Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества

Шалаев, В. С

Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества

доктора технических наук: Шалаев, В. С
город: Москва
год: 1995
специальность ВАК РФ: 05.21.05

Диссертация по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева на тему «Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества»

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества"

государственный кол1итет российской федерации по высшему образованию

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЛЕСА

_'1й___

На правах рукописи УДК 674.093

ШАЛАЕВ Валентин Сергеевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕОРИИ РАСКРОЯ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ НА ПИЛОПРОДУКЦИЮ ЗАДАННЫХ РАЗМЕРОВ И КАЧЕСТВА

Специальность 05.21.05 — Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение

автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

М о с к п а —

1 995

Работа выполнена в Московском государственном университете леса.

Научный консультант — доктор технических наук,

профессор Рыкунин С- Н.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Калитеевский Р. Е.;

доктор технических наук, профессор Кириллов А. Н.;

доктор технических наук, профессор Ковальчук Л. М.

Ведущая организация — Российская государственная

лесопромышленная компания «Рослеспром».

Автореферат разослан 1995 г.

Защита состоится « 1995 г. в .

часов на заседании специализированного совета Д 053.31.01 при Московском государственном университете леса в аудитории 315.

Отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, Мытищи-1, Московская область, Московский государственный университет леса. Специализированный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса. •

Ученый секретарь специализированного, совета доктор технических наук, профессор Ю. П. СЕМЕНОВ

Подп. в печ. 14.02.95 г. Объем 2 п. л. Зак. 76 Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дктуалы10£гь_лемы. "В лесопильло-деревообрабатывающих отраслях, как в нашей стране, так и за рубежом, основной составляющей себестоимости продукции являются затраты на сырье. Несмотря на все увеличивающийся при этом объем капиталовложений, показатель удельного веса затрат на сырье-в себестоимости продукции лесопиления и деревообработки не имеет тенденции к снижению.

Вместе с тем, изменившаяся и продолжающая динамично изменяться лесо-сырьевая база основных лесоперерабатывающих регионов страны, и в первую очередь в европейской ее части, приводит к существенным изменениям, как правило, к ухудшению показателей древесного сырья как в породном составе, так и в размерно-качественных характеристиках.

В настоящее время при бурном развитии направлений и форм использования вычислительной техники существенно расширились возможности теоретических исследований, границы применения современного математического аппарата, перспективы уточнения и реализации различных гипотез и аспектов, в том числе в области теории раскроя древесного сырья в производстве пилопродукции заданных размеров и качества.

В связи с вышеизложенным, представляется актуальным совершенствование теории раскроя древесного сырья в производстве пилопродукции.

Цель. и_задачи_исследования. Основная цель иследования заключалась в совершенствовании теории раскроя древесного сырья на основе широкого . использования математического аппарата и вычислительной техники. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследования: разработка современного критерия оптимальности поставов и плана раскроя; получение оптимальных решений для основных размерных параметров, необходимых в использовании выводов теории раскроя древесного сырья;

разработка аналитических решений по составлению и расчету плана раскроя пиловочного сырья на необрезные и обрезные пиломатериалы;

разработка метода оптимальной-сортировки пиловочных бревен в соответствии с поставами;

выявление характеристик качества древесного сырья и зависимостей выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен;

разработка способа раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сеченн-ями и качеством вырабатываемых пиломатериалов и заготовок;

разработка перспективных направлений использования особенностей размеров. и качества древесного сырья в процессе его рациональной переработки на пилоиродуюиш;

оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки;

разработка направлений совершенствования технологии лесопильно-дерево-обрабатывзю¡него производства.

. Объектом исследования являлась хвойная и лиственная древесина с размерами, соответствующими основным регионам европейской части страны, и технологические процессы лесопильно-деревообрабатывающих производств.

Научная новизна. Сформулирован и получен в аналитическом виде современный .критерий оптимальности поставов и плана раскроя.

Получена система оптимальных решений для основных размерных параметров, необходимых-в использовании выводов теории раскроя древесного сырья.

Разработаны аналитические решения по составлению и расчету плана раскроя пиловочного сырья на необрезные и обрезные пиломатериалы.

Разработан и сформулирован в аналитическом виде метод оптималыюй сортировки пиловочных бревен в соответствии с поставами, а также способ раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями и качеством вырабатываемых пиломатериалов и заготовок.

Получены зависимости выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен. Получены характеристики качества древесного сырья и разработаны перспективные направления рациональной переработки его на пи-лопродукцию с учетом особенностей размеров и качества древесины.

Обоснована целесообразность использования принципа "смежных поставов" в процессе раскроя пиломатериалов.

Разработаны направления совершенствования технологии лесопильно-дерево-обрабатывающих производств.

Практическая значимость. Полученные в исследовании результаты и рекомендации могут быть использованы и используются в лесопильно-деревообраба-тываюших производствах, в усовершенствовании технологических процессов, при выполнении необходимых технологических расчетов. Их использование позволяет упростить существующие -технологические процессы, улучшить использование древесного сырья, получить значительный экономический эффект.

На защиту выносятся: критерий оптимальности поставов и плана раскроя; система оптимальных решений по основным размерным параметрам, необходимым в использовании выводов теории раскроя древесного сырья; аналитические решения по составлению и расчету плана раскроя пиловочного сырья на необрезные и обрезные пиломатериалы; метод оптимальной сортировки пиловочных бревен в соответствии с поставами; зависимости выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен; способ раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями и качеством: вырабатываемых пиломатериалов и заготовок; аналитическое описание характеристик качества древесного сырья и

направлена рациональной переработки его на пилопродукцию; принцип "смежных поставов", .используемый в процессе оптимизации раскроя пиломатериалов; направления совершенствования технологии лесопильно-дерс-пообрабаты ваюших производств.

-Апробаиия_результатоЕ. Основные положения диссертации, отдельные ее разделы доложены, обсуждены и одобрены на:

Всесоюзной научно-технической конференции "Рациональное и комплексное использование лесных ресурсов" в 1980 г. (г.Москва);

Международной научной конференции "Лес - древесина - общество" в 1982 г. (ЧССР, г. Зволен);

I Международном коллоквиуме "Методы и модели системного управления производственными процессами в механической обработке древесины" в 1984 г. (ЧССР, г. Зволен);

1У Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексная механизация и автоматизация переместительных операций в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности" в 1984 г. (г. Москва);

Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов" в 1985 г, (г. Минск);

1 Всесоюзной научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" в 1987 г. (г. Москва);

Международной научной конференции "Функционально интегрированное ведение хозяйства в лесах и комплексное использование древесины " в 1987 г. (ЧССР, г. Зволен);

Научно-технической конференции "Перспективные материалы, конструкции и технологии в пронзнолстве мебели и столярно-стронтельных изделий" в 1988 г. (НРБ, г. Старая Загори); •

9-м Международном семинаре по деревоообработке в 1988 г. (США, г. Ричмонд);

Конференции "Научно-гехническпй прогресс в лесной и деревообрабатывающей промышленности" п 1989 г. (г.Киев);

Симпозиуме Координационного Совета по современным проблемам древеси-тшедешш "Строение, евонспы и качество древесины" п 1990 г. (г. Москва-Мы-тшнн);

Всемирных конгрессах ШП<0 и 19К6 г. (СФРЮ,' г. Любляна), в 1990 г. (Канала, г. Монреаль), и 1992 г. (Франции, г. Нанси);

ежеп»шы\ научно-технических конференциях профессорско-преподавательской» актам и аширашоп Московского лесотехнического института-.

Реализация .результатов исследования. На основе полученных результатов несдекданши рнзрабоглны п р саднзуюгся на предприятиях лесогииьно-

деревообрабатывающей отрасли "Руководящие технические материалы по математическому определению технологии заготовок для малоэтажных "деревянных домов", утвержденные 17.12.85 г. Министерством лесной, целлюлозно-бумакной и деревообрабатывающей промышленности СССР.

Результаты исследования, полученные в 1974 г., нашли подтверждение с введением в действие ГОСТ 24454-8ÜE "Пиломатериалы хвойных пород. Размеры".

