автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии раскряжевки круглых лесоматериалов

на правах рукописи

005538194

ш

ВЛАСОВ Юрнй Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСКРЯЖЕВКИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

05.21.01 — «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

14 КОЯ 2013

005538194

на правах рукописи

ВЛАСОВ Юрий Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСКРЯЖЕВКИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова»

Научный руководитель - Бирман Алексей Романович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты - Герц Эдуард Федорович,

доктор технических наук, директор института лесопромышленного бизнеса и строительства ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

Цыгарова Марина Валентиновна, кандидат технических наук, доцент кафедры Технологии и машин лесозаготовок ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

Ведущая организация - ООО «Кириши - Леспром»,

г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «5» декабря 2013 г. в 13 часов на заседании диссертационного Совета Д.212.220.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. 5 - 1, зал заседаний диссертационного Совета).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета.

Автореферат разослан » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

у ^ Бирман

.^/УГ Алексей Романович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования. Значительная часть заготавливаемой в России древесины вывозится на лесные склады в виде хлыстов, где далее подвергается первичной переработке. Возрастающая потребность в продукции первичной переработки круглого леса закрепляет место хлыстовой технологии заготовки древесины в будущем, что подтверждают исследования отечественных ученых по прогнозированию развития лесозаготовительной отрасли.

Операция раскряжевки является одной из наиболее распространенных и ответственных в технологическом процессе первичной обработки леса. От того, насколько качественно она выполняется, ощутимо зависит прибыль предприятия. В современных условиях требованиям, касающимся целенаправленного использования стволовой части деревьев, наиболее полно отвечает индивидуальный способ раскряжевки.

Анализ конструкций и практики применения существующего оборудования для индивидуальной раскряжевки хлыстов показывает, что используемое в настоящее время оборудование с однопильным пильным механизмом не позволяет эффективно раскряжевывать хлысты с большим диаметром в месте образования пропила. Известные установки с двухпильными пильными механизмами для раскряжевки хлыстов с диаметром более 0,6 м отличаются сложностью конструктивного исполнения. Это приводит к росту энергоемкости технологической операции раскряжевки, увеличению потребляемой мощности, негативно сказывается на затратах по обслуживанию и ремонту таких установок, что в целом снижает общую эффективность технологического процесса.

В этой связи актуальной является задача дальнейшего совершенствования технологической операции раскряжевки круглых лесоматериалов и оборудования для его осуществления.

Степень разработанности темы исследования. На сегодняшний день не разработан эффективный способ осуществления технологической операции раскряжевки круглых лесоматериалов большого диаметра дисковыми пилами. Требуется совершенствования технологического процесса раскряжевки хлыстов любых диаметров с точки зрения энергозатрат на пиление древесины.

Целью работы является повышение эффективности процесса раскряжевки путем разработки и обоснования нового способа раскряжевки круглых лесоматериалов (КЛМ) и оборудования для его осуществления. Задачи исследования:

1. Провести анализ влияния основных параметров процесса резания древесины на энергоемкость раскряжевки КЛМ.

2. Разработать математическую модель процесса раскряжевки КЛМ индивидуальным методом при одновременном осуществлении двух движений пильного диска: поступательного к оси хлыста и вращательного с центром на оси хлыста.

3. Разработать конструкцию раскряжевочной установки с пильным механизмом, обеспечивающим движение пильного диска в соответствии с условиями п. 2.

4. Разработать конструкцию экспериментального стенда и методику исследования на его базе энергоемкости процесса раскряжевки КЛМ известными и предлагаемым способом.

5. Исследовать влияние режимов резания и геометрических параметров пильного диска на энергоемкость процесса раскряжевки хлыстов предлагаемым пильным механизмом.

6. Обосновать режимы работы оборудования для осуществления предлагаемого способа раскряжевки КЛМ.

Научная новизна работы заключается в разработанной и исследованной математической модели процесса раскряжевки КЛМ дисковой пилой при ее одновременном поступательным движением в направлении оси хлыста и вращательным движением по окружности с центром, расположенным на оси хлыста, раскрывающая влияние параметров и режимов работы оборудования для раскряжевки КЛМ на энергоемкость процесса пиления и устанавливающая их рациональные значения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований раскряжевки КЛМ устанавливают связь режима пиления древесины и геометрических параметров пильного диска с фракционным составом образующихся опилок, что позволяет определить связь затраченной на пиление работы с режимом пиления и параметрами дисковой пилы с позиций общей теории измельчения, что расширяет теоретические представления о пилении древесины.

Разработанный способ осуществления технологической операции поперечного пиления круглых лесоматериалов однопильным пильным механизмом позволяет совершенствовать технологию раскряжевки хлыстов за счет уменьшения потребного диаметра дисковой пилы и мощности привода пильного механизма по сравнению с известными способами, что ведет к снижению общих затрат на мероприятия по поперченному делению хлыстов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса раскряжевки хлыста дисковой пилой с одновременным поступательным движением пильного диска в направлении оси хлыста и вращательным движением по дуге окружности с центром, расположенным на оси хлыста;

2. Полученные на основании реализации математической модели зависимости, обосновывающие рациональные режимы работы оборудования и параметры процесса раскряжевки хлыстов.

3. Результаты экспериментальных исследований, устанавливающие связь режима пиления и геометрических параметров пильного диска с фракционным составом образующихся при поперечном пилении древесины опилок.

Степень достоверности выводов и результатов исследований обеспечена: применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных.

Апробация результатов. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Пути и опыт модернизации оборудования лесопромышленного комплекса», СПб, 2010, «Совершенствование и повышение надежности оборудования предприятий целлюлозно-бумажной и лесоперерабатывающей промышленности», СПб, 2011, МНПИК «Леса России в XXI веке», СПб, 2012; а также на научно - технических конференциях лесоинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова в 2011-2013 гг.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Проанализированы основные соотношения теории резания, которые были разработаны И.А. Тиме, П.А. Афанасьевым, П.В. Денфером, М.А. Дешевым, Е.Г. Ивановским, С.А. Воскресенским, А.Л. Бершадским, П.С. Афанасьевым и другими учеными.

На основании анализа конструктивных особенностей распространенных в настоящее время раскряжевочных установок для реализации метода индивидуальной раскряжевки показано, что недостаток метода - сравнительно малая производительность и потребность в пильных дисках большого диаметра, может быть устранен за счет совершенствования технологии и оборудования, используемых при разделке и раскряжевке.

