постава с 0 до 20мм на первом проходе составляет 1,37%, на втором проходе - 5.12%

Пиломатериалы без дальнейшей обработки практически не используются, их перерабатывают на строганый погонаж, детали стандартных домов, мебельные заготовки. Получение заготовок в основном производится из обрезных досок.

На выход заготовок оказывает влияние способ и метод раскроя досок. Исследование влияния способов раскроя на заготовки различного назначения посвящены работы А.Н.Песоцкого, П.П.Аксенова, В.С.Ясинского, Ф.М.Фишкиной, Н.А.Попова, И.П.Кожевникова, Ветшвой В.Ф.

Рассматривая влияние продольно-поперечного и поперечно-продольного методов раскроя на выход заготовок из обрезных и необрезных пиломатериалов Ф.Л.Фишкина [61-64], Н.П.Кожевников [65.67] и другие авторы отмечают, что при продольно-поперечном способе раскроя увеличивается выход длинномерных заготовок. Проведенные исследования по определению выхода заготовок при групповом и индивидуальном методах раскроя показали, что выход заготовок при индивидуальном методе раскроя выше, чем при групповом в среднем на 3-7%.

B.C. Ясинский [68] отмечает, что при поперечном раскрое пиломатериалов существенную роль в уменьшении потерь древесины в торцовые срезки имеет градация длин заготовок, а при продольном - ширины заготовок.

Однако, несмотря на проведенные исследования в каждом конкретном случае необходимо подбирать наиболее рациональный метод раскроя пиломатериалов на заготовки с учетом всех технологических факторов.

Раскрой необрезных досок на заготовки повышает объемное использование сырья на 6.8%.[69].

C.Н.Рыкунин [70]определял выход заготовок из березовых пиломатериалов с учетом и без учета пороков, в результате чего установил коэффици

25 ент качества, учитывающий отходы из-за несоответствия качества пиломатериалов и заготовок. Коэффициент качества определялся в зависимости от относительной насыщенности пластей досок пороками к площади пласта досок, выраженной в процентах.

Р.Н. Мацюк [71] в своей работе исследовал зависимость качества пиломатериалов от наружной сучковатости еловых бревен, в результате чего была составлена математическая модель, характеризующая изменение относительной насыщенности пиломатериалов сучками. Оценку качества производил по их линейной насыщенности сучками и по шкале качества заготовок вывел математическую модель выхода заготовок.

На выход заготовок оказывает влияние насыщенность пороками и их распределение по длине и ширине доски. Пороки и дефекты, допускаемые в пиломатериалах, но не допускаемые в заготовках, делят доску при раскрое на более короткие бездефектные отрезки, из которых вырабатываются требуемые заготовки. В результате раскроя, кроме отходов по дефектам и порокам, недопустимых в заготовках, будут отходы из-за несоответствия размеров бездефектных отрезков и заготовок.

Исследования оценки качества пиломатериалов по бездефектным отрезкам, проведенные В.М.Сытенековым, Б.М.Заливко, И П.Кожевниковым и другими показали, что градация длин заготовок и градация получаемых бездефектных отрезков оказывают существенное влияние на выход заготовок.

В.М.Сытенков [71] исследовал количественную, качественную и спе-цификационную взаимосвязь хвойных пиломатериалов и заготовок. С помощью коэффициента градации он установил, что с увеличением числа одновременно выкраиваемых заготовок по длине и ширине доски полезный выход повышается. Повысить полезный выход на 4-5% можно за счет комбинированного плана раскроя, то есть одновременного выполнения спецификаци-онных групп заготовок. Относительное увеличение коэффициента использования пиломатериалов в основном зависят от количества делящих эффектов, приходящихся на единицу длины доски.

Для повышения выхода заготовок из пиломатериалов с пороками Б.М.Заливко [72,73] предлагает отсортировать их на две группы в зависимости от количества пороков, приходящихся на единицу длины. Установил, что длины бездефектных отрезков зависят от среднего количества пороков в пиломатериалах, а степень пригодности досок для раскроя их на заготовки характеризуется средним количеством пороков, недопустимых в заготовках.

Предложенные методы оценки качества упрощают подбор пиломатериалов необходимого качества и позволяют достаточно точно планировать их раскрой на заготовки заданных размеров.