Приведенные в работе данные нашли отражение в научных отчетах.

Резулыгат|л исследования включены: в учебник для вузов - Технология пиломатериалов /П.П.Аксенов, Н.С.Макарова, И.К.Прохоров, Ю.П.Тюкина. 2-е изд., перераб. и доп. -. М.: Лесная промышленность, 1976. - 480 с; учебное пособие Рыкунина С.Н., Шалаева B.C., Пименовой С.И. Практикум по технологии лесо-пильно-деревообрабатывающего производства. - М.: Лесная промышленность, 1983.- 120 е.; монографию Пикурина А.А., Розенблита М.С. Исследование процессов деревообработки. - М.: Лесная промышленность, 1984.- 232 е.; учебник для техникумов Тюкиной Ю.П., Рыкунина С.Н., Шалаева B.C. Технология лесопильно-деревообрабатывающего производства.- М.: Лесная промышленность, 1986. - 280 с.

В процессе анализа научно-технической литературы и других источников составлены два библиографических указателя литературы - Использование качественных особенностей хвойной древесины в лесопилении. - М.: МЛТИ, 1977.- 43 е.; Теоретические основы раскроя древесного сырья.-М.: МЛТИ, 1989.- 132 с.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 66 печатных работах, их новизна отражена в авторском свидетельстве и 3 патентах на изобретение.

Объем. Диссертационная работа общим объемом 361 страница состоит из введения, 7 разделов, заключения, списка литературы в 364 наименования и приложений, включает 74 таблицы/ 47 рисунков.

СОДЕРЖАН И Е РАБОТЫ

Во..введснии_обоснована актуальность и новизна темы, определена основная цель и задачи исследования.

13_первом_разделе-проанализированы основные работы, касающиеся теории раскроя древесного сырья. С использованием литературного материала показана динамика развития различных аспектов теории раскроя древесного сырья за последние 50-60 лет.

В нашей стране к настоящему времени достаточно отработана и на ведущих лесопильных предприятиях внедрена технология экспортных пиломатериалов. Вместе с тем, в отличие от ведущих лесоэкспортных стран, в нашей стране объем экспортных пиломатериалов не превышает 8% их общего объема. Технология же пиломатериалов внутреннего потребления, естественно, имеет не только свои особенности, но и коренные отличия как по совокупности производственных операций, так и по совокупности используемого оборудования. Лесопильное производство в этом случае лишь участок единого процесса переработки древесины в готовую продукцию, не только в масштабах предприятия,объединения, но и отрасли, страны в целом.

В связи с изложенным рассмотрены различные разработки теории раскроя в приложении к технологическим участкам лесопильно-деревообрабатываюшего производства: раскряжевке хлыстов, сортировке пиловочных бревен и пилопродукции, раскрою бревен и пиломатериалов. Особо рассмотрены правила и условия составления, расчета поставов и плана раскроя бревен на пилопро-дукцик».

Во втором разделе показана • необходимость новых критериев оптимальности поставов и плана раскроя для современного уровня развития техники и технологии. Разработан интегральный показатель объемного выхода пиломатериалов по поставу и плану раскроя в целом, который позволяет учитывать наряду с традиционными параметрами также различную встречаемость бревен и спецификации, непрерывность измснешш их размеров. Рассмотрены особенности с/о использования в поставе для группы диаметров, в плане раскроя.

В третьем разделе развиваются аналитические методы определения размеров досок при раскрое бревен различной формы. Приведены вновь полученные результаты по оптимальным размерам. Оптимизация толщины обрезных досок, вырабатываемых из необрезных, обеспечена соответствующими компьютерными программами.

определены и проанализированы зависимости объемного выхода пиломатериалов от таких основных характеристик распиливаемых бревен, как диаметр в вершинном и комлевом торце, длина. Зависимости получены в аналитическом и графическом виде, обеспечены соответствующими компьютерными программами.

В пятом разделе рассмотрены и проанализированы особенности качества древесного сырья и пиломатериалов. Для одной из основных пород древесины -ели установлены закономерности распределения бревен по сучкам, распределения и концентрации сучков в бревнах.

В шестом разделе рассмотрены . вопросы использования результатов совершенствования теории раскроя древесного сырья в целях улучшения технологии пилопродукшш. Сформулирован метод сортировки бревен в соответствии с поставами на распиловку, показаны возможности использования интегрального показателя объемного выхода при составлении и расчете плана раскроя, приведен аналитический метод составления и расчета плана раскроя бревен на необрезные пиломатериалы, обоснована эффективность распиловки бревен с их ориентацией по сучкам, показаны направления оптимизации . раскроя хлыстов, бревен и пиломатериалов на заготовки.

В седьмом разделе на основе предшествующих разделов и анализа существующего состояния лесопильно-деревообрабатывающего производства сформулированы возможные направления совершенствования era технологии.

В заключении приведены основные результаты работы, рассмотрены технологические направления использования полученных ■ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

оптимальности, его совершенствования всегда стояла на одном из первых мест в исследованиях, касающихся рационального использования древесного сырья в производстве пилопродукции.

На различных этапах развития исследований за критерий оптимальности постава принимались:

геометрический выход, не учитывающий некоторые потери и отходы древесины;

фактический объемный выход пиломатериалов номинальных размеров;

теоретический выход пиломатериалов, включающий в себя потери и отходы, не зависящие от поставов;

ценностный выход, характеризующий стоимость вырабатываемой по поставу продукции;

приведенный доход, учитывающий наряду с ценой продукции величину затрат на переработку сырья.

В настоящее время уровень развития науки, техники и технологии требует дальнейшего совершенствования критерия оптимальности постава, распространение его на план раскроя в целом. Подобным критерием может быть интегральный показатель объемного выхода, учитывающий рассеивание диаметров бревен при распиловке, различную их встречаемость, рассеивание размеров вырабатываемых досок.

Во всех расчетах технологического и теоретического характера, касающихся лесопильно-деревообрабатывающего производства, при определении выхода пиломатериалов обычно пользуются известной формулой, включающей отношение объема получаемой продукции номинальных размеров к объему затраченного на ее выработку сырья. Объем сырья при расчете конкретного постава в настоящее время определяется по таблицам объемов круглых лесоматериалов из ГОСТ 2708-75. Использование табличных значений объемов бревен не обязательно "стандартных" размеров будет приводить к значительным погрешностям. Для их устранения и для расширения возможностей использования аналитических способов расчета и ЭВМ можно пользоваться формулой, полученной исходя из табличных значений объемов бревен

= Ц0,9225-0,0034ь)(0,0ы)2-08290-02341-, (I)

где Уб - объем бревна, и ;

Ь - длина бревна, м;

[1 - диаметр бревна в вершинном торне, см.

Для бревен постоянной длины I. усредненный объем бревна (м^) в диапазоне диаметров с1|...с12

f(x)dx

V6 = —-----, (2)

0,0l(d2-d,)'

где f(x) - функция, характеризующая зависимость объема бревна от его диаметра в вершинном торне. С учетом реального распределения бревен и») их диаметру

j f(x)<;i(x)dx

/ч>|

ip(x)dx

где <в(х) - плотность вероятности распределения бревен по их диаметру.

В таком случае для досок, вырабатываемых из бревен одной длины по определенному поставу в прецелах пласти бруса, как правило толстых,

/ 4>(х)йх

Ртл=аГ-ЬштлЬтлптл10-4, . (4)

Цх)<р(х)с1х

а,

где Ртл - интегральный выход досок, вырабатываемых из бруса в пределах его пласти , %;

<¡¡,<¡2- соответственно наименьшее и наибольшее граничные значения диаметров бревен, распиливаемых по данному поставу, см; штл- номинальная толщина досок, как правило толстых,вырабатываемых из бруса в пределах его пласти, мм;

Ьтл- номинальная ширина досок, вырабатываемых из бруса в пределах его пласти, мм;

птл~ количество досок, вырабатываемых по поставу в пределах пласти бруса.