2. СПОСОБ ПОПЕРЕЧНОЙ РАСПИЛОВКИ ХЛЫСТОВ

Суть предложенного способа пиления, защищенного патентом РФ, заключается в том, что геометрический центр вращающегося пильного диска в период подачи одновременно совершает поступательное движение в направлении оси хлыста и вращательное движение по окружности с центром, расположенным на оси хлыста, рисунок 1. При этом число вращений центра пилы по дуге окружности в период его поступательного движения более единицы.

Рисунок 1. Схема установки

Предложенный способ раскряжевки реализуется следующим образом.

Хлыст 11 подается в установку по оси вращающегося в подшипниках 15 от привода 14 ротора 7 вальцами 1 и принимается вальцами 13 (привод вальцов на рисунке 1 условно не показан).

После остановки хлыста вращающаяся от привода 8, установленном на плите 9, дисковая пила 2 за счет усилия привода б, передающего движение через шестерню 5 на зубчатую рейку 4, жестко связанную с наружным корпусом пильного вала 3, осуществляет на кронштейнах 16 прямолинейное движение по направляющим 10 в направлении оси хлыста. Для балансировки ротора 7 предусмотрена установка противовеса 12.

Способ имеет предпосылки к увеличению технологической эффективности раскряжевочных установок, поскольку:

1) обеспечивается возможность раскряжевки хлыстов с диаметром более 0.6 м на однопильных пильных установках;

2) появляется возможность использовать в качестве привода пильного механизма электродвигатели с меньшей, по сравнению с классическими одно-пильными установками, установленной мощностью.

3) появляется возможность повысить производительность раскряжевочной установки за счет подачи с большей скоростью.

Способ обладает также рядом преимуществ с точки зрения энергоемкости процесса раскряжевки хлыстов:

1) уменьшается работа, затрачиваемая на пиление, поскольку уменьшается (по сравнению с классическими однопилышми установками) диаметр пильного диска и ширина распила при заданном диаметре хлыста в месте распила;

2) увеличивается КПД пильного механизма, поскольку используются электродвигатели с меньшей установленной мощностью.

При этом необходимо принять во внимание, что реализация предлагаемого способа требует использования дополнительных механизмов, а именно - ротора и его привода. Поскольку пильный механизм и механизм подачи совершают вращательное движение вместе с ротором, в системе возникают дополнительные силы инерции, пропорциональные квадрату угловой скорости ротора. Это вызывает дополнительные затраты энергии.

С другой стороны, с увеличением угловой скорости ротора растет и производительность установки. В этой связи эффективные режимы работы установки подлежат последовательному обоснованию.

3. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НОВОГО СПОСОБА РАСКРЯЖЕВКИ КЛМ

Для обоснования конструктивных параметров и режимов работы установки, составлена математическая модель процесса пиления при сложной траектории подачи пильного диска на хлыст. Расчетная схема представлена па рисунке 2.

Рисунок 2. Расчетная схема процесса формирования пропила 1 - условная окружность; 2 - обрабатываемый хлыст; 3 - пильный диск; й - диаметр пильного диска; сі-диаметр хлыста в месте распила; сії - диаметр условной окружности (максимальный диаметр хлыста в месте распила); со - угловая скорость внешнего ротора установки; он - угловая скорость пильного диска; Ул. в-линейные скорости перемещения; В - геометрический центр пильного диска; А - точка контакта пильного диска и хлыста, лежащая на отрезке, соединяющем геометрические центры хлыста и диска Рассматрено плоское движение пильного диска относительно геометрического центра 0 условной окружности 1. Для расчетов принимаем неподвижную ортогональную систему координат Х07 с началом в точке О. Подвижная ортогональная система координат ХС2? совмещена с некоторой точкой С на оси, соединяющей геометрические центры хлыста и пильного диска. Пильный диск перемещается по оси СХ. Ось СХ меняет свое положение относительно оси ОХ с угловой скоростью, равной угловой скорости внешнего ротора (на рисунке 2 условно не показан).

Выражения для определения траектории движения пильного диска и точки касания пильным диском хлыста получены в следующем виде:

п 1с ^ гл с \ і Оо>,1 СОБОЗЯ) В у = -(</, + £>)СОЇ(одґ)---!-і—

Ж

Аг = —(£/, +0)БІЛ(®/)-----і—-

Ах =-(4+£>)соф>0-

«»(¿УГ)

лК

2 5 лК

+ Ізіпбц?)

2 5 лК 1 к '

(1) (2)

где I - время; К - число оборотов ротора за цикл распиловки.

Время цикла формирования пропила задано в виде равенства:

т _ 2лК

Для того, чтобы хлыст был распилен за заданное число оборотов внешнего ро-

тора, необходимо выполнение следующего условия:

Л——= о 2

(4)

где расстояние Я находится из уравнения:

к^^(вхг-Ах,У+(в7Т-А2гУ (5)

где Вхг, В/т-координаты точки В в системе ХОУ при / = Т\ АХп Агг - координаты точки

А в момент времени

к

После выражения с!і и гчерез ОиГ:

(6)

г = ЙГ (7)

получены значения Р в зависимости от К, при которых выполняется условие (4) (таблица 1).

Таблица 1. Отношение /? диаметра диска к максимальному диаметру хлыста при за-

К Р К Р

1 1.728 6 1.309

2 1.448 7 1.3

3 1.375 8 1.294

4 1.341 9 1.289

5 1.322 10 1.285

Таким образом, на основании соотношения (6), максимальный диаметр хлыста (это значение соответствует диаметру условной окружности <Ц), который может быть распилен предлагаемым способом может быть найден как отношение диаметра пильного диска Б к величине /?, либо с помощью уравнения (8), составленного по результатам расчетов с помощью метода наименьших квадратов:

1 02

Для определения мощности в рассматриваемом процессе необходимо установить значение высоты пропила, являющееся переменной величиной, в произвольный момент времени цикла формирования пропила.