Раскрой отпада от пиломатериалов экспортного назначения на черновые заготовки для мебели рассмотрен Суровцевой Л.С. Выход заготовок в зависимости от сорта пиломатериалов составляет 30-60%. Из сосны выход заготовок меньше, чем из ели на 9-12%.[75,76].

По данным ЦНИИМОД [77], в балансе хвойного пиловочного сырья при выработке пиломатериалов по ГОСТ26002-83э пиломатериалы экспортные длиной от 0,45 до 2,4 м составляют 2%,пиломатериалы попутные длиной

0,5-0,9м-2%, обапол-2,6% кусковые отходы (горбыли, рейки, торцовые срезки) составляют 34%.

Получение заготовок из пиломатериалов приводит к появлению дополнительных отходов [78], которые в среднем составляют 40%, в том числе пилки -5%, стружка — 20, кусковые отходы 15% (табл. 1.3)

Таблица 1.3

Средневзвешенный выход столярных деталей из обрезных пиломатериалов

Детали Выход деталей, % по сортам пиломатериалов Отходы, % по сортам пиломатериалов

I П Ш IV I П III IV

Оконные переплеты 71 67 58 54 29 33 42 46

Коробки оконные и дверные 73 70 66 60 27 30 34 40

Строганый погонаж 68 62 58 55 32 38 42 45

Раскрой бревен на пиломатериалы и заготовки различных профилей поперечного сечения в условиях домостроительных комбинатов рассмотрен в работах В.С Межова и В.С.Ясинского. Заготовки предлагается вырабатывать трех профилей сечения (треугольник, трапеция, пятигранник) и в дальнейшем склеивать. При этом предлагается уменьшить использование центральной зоны бревна брусом и толстыми досками. Объемный выход возрастает по сравнению с раскроем брусовым методом на3-7 %. [79.81]

Таким образом, в настоящее время массовыми способами раскроя пиловочника являются развальный и брусово-развальный. Раскрой осуществляется на обрезные пиломатериалы прямоугольного поперечного сечения.

Большую долю от общего выхода пиломатериалов составляют пиломатериалы, полученные из пифагорической зоны поперечного сечения бревна. Теорией раскроя достаточно полно рассмотрен вопрос рационального использования этой зоны. Раскрою параболической зоны уделено меньше внимания. Отмечается, что рациональность использования улучшается при делении боковой зоны по длине на две, три части, так же при уменьшении минимально допустимых размеров пиломатериалов, вписываемых в нее. Но раскрой ведется, в основном, на заготовки только прямоугольного сечения, что не учитывает особенности формы сегментной зоны. Заготовки и различную строганую продукцию получают из длинномерных обрезных пиломатериалов. В то же время, размеры сегментной зоны позволяют получать из них такие заготовки.

В результате анализа литературных источников определена цель работы: на основании теоретических и экспериментальных исследований повысить эффективность использования пиловочного сырья за счет рационального раскроя сегментной зоны пиловочного бревна на заготовки различного назначения.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

- разработать математические модели раскроя сегментной части пиловочных бревен на заготовки различных профилей;

- обосновать параметры профильных заготовок, получаемых из периферийной части пиловочных бревен;

- установить минимальные размеры сегментов, которые целесообразно использовать на производство профильных заготовок в зависимости от охвата пифагорической зоны;

- провести экспериментальную проверку основных теоретических положений;

- разработать варианты основных технологических схем производства заготовок из сегментной зоны;

- разработать алгоритм определения эффективности получения заготовок различных профилей сечения из сегментной части пиловочного сырья;

- обосновать рекомендации по формированию поставов на распиловку круглых лесоматериалов с учетом получения п илопродукции из сегментной зоны.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСКРОЯ ПАРАБОЛИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ПИЛОВОЧНЫХ БРЕВЕН НА ЗАГОТОВКИ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

Общие выводы и рекомендации

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по повышению эффективности использования параболической зоны пиловочного сырья на заготовки различного назначения позволяют сделать следующие основные выводы:

1. решена задача повышения эффективности использования пиловочного сырья за счет раскроя сегментной зоны бревна на заготовки различных профилей сечения;

2. установлена взаимосвязь между размерами сегментов и заготовок различного назначения;

3 . эффективность использования сегментной зоны на заготовки при изменении сбежистости круглых лесоматериалов в диапазоне 5(0.0,45)^ уменьшается и составляет для профилей поперечного сечения: «трапеция» (0=87.57%), «выборка в четвертъ»(0=66.38%), «прямоуголь-ник»(0=60.36%), «переменной толщины» (0=60.30%);