Для обрезных досок оптимальных размеров, вырабатываемых из необрезных.

Уп| } <р(х)1к+...+Уп2 / ф)бх Ртк =-*-55--£]а-Ю0, (5)

/ «х)<(>1

f(x)(()(x)dx

<М

где Ртн -интегральный выход обрезных досок оптимальных размеров, вырабатываемых из необрезных, %; " Уп( - объем обрезной доски оптимальных (номинальных) размеров но

ширине Ь) и длине 1), вырабатываемой на определенном расстоянии а от центра торца бревна диаметром с1|, м3; - объем обрезной доски оптнмшьных (номинальных) р.пмерон пи

ширине Ьт и длине 12, иырабагываемой па том же самом расстоянии а от центра торца бревна диаметром сЬ, м3..

Для необрезных досок по длине равным длине бревна

/ Ф(х) ^„(г,»

У ] Ф<х) ] х) <1х

Р -100 , (6)

/ Г(х)<р(х)с1х

где Рщ - интегральный выход необрезных досок, по длине равных длине бревна, %;

Ри(2,х) - площадь поперечного сечения необрезной доски на расстоянии г от . вершинного торца бревна, м ; у - коэффициент, учитывающий величину объемной усушки досок. ° Для необрезных досок по длине короче длины бревна

/ ф(Ч) ) Рн(2, Х)сЫх

р _ с|1 гмня__

ГН2 7 а, > I''

] Г(х)ф)(1х

¿1

где Р„2 - интегральный выход необрезных досок по длине короче длины1 бревна, %;

2мии" расстояние вдоль продольной оси бревна от его вершинного торцд до поперечного сечения, соответствующего " вершинному сечению доски, - м.

Основополагающие. ?|>«рму;1Ы,-Необходимые__11ри_.олрелед?иии.„ррм5роЕ досок. Традиционно форму пиловочного бревна принимают за усеченный параболоид вращения второго ¡порядка. Вместе с тем, иногда в процессе использования выводов теории раскроя в практических расчетах форму бревна принимают за усеченный конус. Подобные допущения равновозможны, однако одновременное их использование недостаточно корректно и может привести к определенным погрешностям. В этом случае для определения размеров досок, вырабатываемых в развал или с брусовкой, возможно раздельное использование нижеприведенных формул (с индексом "П", если принимать, что бревно имеет форму усеченного параболоида, и с индексом "К" - если усеченного конуса), табл.

необрилых, В

этом процессе необходимо учитывать следующие основные условия: уменьшение диаметров распиливаемого сырья; выработка по одному поставу одной, двух, трех пар боковых досок, как правило, одной толщины; распиловка одним поставом бревен различных диаметров; неравномерный характер распределения бревен по их диаметрам.

Постановка задачи, составление ее алгоритма, решение для условий индивидуального раскроя бревен не являются достаточно сложными, особенно при использовании вычислительной техники, и в отдельных случаях (при выработке из боковой части бревна одной доски) имеют даже аналитическое решение (табл.).

Если рассматривать условия массового способа раскроя бревен, когда одним поставом распиливаются бревна различных диаметров с неравномерным характером их распределения, то решение задачи усложняется и может быть осуществлено с помощью специально составленных компьютерных программ.

ВлИЯЦИб-ЛИаметра бререщ.......нк_лерц|_шпюм-лррце_ла . выход,, обрезных

пиломатериалов. Обычно при определении выхода пиломатериалов пользуются известной формулой, включающей отношение объема получаемой продукции номинальных размеров к объему затраченного на ее выработку сырья.

Объем толстых досок (м3), вырабатываемых в пределах пласти бруса при постоянной их толщине, будет равен

Утл = щтлЬтлио-6птл ., (8)

При этом величина птл определяется в по формуле

_и(10с1)?-(Ьтл+уЬт/+е-11| "тл 1 ттл + Утг. + « I'

<9>

01ГЛ

где Уьтл.Ущтл " соответственно величина усушки толстых пиломатериалов по ширине Ьтл и толщине гатл, мм; ,

е - толщина пропила, мм;

Ь - дополнительное увеличение расчетной ширины пласти бруса, учитывающее неточности центрирования по поставу бревен и брусьев, неправильности их формы, мм.

Таблица

Формулы для определения размеров досок, вырабатываемых при раскрое бревен

Наименование показателя Форма бревна принимается за усеченный

параболоид вращения второго порядка конус вращения

Параметр бревна как тела вращения при И - диаметре бревна в его комлевом торце!^ см , Б2 -й2 * c = (D'f = (0,5S)2 4L2

Диаметр бревна (см) В сечении на расстоянии г (м) от вершинного торца d,=d + , z 1 L

Ширина доски (мм) В сечении на расстоянии а (мм) от центра торца бревна и на расстоянии ъ (м) от вершинного торца Ьп = Ю.^.-^.^а2 -0,04 а2 ьк -loj(D"dz + d)2-0,04a2

Полная длина (м) сечения (параболы или гиперболы) бревна, параллельного продольной его оси Б2-0,04а2* п ь Т32-й2 , _T D-0,2a 'r L D-d

Размер критической границы между пи-фагорической и параболической (гиперболической) зонами (мм), для условий выработки обрезных досок из необрезных А^Ю^-О.бБ2 A*p = 10jd(2d-D)

Оптимальная длина (м) обрезной доски, вырабатываемой за пределами пифагори-ческой зоны, т.е. в параболической (гиперболической) зоне ■ 1П _ 2.02 - 0,04а2 _ 2. - 'о з1* в2-а2 з 3D-,/d2 +0,32a2 2 ° 4(D-d) < ~3 r

Оптимальная ширина (мм) обрезной доски, вырабатываемой в параболической (гиперболической) зоне

Продолжение таблицы

•Предельный охват (мм) диаметра бревна поставом

А^д " ^100(0 - ^ - (Ь^ + уЬшш )2

Оптимальная длина (м) трапециевидных досок, вырабатываемых за пределами критической границы кр 8 П2-0,04а2н 8 ° 9Ь В2-б2 ~ 9 -

| Оптимальные ширины (мм) трапециевидных досок, вырабатываемых за пределами критической границы I кр ! ./юоо2 - 4а 1 _ ;-5--Г Ь?-^-Ь? - ,1000 -4а О) з 02 V н -

1 | Размер критической зоны(мм) при | выработке трапециевидных досок \ из необрезных

Толшина бруса максимального пыхода толстых'обрезных пиломатериалов Нмакс (мм) в долях вершинного диаметра <1 (см) ) «макс Юа V 10а 707 10с1 . г 8 1 .

Продолжение таблицы

Оптимальная толщина (мм) обрезной доски при выработке из боковой части (сегмента) бревна: одной доски -в пифагорической зоне, -в параболической (гиперболической) зоне о • 4 ^ -с <5 0,7тск . = 0,4т*...0,5т*

двух досок одинаковой толщины т* = 0,3т£

трех досок одинаковой толщины ...... =0,2т*

'Формулы известны и достаточно широко используются в настоящее время. Приводятся для обеспечения полноты информации.

Квадратные скобки в формуле (9) показывают, что выражение под скобками имеет целочисленное значение, получающееся после его вычисления путем отбрасывания дробной части.