При диаметре хлыста с/ равном диаметру условной окружности с?/ высотой пропила Н будет являться расстояние от точки Аз в момент времени / = 8Т (б - относительное время, выражаемое в долях от времени Г) до некоторой точки Ах в момент времени I = хТ. При этом относительное время х должно относиться к предыдущему обороту ротора:

Обработка данных по высоте пропила при помощи метода наименьших квадратов приводит к получению следующих уравнений (см. рисунок 3): - при времени 6 < ём(6м-момент относительного времени, при котором высота пропила максимальна - левые ветви графиков на рисунке 3):

(10)

-^ = (0.013/С +0.32)5

O.Ol 5W.+0.37S

- при времени <5 > дм (правые ветви графиков на рисунке 3):

— = 0.458/r05"' D

H/D

0.4 6 0.6 0.8 1

Рисунок 2. Зависимость высоты пропила H/D от относительного времени <5 при К = 1 - 10 (К соответствует номеру сноски) Рассмотрены также случаи, когда средний диаметр хлыста d в месте пропила меньше, в том числе значительно, чем максимально возможный диаметр d/.

Типичная схема, показывающая высоту пропила в долях от диаметра пильного диска в зависимости от относительного времени цикла распиловки, для этих случаев представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема к определению высоты пропила при среднем диаметре хлыста меньшем диаметра условной окружности: сплошные линии - высота пропила при пилении хлыста с диаметром сі\ пунктирные линии - высота пропила при пилении хлыста с диаметром сії Из схемы на рисунке 3 видно, что найдется такой момент относительного времени 5м2, при котором высота пропила будет соответствовать случаю поперечного пиления как хлыста с диаметром </, так и dl (рисунок 3). Тогда высота пропила при пилении хлыста со средним диаметром в месте распила d будет описываться формулами:

■ левая ветвь графика на рисунке 3:

^ = (0.013ЛГ + 0.32Х<У-^Г"К+"7!, *0й6йби2 (12)

- правая ветвь графика на рисунке 3:

= 0.458/Г"°555(1 -<?)0303/ бМ2 ¿1, (13)

где 6т- момент относительного времени, при котором высота пропила максимальна, при диаметре хлыста с1 < с1\.

Полученные численные значения дш удобно также представить в виде уравнения, полученного методом наименьших квадратов:

8М = -0.485+0.837£0£а252-5.04К°0531+5.73 (14)

где до - момент относительного времени <5, когда пильный диск коснется хлыста с диаметром <1<й1\

5°=~ТГ (15)

. Л (16)

В относительных величинах скорость подачи пильного диска определяется формулой:

и--5^—Лбл■г01кг57--Ылгркгб + 25ягк2 +4/?2 (17)

104 '

При <5=0 (скорость подачи пильного диска максимальна) выражение (17) примет следующий вид:

Далее обоснована максимальная допустимая угловая скорость внешнего ротора установки. При этом использовано следующее ограничение для подачи иг на зуб пилы:

и. ль (19)

где г = 0.2 - 0.4; 5 - толщина пильного диска.

Скорость резания круглых пил при раскряжевке хлыстов примем V = 60 м/с. С использованием известного выражения для подачи на зуб пилы и принимая во внимание необходимость согласовать угловую скорость ротора установки со скоростью подачи пильного механизма, из выражения (19) получим:

™ , (20)

После аппроксимации результатов расчета по формуле (20) с учетом данных ГОСТ для геометрических параметров пильных дисков для поперечной распиловки и с учетом формул (8), (18), получим приближенные выражения для ограничения угловой скорости внешнего ротора установки в следующем виде:

- при поперечной распиловке мягкой древесины:

ю < (18 + 40.24]£Г' 38Х"°'и (21)

- при поперечной распиловке твердой древесины:

<и< (12-г26.83)0"|4А"лл (22)

Для определения максимально допустимой по условию прочности зубьев пильного диска угловой скорости и частоты вращения внешнего ротора установки рекомендуем пользоваться таблицей 2, составленной с помощью формулы (22). Таблица 2

Максимальная допустимая по прочности зубьев пилы угловая скорость внешнего ро-

тора раскряжевочной установки

К Д мм

710 800 900 1000 1250 1500

1 19 16 13 12 8 6

2 18 15 12 11 8 б

3 17 14 12 10 7 б

4 16 14 12 10 7 5

5 16 13 11 10 7 5

б 16 13 11 10 5

7 15 13 11 9 7 5

8 15 13 11 9 7 5

9 15 13 И 9 7 5

10 15 13 11 9 6 5

С учетом сложной траектории подачи пильного диска для определения объема древесины, превращенной в опилки за единицу времени предложена зависимость следующего вида:

ч = 1к-°"ь-н{і)-и(і) (23)

Зависимость (23) проверена интегрированием по времени в пределах от 0 до /= Т:

Ч = ъ]/(кЩ)-и[!)лЛк-**ь-)н<{)-иЬ)Л (24)

о 1 о

При К= 1-10 максимальное отклонение расчетных значений объема опилок по формуле (24) за весь цикл формирования пропила от точных значений не превышает 3.5 %). Отметим, что при использовании классического выражения для объема опилок, образующегося в единицу времени, для описания предложенного способа в виде формулы ч = ь ■ //(<) • и{і) при интегрировании по времени цикла формирования пропила приводит к получению результатов, отличающихся от точных значений на величину до 160 %.

Для определения потребляемой на вращение ротора установки мощности, использована схема, представленная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема к определению мощности, потребляемой на вращение установки: 1 - механизм подачи пильного механизма; 2 - привод пильного механизма; 3 - рама для крепления пильного механизма и механизма подачи; 4 - пильный диск; 5 - внешний ротор установки; 6 привод внешнего ротора установки; 7 - опоры качения ротора Моменты инерции элементов установки приведены к геометрическому центу ротора 0 с использованием теоремы Гюйгенса-Штейнера. Для определения масс элементов установки использованы формулы:

0.004^усп+01з;>и 1000

6.25ІУ

УСЛ.2

1000

Суммарный момент инерции механизмов и пильного диска относительно геометрического центра ротора находится как простая сумма моментов инерции отдельных элементов модели, куда затем подставляются массы т, и ширина ротора I из выражений (25).