4. определены зависимости размеров и выхода заготовок от сбежистости бревен и охвата пифагорической зоны пиловочного сырья; в зависимости от охвата пифагорической зоны в долях вершинного диаметра сбе-жистость не оказывает влияние на размеры заготовок, выпиливаемых из сегментов: для Н=0,6^ (э<0,2</); для #=0,7с! (я<0,15</); для #=0,8^ (*<Я,1</);

5. расположение заготовок относительно оси сегмента (симметричность) определяется коэффициентом толщины; для заготовок с профилем «выборка в четверть» наибольший объемный выход соответствует заготовке с коэффициентом 1,77; для заготовок с профилем «переменной

144 толщины» рекомендуется принимать коэффициент толщины менее 1,5 в зависимости от требуемых размеров заготовки;

6. определено изменение объемного выхода заготовок при установлении их размеров по стандартам или требованиям потребителей; влияние изменения ширины заготовок на объемный выход с увеличением охвата пифагорической зоны уменьшается и в зависимости от сбега круглого сортимента составляет для: //=0,6(1 и $<0.2с1 - Л0=9,0%, $>#.24 -Д05,50%; Я=0,74 и .<¡<0.15с1 - ДО~7,8%, з>0./54- АО-1,6%; #=0,84 и Ж0./4- Д0^2,8%, я>0./4- Д(>=2,1%;

7. определена зависимость размеров и объемного выхода заготовок при поперечном и продольном раскрое сегмента на несколько заготовок;

8. рекомендуется производить поперечный раскрой сегментов при сбеге бревна более £>0,154 и диаметре бревна 4>24см; продольный раскрой по ширине ограничивается минимальными размерами боковых заготовок и рекомендуется при охвате пифагорической зоны //<0.74 и диаметре бревна 4^28см;

9. обоснован критерий эффективности получения заготовок различных профилей поперечного сечения, который учитывает размерные и потребительские характеристики заготовок различного назначения;

10.создано программное обеспечение для оценки эффективности получения заготовок различного профилей с учетом влияния факторов: сбега круглых лесоматериалов, охвата пифагорической зоны поставом, смещения оси бревна относительно оси постава;

11. организация производства профильных заготовок наиболее целесообразна прежде всего на предприятиях небольшой производственной мощности, расположенных близко к местам лесозаготовок, где сегментная зона круглых лесоматериалов используется нерационально;

12.алгоритм рационального раскроя параболической зоны бревен на заготовки может быть положен в основу производственных инструкций и технологических режимов для промышленных предприятий;

145

13.структурно-технологические схемы производства заготовок различного назначения с набором основного технологического оборудования является базой систем машин и оборудования для производства заготовок в условиях лесопильных предприятий.

14.Технологические рекомендации использованы в производственной деятельности ООО «Северлес» г. Архангельск при продольном раскрое горбылей-сегментов на профильные заготовки. Акт приемки-сдачи работ приведен в прил. П.4.

1. Фельдман Х.Л. Система максимальных поставов на распиловку- М: ГЛТИ.,1932

2. Песоцкий А.Н. Проектирование деревообрабатывающих предприятий-М: Лесн. промыш-сть, 1966. 352 с.

3. Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. М.: Лесная промышленность,1970. -432 с.

4. Песоцкий А.Н. Лесопильно-строгальное производство. М.-Л.:ГЛБИ, 1949.-755 с.

5. Шапиро Д.Ф. Лесопильно-строгальное производство.-Л.: Гослестехиздат, 1935.-508 с.

6. Власов Г.Д. Упрощенный метод расчета необходимых размеров сырья по спецификации пиломатериалов /Лесная промышленность, 1945, №11 с.20-23.

7. Власов Г.Д. Система поставов с использованием минимальных обзолов, допустимых в пиломатериалах.//Науч.труды/ЛТА Л.:ЛТА,1949,№65 с. 149-166.

8. Канторович Л.В., Залгаллер В.А. Рациональный раскрой промышленных пиломатериалов. Издание второе Новосибирск: Наука, 1961- с. 171-216.

9. Титков Г.Г. Краткое руководство по составлению и расчету поставов. М.-Л.,1955, 50с.

10. Ю.Гутерман М.Н. Основные вопросы теории первичного раскроя древесины на лесозаводах. // Научн.труды/ЦНИИМОД. ГЛБИ, 1950, №51-с.81-94.