Объем боковых (тонких) пиломатериалов (м3) одной постоянной толщины ттн в первом проходе можно определить по формулам:

(10)

г "1ш уд Г)2 ~ 2<°2 - °>и >2

ттн + Утт

лрм( \ >

(11)

апред|

где УТН[ - объем всех боковых пиломатериалов в первом проходе, м1; ^тип " объем 1 -й боковой доски в первом проходе, м'; гптн - толщина боковых досок, мм; Ушгн " усушка доски по толщине т,„, мм; ац - расстояние от центра торца бревна до наружной гшасти 1-й доски в

первом проходе, мм; с1граН). - диаметр бревна в вершинном торце, граничный с точки зрения

предельного охвата его поставом с 1-й боковой доской в первом проходе, см;

с1ПреД(. - диаметр бревна в его вершинном торце, предельный по своей величине, см; 1-я боковая доска, вырабатываемая из бревен диаметром 11 < с1Предц 1 находится в параболической зоне, а вырабатываемая из бревен диаметром с) > <1ПрСд|., находится в пифагори-ческой зоне;

ймакс- диаметр бревна в его вершинном торце, максимальный из всей рассматриваемой спецификации сырья, см; к)- - максимальное количество пар боковых тонких досок, вырабатываемых в первом проходе. Размер ¿предц (см) возможно определить из формулы, известной для размера

пифлоричсской юны в бревне

8Ь + ^352Ь2+0,04А,2

л =___*_;_Я < |1\

° иреД| 1 2 ' * '

где 8 - средний сбег бревна, ем/м;

Ац расстояние между наружными пласшми двух симметрично расположенных 1-х боковых досок, мм. Размер ^гращ, (см) возможно определить и» формулы для размера

предельною охвата диаметра бревна поставом

^грапн -д/о^а^. +0,01(Ьмин +уЬмян )2-82(Ь-1иин)1мин-8(1.-1шш). (13)

При этом, если из формулы (13) величина ^грани получается меньше величи ны диаметра бревна в его вершинном торце, минимального из всей рассматриваемой спецификации сырья с1мш(, то

^гранц = ^иин • (И)

Объем боковых (тонких) пиломатериалов (и3) одной, той же самой постоянной толщины ш111 во втором проходе можно определить по формулам

; . (15)

,П™+ Утт„ 2 Ь гп2 а <М„2

(16)

где У1Н2 - объем всех боковых пиломатериалов во втором проходе, м3;,

- объем 3-й боковой доски во втором проходе, м3;

¿2] - расстояние от центра торца бревна до наружной пласти 1-й доски

во втором проходе, мм; (1, раМ2^ - диаметр бревна в вершинном торце, граничный с точки зрения

предельного охвата его поставом с доской во втором проходе, см; .

с1„ред2^ - диаметр бревна в его вершинном торце, предельный по своей величине, см; }-я боковая доска, вырабатываемая из бревна диаметром

к2

При этом

йт»2) = \/°'04а2} + О.ОНЬмин + Уьмин)2 - в(ь - ^Имин - - !„„„), (18)

где A2j - расстояние между наружными пластями двух симметрично расположенных .¡-х боковых досок, мм. Если из формулы (18) величина с!ГраН2^ получается меньше величины

диаметра бревна в его вершинном торце, минимального из всех рассматриваемой спецификации сырья с!^^,, то

^граН2; ^^мин- 0 9)

Таким образом, из отношения формул (8), (10),(15) и (1) получим соответственно формулы для определения зависимостей выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от диаметра бревен в их вершинном торце. На рис; 1-4 характер зависимостей показан графически. .

Аналитический вид формул, характеризующих йаляние_длинн_бревеи_ла

предыдущем разделе.

Анализ полученных зависимостей показывает, что при увеличении длины бревен объемный выход пиломатериалов, вырабатываемых: в пределах пласти бруса (толстых) - уменьшается пропорционально изменениям !_?; из боковых частей бревна в пределах пифагорической зоны (тонких) - также уменьшается пропорционально изменениям из боковых частей бревна в параболической (гиперболической) зоне (тонких) - почти постоянен и практически не влияет на характер зависимости Р=Я(Ь).

На рис.5 в качестве примера приведены графические изображения полученных зависимостей для условий: способ распиловки - с брусовкой; бревна хвойных пород древесины; форма бревен принимается ■ за усеченный параболоид вращения второго порядка; <1=16 см; см/м; ттн=22 мм; е=3,6 мм; Ь=10 м.м; Ьмин=75 мм; м; величины усушки - по ГОСТ 6782.1-75; для постава

6 <ЛпреД2Г находится в параболической зоне, а вырабатываемая из бревен диаметром <3 > находится в пифагорической зоне;

максимальное количество пар боковых тонких досок, вырабатываемых во втором проходе.

БЬ + ./зБ V + 0,04А?. ¿лред2] = -- 5-' ■ <17>

30,0 25,0 20,0 (5,0 (0,0 5,0 0,0

а,см

Рис.1,График зависимости выхода боковых (обрезных) досок оптимальных размеров в первом проходе от диаметра распиливаемых бревен

Р,%, <0,0. 55,0 50,0 25,0 20.0

»5

55.

а,см

Рис.2.График зависимости выхода обрезных досок (толстых), вырабатываемых в пределах пласта бруса, от диаметров распиливаемых бревен

Р,%

55.0

50.01

20,0 15.0 10.0 5.0 ЦО

го

а,см

Рис.3.График зависимости выхода боковых (тонких) обрезных досок оптимальных размеров во втором проходе от диаметра распиливаемых бревен

67.5

65.0

62,5

60,0

а,см

Рис.4.График зависимости общего выхода обрезных досок оптимальных размеров от диаметра распиливаемых бревен

постаб Ш

постай >12

5.4 5 6 ¿.и

Рис.5.Графики зависимостей • объемного выхода обрезных пиломатериалов ЧПТЙМальных размеров от длины распиливаемых бревен , '

№ 1 - Ьтл=100 мм; штл=50 мм; для постава № 2 - Ьтл=125 мм; ттл=40 мм. Разрывы в графике возникают из ограничений задачи: обрезные доски, вырабатываемые из необрезных, в соответствии с ГОСТом не могут быть меньше 75 мм по ширине и 1 м по длине.

Традиционно, наряду с диаметром в вершинном торце и длиной, среди исследуемых характеристик фигурирует средний, сбег, реже встречается диаметр в комлевом торце бревна. Вместе с тем, в реальных условиях проще, технологичнее осуществлять измерение диаметра в его комлевом торце. Средний сбег в любом случае является косвенной характеристикой, и для его оценки в конечном итоге требуется измерение диаметра бревна в комлевом торце.

Аналитический вид формул, характеризующих влияние диаметра бререц__в их

комлевом торце_на объемный_выход.„обрезных.„ пиломатериалов также

аналогичен приведенным ранее.

На рис.6 в качестве примера приведены графические изображения зависимостей объемногЬ выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от диаметра в комлевом торце распиливаемых бревен хвойных пород для условий: способ распиловки - с брусовкой; форма бревен принимается за усеченный параболоид вращения второго порядка; <¿=16 см; 0=16...40 см; [.= 6 м; штн =19 мм; е=3,6 мм; Ь=10 мм; Ьмш1=75 мм; 1мт| = 1 м; величины усушки - по ГОСТ 6782.175; для постава № 1 - Ьтл =100 мм; ттл=50 мм; для постава № 2 - Ьтл = 125 мм; ттл=40 мм.

Некоторые__особенности.....качества _циловочного сырья. Известно, что

наиболее встречающимся основным сортообразующим пороком л:1я пиловочного сырья, да и вырабатываемых пиломатериалов, большинства пород нашей страны являются сучки. При этом основным из критериев качества пиловочного сырья следует считать диаметр максимального сучка с'шхс на поверхности бревен. Установлено, что реальные распределен!! 1 бревен по размеру максимального сучка достаточно хорошо согласуются с логарифмически.нормальным законом, в меньшей степени - с нормальным законом. Например, для елового пиловочного сырья анализ оценок среднего арифметического диаметра максимального сучка, среднего квадратичного отклонения и других статистических параметров дл;1 распределений различных групп диаметров »диапазоне 13...33 см не показал по ' Р-крнтерню Фишера достоверности их различия для 5'^-ного уровня значимости. В этом случае распределение еловых бревен \]<(х) по диаметру максимального сучка (х = возможно представил, п виде логарифмически нормального

закона:

\| \ <

N4 л / / ^Постав № 21

Постав № 1|

£3

Л см

Рис. 6. Графики зависимостей объемного выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от диаметра в комлевом торце бревен

ю «о

23 (20)

(-оо<х<0);

(21)

(0<Х<оо) ,

где /1Л, стл - соответственно среднее арифметическое логарифмов и среднее квадратическое отклонение логарифмов: //л =3,4201; сгл =0,3713. Установлено, что на поверхности и внутри бревен различных пород сучки распределяются /«равномерно, Это естественно объясняется условиями .роста лесных насаждений и более сильным развитием ветвей в сторону наибольшего светового потока. Математическое описание концентрации сучков различных размеров на поверхности бревен различного качества можно представить в виде

к =Лс^3(х-с,5)3) (22)

где К - количество сучков на поверхности одного из 12 равных секторов, отнесенное к их общему количеству на поверхности бревна;

А = 0,035961 + 6,847669—-— + 0,0142,02<?Махс -0,932203-^цш- -<^макс ¿'макс

д1

-0,000627<? 2 + 0,033640—иш. + 0,000004<? 3-, . (23)

Мг'п /з МИН

'•макс

дмакс - диаметр максимального сучка на поверхности бревна, мм; ^мин" диаметр минимального учитываемого сучка на поверхности бревна, мм.