В соответствии со схемой на рисунке 4 для силы необходимой чтобы вращать ротор, получим:

«1

Мгновенное значение мощности привода ротора получим из выражения:

Л^ТЛ (27)

/-і

С учетом переменного по времени характера выражения (27), работу, затраченную на вращение ротора в течение цик а формирования пропила, определяли из следующей формулы:

AR=\NRdt

При оценке энергоэффективиости и производительности предложенного способа формирования поперечного распила хлыста использованы следующе предпосылки для проектирования установки, реализующей предложенный способ пиления: Диапазон исходных данных для расчета представлен в таблице 3. При выборе диапазона угловых скоростей внешнего ротора установки принята во внимание необходимость соблюдения ограничения по подаче на зуб пилы. Таблица 3

Исходные данные для расчета

(І, см И, мм со, с"1

25-40 710 3-15

30-45 800 2-10

35-50 900 2-10

40-55 1000 2-10

55-70 1250 1-5

70-85 1500 1-5

Методика определения потребляемой мощности, работы пиления и производи-

тельности пиления при раскряжевке:

1) Расчеты проводятся последовательно для всех сочетаний диаметра хлыста в месте распила <1 с шагом 0.05 м при пяти значениях угловой скорости ротора со с постоянным шагом в диапазоне, представленном в таблице 3 при варьировании числа оборотов К в пределах от 1 до 10 с шагом 1 (всего 200 вариантов сочетания исходных данных для расчета при каждом исследуемом диаметре пильного диска).

2) Принимаем диаметр пильного диска И по таблице 3; назначаем г = 76, Ь = /З/ЗОО + 0.001; ¿1 = £>/1.73; у0 = 1.2 м/с; V = 60 м/с.

3) Определяем р по формуле (8), с помощью формулы (7) переходим от относительного времени <5 к абсолютному времени /;

4) Для определения основной удельной работы резания используется формула А.Л. Бершадского.

5) Численно интегрируем по времени выражение (23) умноженное на основную удельную работу резания в пределах от /о до ¡2 при Н выраженном из формулы (12); затем операция интегрирования повторяется в пределах от ¡2 до Т, но уже с использованием выражения для Н по (13). В обоих случаях время /г находится после перехода от относительного времени к абсолютному по формуле (14) (переход описан выше).

6) Сумма двух определенных интегралов по пункту 5) является значением затраченной на пиление работы, работу на подачу пильного диска принимаем равной 10 % от работы пиления.

7) Максимальная потребляемая на пиление мощность определяется как произведение «мгновенного» объема древесины, превращаемой в опилки - формула (23) и значения основной удельной работы резания при t = Ь.

8) С использованием найденных значений потребляемых мощностей определяются габариты установки и массы ее элементов по приближенным формулам (30). Далее рассчитываются моменты инерции элементов установки, после чего с использованием формулы (27) определяется «мгновенное» значение потребляемой мощности на вращение внешнего ротора установки с закрепленным на нем оборудованием. Потребляемая мощность при I = 0 является максимальной, по ее значению определяется установленная мощность двигателя привода механизма вращения ротора.

9) Для определения работы, затраченной на вращение ротора в течение времени формирования пропила, вначале численно определяется интеграл по выражению (28), который затем складывается с произведением времени, затрачиваемого на возвращение пилы в исходное положение (определяется исходя из диаметра условной окружности и скорости при возврате пилы) и половины суммы потребляемой мощности при / = 0 и г=Т.

10) Время формирования пропила определяется как сумма времени пиления Т и времени на возвращение пильного диска в исходное положение.

11) Производительность пиления определяется как отношение площади поперечного сечения хлыста в месте распила к времени формирования пропила по пункту 10).

12) Работа, затраченная на формирование пропила определяется как сумма работы на пиление, подачу пильного диска и вращение ротора в течение времени формирования пропила.

Расчеты проведены в прикладном математическом пакете Марк 15.0, результаты представлены в приложении к настоящей работе.

По результатам расчетов методом наименьших квадратов составлены следующие уравнения:

^шшмах = -0-371+(0.05И -0.081К73^^6" ¿= 25 -40 см, Я =710 мм: „ =-73.6+</, 548й>0713^ 767 (29)

пил

^лолн = 9.88 - 2.2®+0.114</°2 V' 6К0П Хшлмах =-0.0998 +(0.055 Ы-О.ЗЗЗК™*"0 668 «/-30-45 см,£>= 800 мм: Ппил =-59.5+du»co'""K-0^ (30)

N пил мах — —0-154 + (0.0742с7 - 0.983)<ио из а = 35-45 см,И = 900 мм: 77^ =-71.1 + (31)

¿поли = 13.6 - 3.08а>+0.1 58</0'307«у2',24£° 731 ^ пил мах = -0-852 + (0.0698с/ - 0.0926>»0Л7А^"9 ¿ = 40-55 см,П= 1000 мм: П^ =-84(32)

¿пол» = 19.7 -5.3<а+0.2Ш033 V125К0679

Хптмлх = -0-325 + (0.123</ - 2.61 V626 ¿=55-70 см, £>=1250 мм: Ппш = -49.3 + с!1"1^*25^54 (33)

Ащии = 26.5 - 4.35®+0.1 "юг177£°743 ХтшмАх = -0-637 + (0.19 к/ - 6.46У613 70 — 85 см, £> = 1500 мм: Ппт =-82.3+с/1 "й;"74^835 (34)

V =38.7-6.94Й)+О.Ш10,Й)""Г695 где УУдяд мах- максимальная потребляемая мощность на пиление [кВт]; Ппт-производительность пиления [см2/с]; Аполн - работа, затрачиваемая на формирование пропила предложенным нами способом.

Для ответа на вопрос об энергоэффективности предложенного способа пиления проведено сравнение значения работы, затрачиваемой на непосредственно пиление, подачу механизма и вращение ротора, со значениями работы при пилении и подаче пильного механизма на классической пильной установке при определенной производительности (в расчетах Ппт = 600 см2/с). В этом случае работа пиления [кДж] и потребная мощность [кВт] определяются по формулам:

4, =0.004Ы2'391;Лго =0.12с/+8.5б (35)

Для случая раскряжевки предложенным способом в каждом диапазоне средних диаметров хлыстов в. (таблица 3) по одному из уравнений (29) — (34), соответствующему диаметру пильного диска и диапазону диаметров хлыстов, определяется отношение а/К, обеспечивающее требуемую производительность пиления (600 см2/с) при заданном значении диаметра хлыста в месте распила. Исходя из отношения со/К определяется максимальная потребляемая при пилении мощность по соответствующему уравнению для максимальной потребляемой мощности, по значению которой назначается мощность электродвигателя привода пильного механизма Ыпил, уст-

Оптимальное число оборотов ротора К определяется после решения уравнения, имеющего общий вид:

(36)

где ^ = а/К, У — наименьшее положительное действительное число, обеспечивающее соблюдение условия К> 1, определяемое методом итераций.