11. П.Аксенов П.П. К вопросу о раскрое бревен на спецификационные пиломатериалы. // Научн.труды/ЦНИИМОД. ГЛБИ, 1951, с 81-94.

12. Аксенов П.П. и др. Технология пиломатериалов— М.: Лесн.пром-сть,1976.- 480с.

13. Аксенов П.П. Раскрой бревен на пиломатериалы. М.-Л.:ГЛБИ, 1951-176с.

14. Аксенов П.П. Теоретические основы раскроя пиловочного сырья. M.-JI. ГЛБИ, 1960.-216с.

15. Батин H.A. Теоретические и экспериментальные исследования раскроя пиловочного сырья. Автореф. дисс.д-ра тенх.наук. - Минск: 1964. -438с.

16. Ветшева В.Ф. Особенности раскроя крупномерных бревен.//Деревообр. пром-сть,- М.: 1970, №4 -С.11-12

17. ВетшеваВ.Ф. Раскрой крупномерных бревен на пиломатериалы М.: Лесная промышленность,1976. -168с.

18. Лахтанов А.Г., Л.А.Зайцева Определение толщины бруса при раскрое его на п отрезков по длине. //Механическая обработка древесины,- Минск: Высшая школа,1978 , №8-С. 14-18.

19. Лахтанов А.Г., Батина H.H. Определение оптимальной толщины брусьев.// Механическая обработка древесины,- Минск: Высшая школа,1977, №7 -С.3-7.

20. Н.А Батин, В.Г.Уласовец. Теоретические основы раскроя сегмента на обрезные пиломатериалы. //Механическая обработка древесины Минск: Высшая школа,1983, №13- С. 3-7.

21. В.Г. Уласовец. Методы раскроя сегментов и боковых элементов бревен и определения размеров сердцевинных вырезок с целью увеличения выходаспецификационных пиломатериалов. Автореф. дисс.к.т.н.-Л: ЛТА,1983.

22. Турушев В.Г. Технологические основы комплексной механизации и автоматизации процессов производства пиломатериалов.-М.: Лесная промышленность, 1975. -208с.

23. Турушев В.Г. Повышение эффективности использования пиловочника// Деревообр. пром-сть,-М.: 1977, №9, с.15-21.

24. Стоев Г.И. Определение максимального выхода пиломатериалов / Пер с болт. М.-Л.:ГЛБИ, 1961- 64с.

25. Клюев В.А, Покотило В.П. Опыт специализации лесопильных предприятий- М.: Лесная промышленность, 1977г 172с.

26. Клюев В.А. Исследование влияния основных технологических факторов на количество сечений экспортных пиломатериалов. — В кн.: Материалы отраслевой конференции по производству деревообрабатывающего оборудования, 1971, с14-18 с.

27. Прокофьев Г.Ф., М.Л. Короткова Влияние ширины пропила на объемный выход пиломатериалов, щепы и опилок. //Науч.тр/ЦНИИМОД, 1984 Комплексное использование древесного сырья, с.24-33.

28. Волкова З.А. Исследования влияния ряда факторов на баланс древесины при распиловке на экспорт. Автореф. дисс.к.т.н.- Л.:1978г.

29. Соболев И.В. Управление производством пиломатериалов.М: Лесная промышленность,1981-182с.

30. Прокофьев Г.Ф. Модернизация ленточнопильных станков для повышения точности пиления. //Науч.тр/ЦНИИМОД, 1988. Резервы использования материальных трудовых ресурсов. с.62. 64.

31. Зайцева Л.А. Рациональные технологические схемы и направления переработки тонкомерных бревен хвойных пород., Автореф. дисс.к.т.н1. Минск: БТИ, 1985.

32. Кошуняев Б.И. Оптимизация переработки сырья в лесопилении- М.: Лесн. пром-стъ, 1987-110с.

33. Хухрянская Е.С. Математические модели раскроя лесоматериалов. Автореф. дисс.к.т.н.- Воронеж,1993.

34. А.Г.Лахтанов, Н.Н.Батина Влияние способа базирования бревен на объемный выход обрезных досок. //Механическая обработка древесины., Минск: Высшая школа,1971,№1 С.10-14.

35. Сидоров И.И. Распиловка двухкантных брусьев параллельно образующей //ИВУЗ, Лесной журнал.,1975,№3, -с76-81.