Оценка достоверности уравнения осуществлялась по критерию £ Пирсона. Установлено, что между размерами максимального сучка и средними размерами сучков на поверхности пиловочных бревен имеется тесная прямая связь. Зависимость среднего размера сучков от размера максимального сучка может быть удовлетворительно описана уравнением прямой. Для елового пиловочного сырья получено уравнение связи между средним диаметром сучков на поверхности бревна (¿>ср) и диаметрами максимального (¿'макс) и минимального учитываемого сучка (¿мин)

^ср^Ь^ + О.З^^окс+О.бЗАош. (24)

плотность распределения 1)<х) = "

» хстял/2гг

1,1ях-//л .2 2 сг„ '

(-«кх <0);

(0<Х<оо) ;

функция распределения ф(х) =

и»

/ е 2(11

Коэффициент множественной корреляции 11=0,98 характеризует достоверность уравнения и близость множественной связи к функциональной.

Метод сортировки пиловочного сырья в соответствии с составленными поставами на выработку длинномерных пиломатериалов. Большую часть пиловочного сырья в нашей стране распиливают с брусовкой на обрезные пиломатериалы. При этом в производственном 'процессе бревна сортируют в соответствии с традиционными правилами и условиями, в нашей стране по четным диаметрам, в некоторых странах - через один сантиметр. В последующем при составлении плана раскроя составление поставов осуществляют по соответствующим , размерно-качественным группам бревен, т.е. постав составляется в первую очередь под размеры бревен.

Более эффективным с точки зрения использования древесины и уменьшения степени дробности представляется иной подход, когда сортировка бревен осуществляется "под постав", т.е. исходя из размеров заданных сечений пиломатериалов и соответствующих поставов подбираются - отсортировываются соответствующие оптимальные размерно-качественные группы бревен.

Известно, что в потреблении наблюдается увеличение спроса на толстые обрезные пиломатериалы спецнфикациошшх размеров, получаемые в основном при распиловке с брусовкой в пределах пласти бруса. В связи с этим очевидно,

что заданная ширина пиломатериалов (Ьтл) определяет диапазон диаметров

(

(^мип-•• ^макс)| в котором следует выбрать расчетный диаметр (см);

¿иин =-ТЛ^8УЬгЛ Ю-1 =0,125(ЬТД + УЬТЛ); (25)

¿макс = ЬТЛ(ЦЬТЛ 10-1 = 0,167(ЬТЛ +Уьтп)- ' (26)

Ширину (мм) пласти бруса для этих бревен можно определить по формулам:

Вщ.н -^«М^и -(Ьтд +Уьтд)2~; (27)

В„акс =>С<акс-(Ь„+уЬтл)2. (28)

В условиях специализации лесопильных предприятий, как правило, по одному поставу в пределах пласти бруса вырабатываются доски одной толщины. Поэтому делением величин Вшш и Вмакс на номинальную толщину заданного сортимента (тгл) получаем приближенную оценку количества (птл) толстых досок, которые можно выпилить из рассматриваемых бревен. Учитывая различную величину расхода древесины по толщине (мм) для досок сердцевинных (ас), центральных (ац) и боковых (ае) и дополнительное

увеличение расчетной ширины пласти бруса (Ъ), выбираем в диапазоне Вцин"-®макс расчетную ширину (мм) пласти бруса:

Вр„=ас+(птл-1)а6-»-Ь ~ . (29)

для нечетных поставов и

Врч = 2ац + (птл-2)аб+Ь (30)

для четных поставов.

При этом для увеличения выхода толстых пиломатериалов следует величину Вр принимать ближе к Вшкс.

В условиях традиционно действующих рекомендаций по точности подборки отклонения фактических диаметров бревен, одновременно распиливаемых по поставу, от расчетного неизбежно приводят к колебаниям в ширине пласта бруса как в большую, так и в меньшую сторону и потерям в объемном выходе толстых пиломатериалов. Установлено, что наибольшие потери в объемном выходе пиломатериалов приходятся на бревна с диаметром меньше расчетного. В связи с этим, при подборке требуемой группы бревен для выработки по поставу толстых досок минимальный диаметр (см) можно определить по формуле

¿п-0,1^Ьтл+уЬтл)2+в£. (31)

Расчетная ширина пласти бруса полностью используется на получение птд толстых досок. При отклонении фактических дйаметров бревен от расчетного увеличение ширины пласти бруса до величины, обеспечивающей выработку птл +1 толстых досок, определит минимальный диаметр следующей группы бревен, см _■

' <1п+1 = 0,фтл + уЬгл )2 + (Вр +аб)2,. (32)

где аб - расход ширины постава на (птд+1)-ую боковую доску, мм.

Тогда точность подборки по диаметрам рассматриваемой группы бревен, предназначенных для выпиловки птл толстых досок, составит

ап <с1«1п+1 . ' (33)

Аналогично можно определить точность подборки бревен по диаметрам для всех сортиментов толстых пиломатериалов в спецификации, а следовательно, и дробность сортировки.

Для определения граничных значений диаметров бревен (см) при их сортировке на группы в соответствии с каким-то определенным сечением вырабатываемых досок по спецификации используя (29-32) можно получить формулу

¿л = 0,1^(п1л(штл-1-уттл +е>-е + Ь)2 -Н(ЬТЛ + уЬтл )2. (34)

Наряду с производством длинномерных пиломатериалов, как правило толстых, заранее заданной' ширины и вырабатываемых в пределах пласти бруса,' при сортировке пиловочного сырья в соответствии с составленными поставами необходимо учитывать особенности раскроя боковых зон бревен на обрезные пиломатериалы оптимальных размеров.

Анализ зависимостей Р=Г(Ь) и Р=Г(В) показывает дополнительные возможности увеличения объемного выхода боковых обрезных пиломатериалов оптимальных размеров при сортировке бревен в соответствии с составленными поставами. Анализ же характеристик качества пиловочного сырья показывает возможности улучшения состава пиломатериалов по качеству и увеличения их ценностного выхода за счет сортировки бревен и распиловки их соответствующими поставами.

Составление оптимального плана раскроя_шштаннош_сырья . на

необрезные пиломатериалы возможно осуществлять по коэффициенту КО0Щ,

учитывающему отходы древесины в обзольные и сбеговые рейки. Для досок по длине равных длине бревна

(ш + Ут)Ь§^?-0,04а2„

К0б ш= --"Г1-> (35)

10п3]Рн(2)<12 О

номинальная толщина необрезной доски, мм; усушка по толщине доски, мм;

количество заготовок, на которые раскраивается необрезная доска по длине;

расстояние от центра торца бревна до наружной пласти доски, мм; площадь поперечного сечения необрезной доски, см^; . расстояние вдоль продольной оси бревна от его верши иного торца до сечения г, м;

диаметр бревна в поперечном сечении ¡;

индекс обрезной заготовки в виде параллелепипеда, начиная от вершинного торца доски. Для досок по длине короче длины бревна

где ш Ут "з

ан

••■ 2

«>1 1

(m + ym)(L-zMMH) ¿i/di -°.°4ан Ko6ll/=---. (36)

10n3 J FH(z)

ZMHH

где K|3 - номер первой обрезной заготовки, вырабатываемой из укороченных необрезных досок;

2мин " расстояние вдоль продольной оси бревна от его вершинного торца до сечения zMHH, определяемого минимально допустимой шириной необрезной доски, м. При этом необходимо учитывать распределение бревен по их диаметру в вершинной части <р(х), знать также зависимость объема бревна от его диаметра f(x).