По установленному значению .К определяется а по установленному отношению со/К, определяющему производительность пиления и потребляемую мощность.

Полученные таким путем значения со, К, очевидно, оптимальны, с точки зрения минимизации затраченной на формирование пропила работы Аполн и установленной мощности электродвигателя Ляяд уст. Зависимости для оптимальных значений получены при помощи метода наименьших квадратов и имеют следующий вид:

(3= 25-40 см, £> = 710 мм: АГ = 0.0583^"7М;® = зз2.04^-1,4г (37)

с? = 30 - 45 см, £>= 800 мм: к = 0.063ЗД0'036; ю = 200.63^ '°" (38)

¿=35-50 см, £> = 900 мм: к = о.оз45</09,>"; ю = т.зад-0932 (39)

А = 40 - 55 см, £> = 1000 мм: к = 0.0225£/1,2СИ; а = 112.75^-°'" (40)

й = 55 - 70 см, £> = 1250 мм: л: = 0.0326<Г9"7; о = 52.463^758 (41)

¿/=70-85 см, £>= 1500 мм: /г = 0.04856^*"; о = 390.24<г126> (42)

При раскряжевке хлыстов с максимальным диаметром й в месте пропила 25 -70 см привод пильного механизма рекомендуется оснащать двигателями с мощностью 7.5 кВт, при с1 = 70 - 85 см с мощностью 10 кВт.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры Технологии лесозаготовительных производств СПбГЛТУ им. Кирова.

Основной целью исследований являлась проверка возможности применения прикладной теории измельчения при определении удельной работы резания древесины.

В ходе исследований значение работы резания при пилении дисковыми пилами сопоставлялось со средней крупностью древесных опилок, полученных при пилении. Крупность частиц, в свою очередь, связывалась с шириной образующегося пропила и подачей на зуб пилы.

Контролируемыми независимыми параметрами являлись: порода древесины, влажность и температура древесины, скорость пиления, шаг зубьев пилы.

Выходные параметры: фракционный состав древесных опилок, работа резания. На основании конструктивных особенностей экспериментальной установки были выбраны интервалы варьирования факторов (таблица 4). Таблица 4

Уровни варьирования факторов

№ Фактор Размерность Уровни Интервал

нижний основной верхний

1 Ъ мм 1.5 - 5.0 0.5

2 Uz мм 0.01 - 0.50 0.5

Для экспериментальных исследований была использована воздушно сухая древесина сосны со средней плотностью 500 кг/м3, температура древесины при проведении исследований составляла 20 °С.

Сортировку частиц проводили на лабораторном сепараторе, далее измерялась масса каждой фракции и определялась средневзвешенная фракция опилок.

Анализ проводился с помощью пакета программ Excel по классической схеме. Значение работы резания при раскряжевке древесины определялось параллельно с проведением исследований по влиянию величины подачи на зуб и ширины пропила на фракционный состав получаемых опилок.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В соответствии с методикой обработки экспериментальных данных был проведен регрессионный анализ модели, связывающей средневзвешенную фракцию древесных опилок с величиной подачи на зуб и шириной пропила. Уравнение регрессии, описывающее влияние величины подачи на зуб и ширины пропила на средневзвешенную фракцию древесных опилок примет вид:

dCB = а0 + аги2 + a2uzb + a3uj + а4Ь2 + а5и| + а6иг2Ь (43)

+а8Ь3 + ачЪи + а10и|Ь + апи%Ь2 + а12игЬ3 + а13Ь4 Проверка однородности дисперсий и воспроизводимости опытов проводилась по критерию Кохрена. Расчетные значения критерия СР оказались меньше табличных {От):

Определение влияния и- и Ь наг/св Определение влияния «г и Ь на ко

вр = 0,\250; вр = 0,1120;

бт= 0,3400 0,3400

=> 0„ < От.

Следовательно, опыты были воспроизводимы.

Полученные значение критерия Фишера для модели Рр = 0,1710 оказалось меньше табличного значения Рр = 0,2. Это позволяет сделать вывод, что математическая модель может быть использована для описания рассматриваемого процесса.

С уменьшением подачи на зуб и ширины пропила средневзвешенная фракция частиц уменьшается (см. рисунки 5, 6), что и обуславливает, с точки зрения теории измельчения, увеличение удельной работы резания.

8 60

| 50

= 40

в4

£ зо

« 20

и

¡5 10

Я

I 0

поддон 0,25 0,5 1,0 2,0 Размер сита, мм

3,0

50

V У 45

г 40

в

в 35

* 30

х 25

«>< Я 20

и 15

10

1 5

о

0

Рисунок 5. Гистограмма распределения частиц при иг = 0,01 мм, Ъ = 1,5 мм

поддон 0,25 0,5 1,0 2,0 3,0 Размер сита, мм

Рисунок 6. Гистограмма распределения частиц при иг = 0,5 мм, Ь = 5 мм

С использованием результатов экспериментов найдены аппроксимирующая зависимость для величины основной удельной работы резания ко в зависимости от средневзвешенного размера древесных опилок (рисунок 7).

0.500

1.000 1.500 2.000 дев, мм

2.500

—первый закон измельчения

— — второй закон измельчения

— • — третий закон измельчения • экспериментальные данные

Рисунок 7. Сравнение законов измельчения с экспериментальными данными при раскряжевке древесины сосны

2.500

Рисунок 8. Зависимость основной удельной работы резания раскряжевке воздушно-сухой древесины сосны от средней крупности получаемых опилок

Таким образом, при раскряжевке воздушно-сухой древесины сосны удельная работа резания наиболее точно определяется на основании положений закона поверхностей. Для значения основной удельной работы при пилении в размерности [МДж/м3] в этом случае можно записать следующее выражение:

к0 = 63,5-!- (44)

"св

График изменения основной удельной работы резания в зависимости от средневзвешенного размера опилок представлен на рисунке 8.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Проведенные в настоящей работе исследования позволили сделать следующие выводы и сформулировать следующие практические рекомендации:

1. При одинаковом диаметре пильного диска предлагаемым способом можно раскряжевывать хлысты с диаметром на 45 - 90 % большим, чем при раскряжевке на классической однопильной установке, формулы (29) - (34). Рекомендуется принимать диаметр пильного диска в соответствии с таблицей 3, внутренний диаметр ротора - как отношение принятого диаметра пильного диска к постоянному числу 1.73.