36. Сидоров И.И. Распиловка бревен и брусьев параллельно обеим образующим //ИВУЗ, Лесной журнал. -1977, №1- с. 78-82.149

37. ТурушевВ.Г, АлексеевА.Е., Царев Е.Г. Совершенствование параметров поставов для распиловки бревен параллельно образующей//Межвуз. сб.научн.тр:/ЛТА: Технология и оборудование деревообрабатывающих производств JI.:1992. - с38-44.

38. Алексеев А.Е. Постников В.М. Расчет поставов при различных способах установки бревен перед раскроем//Науч.тр/ ЦНИИМОД: Совершенствование технологии подготовки сырья к раскрою. -1988, с.87-96.

39. A.B. Минаев. Особенности раскроя крупномерного лиственничного сы-рья.Обзор.-М: ВНИПИЭИ-леспром, 1978.

40. Н.А.Батин, A.A. Янушкевич. К составлению поставов на выпиловку радиальных пиломатериалов .//Механическая обработка древесины- Минск: Высшая школа,1971, №1-C.3-13

41. A.А. Янушкевич Исследование по рациональному использованию резонансовой древесины в процессе ее раскроя- Автореф. дисс.к.т.н:1. Минск,1973.-27с.

42. Л.К.Осипова Исследование процессов продольной распиловки бревен сцелью повышения радиальных пиломатерилов- Автореф. дисс.к.т.н,1. Кострома, 1996.-22С.

43. H.H. Батина Выход горбылей и мелкой продукции из них.// Механическая обработка древесины,- Минск: Высшая школа,1976, № 6- с. 10. 17.

44. Копейкин А.М. Механизация и автоматизация обрезки пиломатериалов,-М. :ВНИПИЭИлеспром,1975 -24 с.

45. Айзенберг А.И. Любина П.В. Комплексная механизация потоков обрезки досок//Деревообр. пром-сгь -М:1969, №12-с.8-10.

46. Способ получения клееных пиломатериалов SU1242351 AI В27В1/00, В27 МЗ/00

47. Способ получения клееных пиломатериалов из бревен (его варианты) SU 891436 AI В27В1/00

48. Способ получения клееных заготовок радиальной распиловки SU 490651 В27

49. Способ получения шпал и пиломатериалов и бревен SU 4324277 В27

50. Способ получения заготовок из бревен SU 0185397 В27В1100

51. Способ раскроя бревен на заготовки DE 2947611 AI В27

52. Способ получения заготовок из бревен SU 2458365 В27

53. Способ получения мерных горбылей SU 358142 В27

54. Левинский Ю.Б., Левинская Г.Н. Расчетно-аналитические методы оценки новых способов раскроя тонкого пиловочного сырья.//ИВУЗ, Лесной журнал 2002, №3 с.57-61.

55. Суровцева Л.С., Волкова З.А. Использование низкокачественных пиломатериалов на заготовки для поддонов.// ИВУЗ, Лесной журнал, 1999,№3 с 18-20.

56. Турушев В.Г. Технологические основы автоматизированного производства пиломатериалов. Дисс.д-ра.т.н.: С.:1977-314с.

57. Кулиш В.Г. Определение погрешностей базирования бревен и брусьев перед лесопильными рамами. //Науч.тр/ЦНИИМОД,1973, Вып.28 -с.103-107.

58. Кучин A.B. Влияние основных технологических факторов на объемный выход еловых пиломатериалов целевого назначения при рамной распиловке в условиях ПО «СЕВЕРОЛЕСОЭКСПОРТ». Дисс . к. т.н. :Л, 1984

59. Ясинский B.C. Кучин A.B. Методика расчета бокового смещения бревен и брусьев при рамной распиловке. //ИВУЗ, Лесной журнал, 1984 №2 с.64-66.

60. Прокофьев Г.Ф., Короткова М.Л., Шейнов А.И. Влияние смещения оси бревна и бруса относительно оси постава на выход пиломатериалов, щепы и опилок.//ИВУЗ, Лесной журнал, 1987, №.1с.127-130

61. Фишкина Ф.Л. Исследование раскроя необрезных досок: Автореф. дисс.K.T.H.- М., 1954 -23с.