Оптимальное выполнение заданного по спецификации объема необрезных пиломатериалов толщиной ш будет обеспечено методом составлен™ поставов по всему диапазону распиливаемого сырья и сопоставлением коэффициентов Кобщ ЛЛя поставов с последовательно (одна, две, три и т.д. досок) различным

вариантом досок. Равенство коэффициентов использования необрезных досок для последовательно различных вариантов позволяет определить границы распиливаемых различными поставами бревен.

Например, если выполнение заданного по спецификации объёма пиломатериалов Vj^m') определенной толщины обеспечивается только за счет постава, с одной (сердцевинной) доской, то интервал диаметров бревен d'x... d к, которые

для этого необходимо распилить, определится при решении относительно неизвестной 'величины dx следующего выражения: ■

?V0 f ф) } Ftl|(x,z) dxdz f ф(х) dx

VnM =-£--Jr--—&- , (37)

f f(x) <p(X) dx

диаметр в вершинном торце бревна, наибольшего из всей спецификации бревен, см; общий объем сырья по спецификации, м3; • площадь поперечного сечения сердцевинной необрезной доски

для бревна с диаметром х г- вершинном торце и на расстоянии z от него, м2.

где dk

FHl(x,z)

Рис.7, Графики изменения коэффициента использования необрезных досок Кобщ в зависимости от их местоположения в поставе, диаметра распиливаемых бревен; графики 1,2,3,4 соответственно для сердцевинной, двух центральных, трех (сердцевинной и двух боковых), четырех (центральных и двух боковых) досок

у/*;

X г С/ и м*

с([

л к

Рис.8, Плотность распределения объемов бревен <р{х) по их диаметру, а рершинной части х=с!

Если выполнение объема Упм (м1) обеспечивается за счет двух поставов: с олной (сердцевинной) доской и с лвумя (центральными) досками, т« интервалы

и к II

диаметров бревен и сД^...с!^, которые необходимо распилить соо1вет

сшуюшими поставами, определи гея при решении относительно неизвестны* У .1*

величина и а(, следующего выражения:

С / ф(х) ï F„, (х, ?)сЫх j\p(x)dx 2у Vc f t(<x) J1 FH (x, z)d7dx /<(<x)dx

л . 0*>

Y vc j <p(x) )

«". , ......A ... + _ <i _ *____________A

( ClxVfixKlx ff(x)<p(x)dx

тле F„ (x, 7.)-площадь поперечною сечения нейтральной необрезной nocMI тя бревна с лиаметром х в вершинном торне и на рассшлнип 7 от пето, м2.

Неопределенность решения (38) устраняется, если ввести следующее равенство:

где

K,/-)nll(dx) - обшин коэффициент использования ссрлиевинпой необрезной

доски, расечнтаннцн для бревен л на метром dx;

КобШ2Ы|')- общий коэффициент использования центральной нсобрещои

доски, рассчитанный для бревен диаметром d".

Аиалоигню решается задача по выполнению спецификации пилом.мерналоп толщиной П12-

Оптимизациялшша лри брусовом способе раскроя бревен. Большая часть пиловочного сырья в нашей стране распил и азе гея с брусовкой. При этом целевым назначением являются длинномерные чистообрезные пиломатериалы, вырабатываемые в пределах иласти бруса, как правило, толстые. Составление плана раскроя возможно оптимизировать в первую очередь именно по этим

пиломатериалам. Это не помешает в дальнейшем на втором этапе получить также максимальное количество боковых пиломатериалов заданных, обычно по толщине, размеров.

"Для определения граничных значений диаметров бревен (см) при их сортировке на группы в соответствии с каким-то определенным сечением вырабатываемых досок по спецификации можно использовать формулу (34).

В этом случае, если с)п • - минимальный диаметр в группе брака, подобранней для выработки в пределах пласти бруса птл досок толщиной ттл (мм), шириной Ь1л (мм), то с1п+1 - минимальный диаметр в группе бревен, подобранной для выработки в пределах пласти бруса (птл +1) досок толщиной т1Л и шириной ЬТЛ и одновременно максимальный - в предыдущей.

Выход длинномерных чистообрезных, как правило толстых, пиломатериалов при распиловке группы бревен с1„... <Зп+1:

ю^шгдьтл } ф(х№

Ртл--

(0,9225- 0,0034Ц ] (0,01х)2-°829 с,'02341-<Р(х)(1х

^(10с1)2-(Ьт

, + Уьт„Г+е-Ь

ттл+.Уттл + е

> (40)

В этом случае при составлении плана раскроя бревен общим объемом Ус(м ) объем получаемых длинномерных чистообрезных пиломатериалов У^ (м3) толщиной Шщ, и шириной Ьтл при распиловке группы бревен диаметром с!п...<Зп+1 следует определять по формуле

V = • 'пм

<^1

Г(х)ф(х)с1х

^/(Ш)2-(Ьтл + уЧл)24-е-Ь

П»тл+Уг

+ е

10"

(41)

где

Тогда для выработки требующегося по спецификации объема пиломатериалов

(м3) заданного сечения шгл х Ьтл необходимо распилить объем сырья (м')

_ Vпм10l

6 I

И(х)1р(х)(3х

У(10а)2-(Ьтл + уЬт/+е-Ь

■"гл + Ут^ + е

(42)

4>(х){1х

где I - количество различных поставов, а 5 <1 < с!^.

Таким образом, при составлении плана раскроя, учитывая изменения объемов бревен даже в незначительном диапазоне изменения их диаметров, различную их встречаемость, условия сортировки бревен в соответствии с

поперечным сечением вырабатываемых из бруса длинномерных чистообрезных

г ^

пиломатериалов,'следует использовать полученные формулы.

Оптимизация_процесса раскроя_хлыстов., В технологическом процессе

лесопиления длина бревна является наиболее регулируемой характеристикой.

Уменьшение длины пиловочного бревна в процессе раскряжевки приводит к

различным явлениям, влияющим на технологию лесопиления. Основным среди

них является увеличение среднего диаметра вырабатываемых пиловочных бревен.

Исходя из основополагающих формул, используемых при расчетах поставов,

можно получить

1 м I , Э2-<12

(43)

- для хлыста параболической формы и

^ср = +0,5(Ох (44)

•-х

- для хлыста конической формы. В формулах (43), (44)

<1ср - средний диаметр вырабатываемых при раскряжевке бревен,

измеряемый в их вершинном торце, см; с!х - диаметр хлыста в его вершинном торце, см;

- диаметр хлыста в его комлевом торце, см; 1 - порядковый номер бревна; Ьх - длина хлыста, м; Ь - длина вырабатываемых бревен, м;

N - количество бревен, вырабатываемых из хлыст.

Расчеты показывают, что при уменьшении средней длины бревен на оцпи мегр в процессе раскряжевки хлыстов средний диаметр бревен увеличивав им примерно на половину среднего сбега хлыста (0,55х для хлыстов с формой усс ченно'го конуса вращения и около 0,55х...0,68х для хлыстов параболической формы).

Прогресс оптимизации раскроя хлыстов при этом следует вести с учетм выхода не трлько пиломатериалов, но в конечном итоге и выхода заготовок.

Критерием оптимальности может быть в этом случае показатель

ЬтпШ

Ух10'

¡■=1

1 >

(45)

|дс Р1 - выход заготовок заданного сечения, вырабатываемых из хлыста, %; Ц - длина ¡-го бревна, м;

щ - количество досок, вырабатываемых в пределах пласти бруса из 1-н>

бревна, шт.; Ух - объем хлыста, м5;

' - коэффициент выхода заготовок при выработке их из рассматриваемых пиломатериалов; N - количество вырабатываемых из хлыста пиловочных бревен. При этом количество досок гц, вырабатываемых в пределах пласти бруса в зависимости от диаметра бревна с1( определяется по формуле (9).