2. Максимальное за время формирования пропила значение скорости подачи наблюдается в момент касания пильным диском хлыста, формула (18). Допустимая по условию ограничения подачи на зуб пилы угловая скорость вращения внешнего ротора установки в зависимости от диаметра пильного диска с учетом необходимости согласования времени подачи пилы и времени, затрачиваемого на совершение заданного числа оборотов ротора, определяется формулами (21) и (22), соответственно для случаев пиления мягкой и твердой древесины. На практике допустимую угловую скорость ротора установки рекомендуем назначать не выше значений, представленных в таблице 2.

3. Для учета сложной траектории подачи пильного диска, объем древесины, превращаемой в опилки за единицу времени, следует определять из формулы (23). Отличие расчетных значений суммарного объема измельченной древесины от точных (за весь цикл формирования пропила) не превышает 3.5 %.

4. Максимальное значение высоты пропила в зависимости от диаметра пильного диска и диаметра хлыста при реализации предлагаемого способа пиления определяется по формуле (12), (13). Суммарное снижение потребляемой пильным механизмом мощности по сравнению с аналогичной величиной для случаев раскряжевки на классических одпопильных установках при раскряжевке хлыстов предлагаемым способом составляет на 50 — 60 %.

5. Для минимизации суммарной работы по формированию распила хлыста предложенным способом угловую скорость и число оборотов ротора установки следует принимать по формулам (37) - (42). Формулы предполагают обеспечение производительности чистого пиления установки 600 см2/с.

6. При реализации предложенного способа раскряжевки хлыстов с диаметром в месте распила в пределах 30-85 см, при соблюдении рекомендаций касательно угловой скорости ротора и числа его оборотов, предполагается уменьшение затрачиваемой на формирование "пропила работы на 40 - 70 % по сравнению с классическим способом раскряжевки хлыстов однопильными пильными механизмами.

7. При раскряжевке хлыстов с максимальным диаметром в месте пропила 25 - 70 см привод пильного механизма рекомендуется оснащать двигателями с мощностью 7.5 кВт, при диаметре 70 - 85 см - с мощностью 10 кВт. Рекомендация обоснована для установок с производительностью пиления 600 см2/с при значениях угловой скорости и числа оборотов ротора за время расіфяжевки хлыста, соответствующих представленным в таблице 3. Рекомендованная мощность двигателей привода пильного механизма во всех случаях существенно (в 2 - 2.5 раза) меньше, чем требуемая мощность привода пильных механизмов с классическим способом подачи пильпого диска на хлыст.

8. Сопоставление угловых скоростей ротора, полученных при условии минимизации полной работы, затраченной на формирование пропила, с допустимыми значениями по условию ограничения подачи на зуб (таблица 2), показывает принципиальную возможность повышения производительности пиления установок за счет увеличения частоты вращения ротора.

9. Фракционный состав опилок при раскряжевке описывается законом нормального распределения (рисунки 5, 6). Средневзвешенный размер древесных частиц, полученных при поперечном пилении древесины сосны, является функцией величины подачи на зуб пилы и ширины пропила, определенной по результатам опытов и выражается в общем виде формулой (43).

Ю.Процесс поперечного пиления наиболее точно описывается первым законом измельчения - законом поверхностей, т.е. работа при пилении пропорциональна площади вновь образованных поверхностей, формула (37).

11.Раскряжевка хлыстов с диаметром менее 25 см в общем технологическом потоке нежелательная, так как либо снижает производительность, либо увеличивает общую энергоемкость процесса раскряжевки.

12.Исследование возможности применения предложенного способа поперечного пиления для случаев раскряжевки хлыстов небольшого диаметра представляется перспективной темой дальнейших исследований.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бирман А.Р., Сергеевичев В.В., Власов Ю.Н., Хитров Е.Г. Пути совершенствования технологии и оборудования для раскряжевки KJIM /СПб: Известия JITA, вып. № 198, 2012.

2. Бирман А.Р., Хитров Е.Г., Тамби A.A., Власов Ю.Н. Устройство для раскряжевки лесоматериалов / Патент на полезную модель № 113691, опубл. 27.02.2012.

3. Григорьев И.В., Хитров Е.Г., Жданович В.В., Власов Ю.И. О необходимости дополнительных исследований энергоемкости поперечного пиления древесины / Братск: Системы.Методы.Технологии, вып. 4(20), 2013.

4. Власов Ю.Н., Бирман А.Р., Локштанов Б.М., Хитров Е.Г. Способ раскряжевки крупномерной древесины. / Материалы ВНПК «Российский лес - 2011». - Вологда, 2011.

Просим вас принять участие в работе диссертационного Совета Д.212.220.03 или прислать заверенный отзыв в двух экземплярах по адресу: 191014, РФ, Санкт -Петербург, Институтский пер., дом 5, корп. 1 с пометкой «в ученый Совет»

ВЛАСОВ ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 29.10.13. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 259. С 12 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет

имени С.М. Кирова»

04201454053 на правах рукописи

ВЛАСОВ Юрий Николаевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАСКРЯЖЕВКИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель Бирман Алексей Романович доктор технических наук, профессор

Санкт-Петербург 2013 год

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ................8

1.1. Раскряжевка в технологическом процессе лесопромышленных складов 8

1.2. Анализ методов и приемов раскряжевки...........................................11

1.3. Раскряжевочные установки с продольным перемещением хлыста.. 17

1.4. Мощность и усилия резания при пилении. Кинематические соотношения .....................................................................................................................29

1.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.........................................................................43

2. СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСКРЯЖЕВКИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ И ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ...................................................................................46

2.1. Предлагаемый способ поперечного деления хлыстов.......................46

2.2. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.........................................................................50

3. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НОВОГО СПОСОБА РАСКРЯЖЕВКИ

КЛМ................................................................................................................51

3.1 Общие положения................................................................................51

3.2. Определение максимального диаметра распиливаемого хлыста в зависимости от числа оборотов ротора и диаметра пильного диска по геометрическим соотношениям.............................................................................................53

3.3. Определение высоты пропила при плоском движении пильного диска 67

3.4. Определение скорости подачи пильного диска при плоском движении 84

3.5. Определение допустимой угловой скорости внешнего ротора........88

3.6. Определение объема древесины, превращаемой в опилки в единицу времени .....................................................................................................................96