62. Фишкина Ф.Л. Некоторые дополнения к теории использования пиловочных бревен// ИВУЗ, Лесной журнал ,1960, №1

63. Фишкина Ф.Л. Рациональные способы раскроя пиломатериалов на строй-детали . /Механическая обработка древесины-М.:ВНИПИЭИлеспром, 1962. -29с

64. Фишкина Ф.Л. Технология и оборудование цехов раскроя пиломатериалов-М: Лесн. пром-сть,1965 -71с.

65. Кожевников И.П. Сравнения поперечно-продольного и продольно-поперечного способов раскроя пиломатериалов на заготовки для строительных изделий /Механическая обработка древесины, 1971, №8 С.8-9.

66. Кожевников И.П. Качество древесного сырья и выход заготовок//Лесная промышленность, 1971, №12, С.23-24

67. Кожевников И.П К вопросу изучения качества древесины с целью увеличения выхода заготовок //Науч. тр./ МЛТИ. М.:1973, №56 - с35-36,

68. Ясинский B.C. Технология производства заготовок Л:ЛТА,1977- 48с.

69. Рыкунин С.Н. Исследование влияния качественных особенностей березового пиловочного сырья на выход заготовок и технологию их выработки — Автреф. Дисс. к.т.н М: 1969.-31с.

70. Мацюк Р.Н, Исследование качества елового пиловочного сырья на выход заготовок. Автреф. дисс. к.т.н-М:1974-24с

71. Сытененков В.М. Исследование качественной, количественной и специ-фикационной взаимосвязи хвойных пиломатериалов и заготовок. Автреф. дисс. к.т.н -ЛТА:1964 г.

72. Заливко Б.Н. Выход заготовок из обрезных пиломатериалов различного качества /Механическая обработка древесины.,1970, №18 с. 6-7.

73. Заливко Б.Н. Исследование влияния размеров и качества пиловочного сырья на выход пилопродукции. Автреф. дисс. к.т.н -МгМЛТИ,1971-26 с152

74. Суровцева Л.С. Раскрой отпада от пиломатериалов экспортного назначения на черновые заготовки для мебели// ИВ УЗ Лесной журнал, 1977, №1-с.157-160.

75. Суровцева Л.С. Исследование комплексного использования пиломатериалов в условиях Архангельского промышленного узла. Дисс.к.т.н.-Л: 1977.-312с.

76. Руководящие технико-экономические материалы по нормированию расхода сырья и материалов в производстве пиломатериалов. -Архангельск: ЦНИИМОД, 1991. -218с.

77. Вторичные материальные ресурсы лесной и деревообрабатывающей промышленности (Образование и использование). Справочник. М. Экономика, 1983-224с.

78. В.С.Ясинский, И.С Межов, Г.Э.Тумашев Сравнительный анализ выхода пиломатериалов при различных способах распиловки бревен //Науч.тр/ЛТА-с.4-7.

79. И.С Межов Экономико-математическая модель переработки древесины с применением брусово-сегментного способа раскроя бревен/ИЗУЗ Лесной журнал,1994, №1- с71-74.

80. Межов И.С Способы продольного раскроя круглых лесоматериалов: Об-зорн.информ -ВНИИЭИлеспром,1990-56с

81. Суровцева Л.С. Планирование раскроя пиловочного сырья и реализация пилопродукции на базе персонального компьютера.-Архангельск:РИО АГТУ,1997-116с.

82. ГОСТ 17462-84 Продукция лесозаготовительной промышленности. Термины и определения.

83. ГОСТ 18288-87 Производство лесопильное. Термины и определения.

84. ГОСТ 26002-83 Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия.

85. ГОСТ 9463-88 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия.

86. ГОСТ 9685-61 Заготовки из древесины хвойных пород. Технические условия.

87. ГОСТ 8242-88 Детали профильные из древесины и древесных пиломатериалов для строительства.

88. Покотило В.П. Пособие по раскрою пиловочного сырья М.Лесн. пром-сть, 1974-. 144с.

89. Гоберман В.А., Гоберман Л.А., Технология научных исследований -методы, модели, оценки. Учебное пособие. -М: МГУ, 2002-389с.

90. Леонтьев H.A. Техника статистических вычислений. Издание второе, исправленное и дополненное -М: Лесная промышленность , 1966г.-250с.

91. Васильков Ю.В., Василькова H.H. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании.-М.:Финансы и статистика, 2002- 255с.

92. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А Анализ данных на компьютере. 3-е изд.-е-М:Инфра-М,2003-543с.