Коэффициент выхода заготовок к; при выработке их из рассматриваемых пиломатериалов может быть определен по формуле

к! = (1-

»4

-)С|+-:-^с2+^с3,

м ч

(46)

где 1; - длина обрезных. пиломатериалов, вырабатываемых в пределах пласти бруса; равна длине бревна Ь), м;

1Э - длина заготовок, вырабатываемых из рассматриваемых обрезных пиломатериалов, м;

1Т - длина оторцовки обрезных пиломатериалов, м;

С( - ценностный коэффициент использования пиломатериалов на основные заготовки; при использовании пиломатериалов по прямому назначению С| = 1; с^ - ценностный коэффициент использования отрезков пиломатериалов на короткие и клееные заготовки; определяется отношением цены одного кубометра отрезков пиломатериалов к цене пиломатериалов;

с, - ценностный коэффициент использования пиломатериалов на технологическую щепу; определяется отношением цены одного кубометра кусковых отходов к цене пиломатериалов.

Квадратные скобки в формуле (46) показывают, что выражение под скобками имеет целочисленное значение, получающееся после его вычисления путем отбрасывания дробной части.

Объем хлыста может быть определен по любому известному способу, в том числе, например, в соответствии с (I).

Показатель Р3 позволяет определить не только оптимальный выход заготовок, но и соответствующую схему раскряжевки хлыста.

Оптимизация... раскроя_____пиломатериалов_на__заготовки, Производство

заготовок связано с раскроем длинномерных и широких пиломатериалов на короткие и более узкие. При этом основным критерием, характеризующим эффективность процесса раскроя пиломатериалов, является рациональное использование перерабатываемых пиломатериалов, так как 75-85% себестоимости заготовок и деталей приходится на долю древесины.

Пиломатериалы на деревообрабатывающие комбинаты, как правило, поступают обезличенными. Это так называемые "товарные" пиломатериалы, различных размеров и качества. Оптимачьная переработка таких пиломатериалов, очевидно, возможна при реализации принципа "смежности". Существо его заключается в том, что раскрой древесины как бревен, брусьев, так и пиломатериалов, осуществляется системой, блоком постоянно работающих поставов, которые позволяют вырабатывать продукцию различных размеров и качества и пилы которых работают попеременно при раскрое различных размерно-качественных групп бревен и пиломатериалов. В этом случае без смены постава возможно распиливание бревен, брусьев и досок достаточно большого диапазона размеров и качества и вчработкл соответственно продукции различных размеров и качества.

Рассмотрим его использование в процессе продольного раскроя досок и выработки заготовок требуемых размеров. Обрезные пиломатериалы по ширине вырабатывают, как правило, стандартных размеров, которые часто нскрашы ширине вырабатываемых заготовок. В этом случае потери древесины при выработке заготовок могут быть достаточно .значительными.

Возможны различные иуш сокращения этих потерь. Одним из них может служить оброчка необрешых ншомлгер! гадов » соответствии с шириной потребных заготовок п раскрой обрезных пиломатериалов в соответствии с заранее определенной схемой н системе "смежных поставов" пил.

Ширнну обрезных пиломатериалов в этом случае можно определять по

следующей формуле:

Bj=(^ni(bi+ybi+e))-e i-l

где Bj - расчетная ширина доски, индекс j указывает на различие досок по их ширине;

Ь: - ; номинальная ширина вырабатываемой заготовки, индекс i

j указывает на различие заготовок по их ширине;

уц - величина усушки заготовки по ее ширине;

n¡ -, количество вырабатываемых из доски заготовок шириной Ь4; е - ширина пропила;

N - количество ширин вырабатываемых из доски заготовок.

Принцип выбора оптимальной схемы продольного раскроя и сортировки с последующим базированием отрезков пиломатериалов можно проиллюстрировать на конкретном примере.

Для выработки заготовок шириной 40 и 50 мм, при ширине пропила в 5 мм методом перебора устанавливаем следующий ряд номинальных размеров ширины обрезных пиломатериалов, вырабатываемых из необрезных: 85, 95, 105, 130, 140, 150, 160, 175, 195, 205, 215, 220, 230 и т.д. При этом принимаем условно, что влажность требующихся заготовок соответствует номинальным размерам пиломатериалов. Очевидно, что большая степень дробности размеров обрезных пиломатериалов обеспечивает большую их вписываемость в раскраиваемые необрезные доски, а соответственно обеспечивает больший объемный выход продукции.

Использование предлагаемой схемы выработки заготовок из бревен позйоляет повысить их выход на 4-6% по сравнению с традиционными способами раскроя.

Аналогична схема использования принципа "смежности" при поперечном раскрое пиломатериалов.

рабатываюшего производства. В нашей стране в настоящее время достаточно отработана и на ведущих лесопильных предприятиях внедрена специфичная технология экспортных пиломатериалов. При этом технологические и технические решения, как правило, выполнены по прототипу западных образцов, не всегда наиболее рациональных. Во многих случаях технология экспортных пиломатериалов обеспечена импортным, весьма капиталоемким и не всегда полностью используемым оборудованием. Особенностью этой технологии является то, что пиломатериалы здесь являются конечной товарной продукцией, должны иметь товарный вид, т.е. быть полностью обработанными.

вместе с тем, в отличие от крупнейших лесоэкспортных стран, таких, как

Швеция, Финляндия, Кпнада, в нашей стране объем экспортных пиломатериалов не превышает 8% от их общего объема. То есть большая часть вырабатываемых пиломатериалов производится для внутреннего потребления. Технология же пиломатериалов внутреннего потребления, очевидно, должна иметь не только свои особенности, но и коренные отличия как по совокупности производственных операций,, так и по совокупности используемого оборудования. Лесопильное производство в этом случае следует рассматривать лишь как участок единого процесса переработки древесины в готовую продукцию, не только в масштабах какого-либо предприятия, объединения, но и отрасли, даже страны в целом. Эта технология, технология пиломатериалов в1гутреннего потребления, должна учитывать масштабы и потребности нашей страны, использовать все уже имеющиеся достижения лесопильной науки и техники, обеспечить опережающее, приоритетное на мировом уровне развитие отечественного лесопнления. Здесь большую современность приобретает выдвинутый еще в 50-х годах одним из основоположников теории раскроя пиловочного сырья на гшлопродукцию заданных размеров П.П.Аксеновым важнейший тезис о "единстве процесса раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы и производства пилодеталей и заготовок". Очевидно, в современных условиях можно расширить рамки этого тезиса и рассматривать процесс раскроя древесины в единстве по крайней мере от раскряжевки хлыстов до производства пиленых заготовок и даже деталей,

При рассмотрении современного лесопнления пропзводсгио пиломатериалов внутреннего потребления следует раздели п. на спепифпческнг группы по выпускаемой продукции, объемам, технологической и технической оснащенности. Очевидно, часть пиломатериалов будет в дальнейшем выпускаться в виде товарной продукции, другая часть раскраиваться на пиленые заготовки и использоваться как для внутризаводской переработки, так и в виде товарной продукции. Технология рассматриваемых видов продукции несомненна должна иметь свои особенности, при этом необходимо также учитывать настоящий уровень развития реального лесопильного производства.

При анализе лесопильного производства возможно выделить несколько укрупненных участков, которые определяющим образом влияют на весь технологический процесс. Во-первых, это участок подготовки сырья к распиловке, загем собственно лесопильный цех, далее участок окончательной обработки ппломлкрнало» II наконец, переработка пиломатериалов в пиленые заготовки и детали,

Традиционно внимание большинства исследовании было направлено на лесопильным цех, '•)ю, очелилло, было справедливо, так как исторически и лесопильном цехе осуществлялась основная экономии выхода пиломатериалов,

основные трудозатраты приходились также на этот участок.

В настоящее время трудоемкость операций в лесопильном цехе не превышает 10-15% трудоемкости производства сухих пиломатериалов, а основная доля трудозатрат приходится на другие участки и операции. Возможности увеличения выхода пилопродукции за счет собственно лесопильного цеха также представляются достаточно ограниченными в настоящее время.