3.7. Определение сопротивления вращению ротора установки............100

3.8. Определение энергозатрат и производительности пиления при поперечном делении хлыста предлагаемым способом...............................................104

3.9. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.......................................................................123

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

.......................................................................................................................127

4.1. Общие положения.............................................................................127

4.2. Основное оборудование и приборы.................................................130

4.3. Методика планирования и проведения экспериментальных исследований ...................................................................................................................131

4.4. Методика обработки результатов экспериментальных исследований поперечного пиления древесины.............................................................134

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ... 138

5.1. Исследование влияния величины подачи на зуб и ширины пропила на фракционный состав опилок и удельную работу резания.....................138

5.2. Определение закона измельчения древесины при поперечном пилении дисковыми пилами...................................................................................142

5.3 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ........................................................................145

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ............................................146

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..............................149

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Значительная часть заготавливаемой в России древесины вывозится на лесные склады в виде хлыстов, где далее подвергается первичной переработке [1], [2], [3]. Возрастающая потребность в продукции первичной переработки круглого леса закрепляет место хлыстовой технологии заготовки древесины в будущем, что подтверждают исследования отечественных ученых по прогнозированию развития лесозаготовительной отрасли

[4], [5], [6].

Операция раскряжевки является одной из наиболее распространенных и ответственных в технологическом процессе первичной обработки леса. От того, насколько качественно она выполняется, ощутимо зависит прибыль предприятия. В современных условиях требованиям, касающимся целенаправленного использования стволовой части деревьев, наиболее полно отвечает индивидуальный способ раскряжевки [2], [7], [8].

Анализ конструкций и практики применения существующего оборудования для индивидуальной раскряжевки хлыстов показывает, что используемое в настоящее время оборудование с однопильным пильным механизмом не позволяет эффективно раскряжевывать хлысты с большим диаметром в месте образования пропила. Известные установки с двухпильными пильными механизмами [9], [10], [11] для раскряжевки хлыстов с диаметром более 0,6 мотличаются сложностью конструктивного исполнения. Это приводит к росту энергоемкости технологической операции раскряжевки, увеличению потребляемой мощности, негативно сказывается

на затратах по обслуживанию и ремонту таких установок, что в целом снижает общую эффективность технологического процесса.

В этой связи актуальной является задача дальнейшего совершенствования технологической операции раскряжевки круглых лесоматериалов и оборудования для его осуществления.

Степень разработанности темы исследования. На сегодняшний день не разработан эффективный способ осуществления технологической операции раскряжевки круглых лесоматериалов большого диаметра дисковыми пилами. Требуется совершенствования технологического процесса раскряжевки хлыстов любых диаметров с точки зрения энергозатрат на пиление древесины.

Целью работы является повышение эффективности процесса раскряжевки путем разработки и обоснования нового способа раскряжевки круглых лесоматериалов (КЛМ) и оборудования для его осуществления. Задачи исследования:

1. Провести анализ влияния основных параметров процесса резания древесины на энергоемкость раскряжевки КЛМ.

2. Разработать математическую модель процесса раскряжевки КЛМ индивидуальным методом при одновременном осуществлении двух движений пильного диска: поступательного к оси хлыста и вращательного с центром на оси хлыста.

3. Разработать конструкцию раскряжевочной установки с пильным механизмом, обеспечивающим движение пильного диска в соответствии с условиями п. 2.

4. Разработать конструкцию экспериментального стенда и методику исследования на его базе энергоемкости процесса раскряжевки КЛМ известными и предлагаемым способом.

5. Исследовать влияние режимов резания и геометрических параметров пильного диска на энергоемкость процесса раскряжевки хлыстов предлагаемым пильным механизмом.

6. Обосновать режимы работы оборудования для осуществления предлагаемого способа раскряжевки КЛМ.

Научная новизна работы заключается в разработанной и исследованной математической модели процесса раскряжевки КЛМ дисковой пилойпри ее одновременном поступательным движением в направлении оси хлыста и вращательным движением по окружности с центром, расположенным на оси хлыста, раскрывающая влияние параметров и режимов работы оборудования для раскряжевки КЛМ на энергоемкость процесса пиления и устанавливающая их рациональные значения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований раскряжевки КЛМ устанавливают связь режима пиления древесины и геометрических параметров пильного диска с фракционным составом образующихся опилок, что позволяет определить связь затраченной на пиление работы с режимом пиления и параметрами дисковой пилы с позиций общей теории измельчения, что расширяет теоретические представления о пилении древесины.

Разработанный способ осуществления технологической операции поперечного пиления круглых лесоматериалов однопильным пильным механизмом позволяет совершенствовать технологию раскряжевки хлыстов за счет уменьшения потребного диаметра дисковой пилы и мощности привода пильного механизма по сравнению с известными способами, что ведет к снижению общих затрат на мероприятия по поперченному делению хлыстов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса раскряжевки хлыста дисковой пилой с одновременным поступательным движением пильного диска в направлении

оси хлыста и вращательным движением по дуге окружности с центром, расположенным на оси хлыста;

2. Полученные на основании реализации математической модели зависимости, обосновывающие рациональные режимы работы оборудования и параметры процесса раскряжевки хлыстов.

3. Результаты экспериментальных исследований, устанавливающие связь режима пиления и геометрических параметров пильного диска с фракционным составом образующихся при поперечном пилении древесины опилок. Степень достоверности выводов и результатов исследований обеспечена:

применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований и подтвержденной адекватностью полученных моделей за счет удовлетворительной сходимости экспериментальных и теоретических данных. Апробация результатов. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях: «Пути и опыт модернизации оборудования лесопромышленного комплекса», СПб, 2010, «Совершенствование и повышение надежности оборудования предприятий целлюлозно-бумажной и лесоперерабатывающей промышленности», СПб, 2011, МНПИК «Леса России в XXI веке», СПб, 2012; а также на научно - технических конференциях лесоинженерного факультета Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета имени С.М. Кирова в 2011-2013 гг.

I

I

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Раскряжевка в технологическом процессе лесопромышленных складов

В настоящее время в России до 90% древесины заготавливаются по хлыстовой технологии с вывозкой на лесные склады. Исследования отечественных и зарубежных ученых по прогнозированию развития лесозаготовок показали, что эта технология останется у нас доминирующей и в будущем [2], [12]. Сдерживающие факторы применения в России сортиментной технологии - высокая стоимость харвестеров и запчастей к ним, необходимость подбора высококвалифицированных операторов, малая пригодность многооперационной техники для российских лесных условий [1], [12], [13], [14]. Преобладающее использование хлыстовой технологии в большинстве лесных регионов объясняется тем, что в основном лесозаготовки у нас ведутся в разновозрастных древостоях смешанного состава[1]имеющих к тому же большое количество пороков [15], [16], [17], [18], [19].

Операция поперечной распиловки (раскряжевки) является одной из наиболее распространенных и ответственных в технологическом процессе первичной обработки леса. От того насколько качественно она выполняется (оптимальность назначения длин отрезков и точность их отмера) ощутимо зависит прибыль предприятия [20], [21]. Особенно это касается лесозаготовительных фирм, не

производящих дальнейшую переработку древесины и торгующих ей в круглом виде [22].

Раскряжевка - это поперечная распиловка круглых лесоматериалов, в результате которой получаются бревна специального назначения, ранее называемыми кряжами. Отсюда и сам процесс получил название - раскряжевка [23].

Предметом труда при раскряжевке является хлыст, который характеризуется следующими параметрами: длиной, диаметром у комлевого среза, диаметром на высоте 1,3 м, называемом также диаметром на высоте груди, сбегом.

Отрезки хлыста называются сортиментами и характеризуются: диаметром в верхнем отрезе, длиной и объемом.

По диаметру в верхнем отрезе сортименты подразделяются на [23]:

1. Тонкомерные сортименты (Small- sizewood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от 2 до 13 см включительно.

2. Среднетолщинные сортименты (Medium- sizewood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от 14 до 24 см включительно.

3. Крупномерные сортименты (Large - sizewood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от26 см и более.

По длине сортименты подразделяются: на коротье (до 2 м); средней длины (26,5 м); длинномеры (более 6,5 м); долготье - отрезки хлыста имеющие длину, кратную длине получаемого сортимента с припуском на разделку[24].

По породам сортименты подразделяются на круглые лесоматериалы хвойных и лиственных пород.

Структурная схема, представленная на рисунке 1.1, позволяет сделать заключение об определяющем значении операции раскряжевки в технологическом процессе лесопромышленного склада (ЛПС).

УЧАСТОК ПРИЕМКИ СЫРЬЯ

Дополнительный технологический поток

Производство короткомерных, круглых, колотых лесоматериалов (рудстойки, балансов, дров)

7Д\

Основной технологический поток

06Р63КА СУЧЬбв

РАСКРЯЖЕВКА

СОРТИРОВКА СОРТИМЕНТОВ

Участок механической обработки лесоматериалов (лесопиление, шпапопиление и т. д.]

; ИГУ »• Г "_

Участок штабелевки и . отгрузки готовой продукции

Вспомогательный технологический поток

Переработка сучьев, ветвей, кусковых отходов, отходов механической переработки древесины

Рисунок 1.1. Структурная схема технологического процесса ЛПС [2]

При раскряжевке хлыстов необходимо руководствоваться действующими стандартами на материалы круглых лиственных и хвойных породи ставить задачу получения максимального количества деловых сортиментов высшего качества [2], VI [25].

При раскряжевке хлыстов могут применяться 4 метода раскроя: индивидуальный, программный, обезличенный и групповой, характеристики которых даны в литературе [2], [3].

1.2. Анализ методов и приемов раскряжевки

Переход предприятий ЛПК в частные руки привел, на первом этапе, практически к полной остановке производственной деятельности на мелких и средних лесопромышленных складах (ЛПС) [10], [9], [26].

Сортиментная заготовка древесины, в российском ее исполнении, сводилась к вывозке из под полога леса стволовой части деловой древесины и продаже отечественным, а в основном - зарубежным потребителям круглых лесоматериалов (КЛМ).

Сохранившиеся крупные ЛПС осуществляли и осуществляют раскряжевку хлыстов в подавляющем большинстве случаев программным, обезличенным и групповым методами, что рентабельно только при наличии дальнейшей глубокой переработке сортиментов в пределах территории одного предприятия.

В настоящее время, учитывая все возрастающий дефицит пиломатериалов [14], [27], [28], [8], рудстойки, деревянных строительных элементов, шпал и иной продукции, получаемой в результате первичной переработки древесины, происходит постепенное, но неуклонное возвращение к проверенной временем технологии деревопереработки. Это: хлыстовая вывозка - первичная переработка на мелких и средних ЛПС - поставка потребителю конечной продукции или полуфабрикатов на специализированные предприятия ЛК.

Такая тенденция возвращает в основной технологический поток ЛПС раскряжевку, осуществляемую индивидуальным методом, а значит, ставит задачу совершенствования этой технологической операции.

При индивидуальном методе раскроя оператор раскряжевочной установки, визуально оценивая геометрические размеры и качество хлыста, подлежащего раскряжевке, дает последовательно заказы на длину каждого отпиливаемого отрезка. При этом он одновременно учитывает нормативные требования, сортиментный план или спецификацию готовой продукции, а так же скрытые пороки сырья, которые обнаруживаются в результате каждого пропила [2].

По выходу деловых сортиментов наилучшим является индивидуальный метод раскряжевки [2], [13], [24], [29]. Программный раскрой дает хорошие результаты только при раскряжевке подсортированных по качеству хлыстов. Обезличенный и групповой методы раскроя дают существенное снижение сортности готовой продукции, особенно при раскряжевке лиственных и фаутных хлыстов [30].

Индивидуальный метод раскряжевки, имея существенный недостаток -меньшую производительность по отношению к другим методам поперечного раскроя хлыстов, позволяет в значительной степени улучшать только за счет опыта оператора как качественные, так и количественные показатели вырабатываемой продукции.

Так при раскряжевке крупномерных хлыстов оператор может учитывать местоположение участков хлыста, где толщина его составляет 26 или 38 см, так как эти параметры являются граничными (отправными) при нормировании пороков сортимента. Например, в ГОСТ 9462 - 88 и ГОСТ 9463 -88 для лесоматериалов толщиной выше 26 см нормы на размеры сучков, кривизны и гнили значительно выше, чем для лесоматериалов толщиной до 26 см [2].

Другим примером является разделка бревна на рудничную стойку, для которой размеры здоровых сучков не нормируются [2]. Независимо от размеров и количества сучков (но при отсутствии других пороков), �