Необходимо отметить также постоянную тенденцию к удорожанию оборудования, осрбенно основного, технологического. При этом наряду с его усложнением, насыщением компьютерной, лазерной, сканирующей техникой, различными автоматическими средствами наблюдаются также инфляционные процессы. Усложнение, удорожание оборудования, увеличивающиеся для этого капиталовложения приводят к различным проблемам при его эксплуатации, полного эффективного использования, существенным усложнениям в технологии, не всегда при этом улучшается эффективность функционирования производства.

Очевидно, для дальнейшей интенсификации технологии лесопильно-дерево-обрабатывающего производства с учетом значительного многообразия реальных условий необходимо более широкое осуществление разработки и реализации малооперационных и малоотходных технологий пилопродукции, альтернативных существующим как в целом по процессу, так и на отдельных участках. Большее внимание следует видимо направить на участки до и после самого лесопильного цеха, на радикальное упрощение производственного процесса, при этом не только за счет увеличения капиталовложений, материалоемкого и дорогостоящего оборудования. Постоянная тенденция к уменьшению среднего диаметра распиливаемого сырья, увеличивающаяся его однородность, в том числе по качеству древесины, очевидно, способствуют упрощению технологии.

Для реализации малооперационных и малоотходных технологий пилопродукции в различных производственных условиях предлагается ряд перспективных решений. Среди них:

планирование раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества, начиная от хлыста;

использование при составлении и расчете как поставов, так и плана раскроя интегрального показателя объемного выхода;

использование при составлении и расчете поставов полученных выводов и рекомендаций относительно размеров пиломатериалов;

использование при планировании раскроя сырья на выработку необрезных пиломатериалов альтернативного традиционно существующему метода с использованием коэффициента, учитывающего отходы в обзольную и сбеговую рейки;

раскряжевка хлыстов В соответствии с составленным планом раскроя на пиленые заготовки заданных размеров (способ защищен патентом на изобретение);

сортировка пиловочного сырья по размерам и качеству в соответствии с составленными поставами (защищен соответствующий патент на изобретение);

ориентированная по сучкам распиловка бревен (способ защищен патентом на изобретение);

распиловка бревен, брусьев и досок в системе смежных поставов ( способ защищен авторскими свидетельствами).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие выводы и решения:

1. Процесс раскроя древесины следует рассматривать в единстве от раскряжевки хлыстов до выработки пиленых заготовок и деталей.

2. Современным критерием оптимальности постава и плана раскроя может быть интегральный показатель объемного выхода пиломатериалов, учитывающий рассеивание диаметров распиливаемых бревен, различную их встречаемость, рассеивание размеров вырабатываемых досок и обеспечивающий получение более достоверных результатов. Интегральный показатель объемного выхода возможно ь использовать при выработке досок обрезных, необрезных и.любой другой формы.

3. При составлении и расчете поставов наряду с традиционными следует использовать полученные как аналитическим, так и расчетным путем формулы и решения для основных размерных параметров. При определении оптимальной толщины боковых обрезных досок при массовом способе раскроя необходимо учитывать реальные условия распиловки одним поставом бревен различных диаметров и неравномерный характер их распределения. При состааче'нии н расчете поставов для этого можно использовать составленные компьютерные программы расчетов.

4. Полученные формулы для определения оптимальных размеров обрезных досок и объема распиливаемых бревен позволяют получить аналитические и графические зависимости объемного выхода от таких характеристик, как диаметры в вершинном и комлевом торце, длина. Использование этих зависимостей возможно в первую очередь при планировании раскроя пиловочного сырья, реализации новых технологических решений в лесопильно-деревообрабатывающем производстве.

5. Анализ зависимостей показывает их неоднозначный характер "для

различных поставов. Это позволяет сформулировать метод оптимальной сортировки пиловочного сырья в соответствии с заранее составленными поставами. В этом случае распиловка рассортированного сырья различными поставами позволит увеличить выход и существенно улучшить степень его использования.

6. Наиболее встречающимся, основным ' сортообразующим пороком пиловочных бревен и пиломатериалов из древесины основных пород являются сучки, которые сохраняют первостепенное значение при изменениях стандартов. Большее влияние на сортность пиломатериалов оказывают кромочные сучки.

7. Средний диаметр сучков в эксплуатационных насаждениях ели колеблется от 12 до 29 мм, для пиловочных бревен - от 17 до 22 мм. Большая часть сучков имеет размеры до 45 мм. Для древесины сосны и березы эти показатели примерно в два раза больше. Наоборот, по количеству сучков на поверхности одного погонного метра ствола на первом месте находятся ель, затем сосна, береза и осина. Наблюдается увеличение среднего диаметра сучков и диаметра максимального сучка при увеличении толщины бревна, для ели незначительное, для сосны, березы - более значительное.

8. В стволах всех пород древесины возможно выделение трех зон сучковатости: без сучков, несросшихся сучков, сросшихся сучков. Для ели наиболее развита вершинная часть ствола и. зона сросшихся сучков, практически отсутствует бессучковая зона. Для сосны бессучковая зона существенно больше.

9. Распределение пиловочных бревен по диаметру максимального сучка на их поверхности может быть описано , логарифмически нормальным (логнормальным) законом.

10. Между размерами максимального сучка и средними размерами сучков на поверхности пиловочных бревен имеется тесная прямая связь. Зависимость среднего размера сучков от размера максимального сучка удовлетворительно описывается уравнением прямой. Связь между размерами и количеством сучков в пиловочных бревнах слабее..

П. Распределение- сучков по их размерам на поверхности бревен соответствует нормальному закону, который может быть положен в основу исследований особенностей качества пиловочных бревен. Некоторая асимметрия распределений может быть объяснена отсутствием данных по деревьям и сучьям малых размеров, данных по сучьям, отмершим в процессе роста и развития насаждений. Для еловой древесины на отдельных участках с определенной степенью точности это распределение может быть описано линейным законом.

12. Сучки в пиловочных бревнах располагаются неравномерно и концентрируются преимущественно на поверхностях одной или двух четвертин бревен; В среднем количество сучков диаметром более 10 мм на поверхности наиболее

насыщенной четвертины, например, для еловых бревен превышает 40% от их общего числа. Для сосновых бревен этот показатель существенно выше. Распределение (концентрация) сучков на поверхности пиловочных бревен может быть описано усеченным нормальным законом и зависит в первую очередь от диаметра максимального сучка, количества учитываемых сучков.

13. Сортировка бревен по диаметру в вершинном торце и распиловка их соответствующими поставами обеспечивает в первую очередь увеличение выхода пиломатериалов, вырабатываемых в пределах пласти бруса, как правило, толстых. Сортировка бревен по длине и диаметру в комлевом торце и распиловка их соответствующими поставами обеспечивают увеличение выхода пиломатериалов, как правило, тонких и вырабатываемых из боковых зон бревна. Сортировка бревен по качеству и распиловка их соответствующими поставами позволяет улучшить состав вырабатываемых пиломатериалов по качеству и соответственно увеличить их ценностный выход.

14. При составлении планов раскроя сырья на пиломатериалы обычно используются методы линейного программирования. В качестве развития альтернативного метода при составлении плана раскроя сырья на необрезные пиломатериалы предлагается аналитический метод с использованием коэффициента, учитывающего отходы в обзольные н сбеговые рейки. При этом составление поставов осуществляется одновременно по всему диапазону бревен, из которых может быть получен планируемый к выработке сортимент пиломатериалов; учитывается реальное распределение бревен по их диаметрам. Использование предлагаемого метола оптимизации плана раскроя пиловочного сырья на необрезные пиломатериалы, его разработанность позволяет более точно и объективно оценивать оптимальность составляемых планов, увеличить объемный выход вырабатываемой пролукшш.

15. По действующим стандартам размеры и количество сучков, допускаемых на плистих п кромках досок, рахшчны. Меньшее количество п меаынпс размеры суч коп допускаю гея на кромках досок, а болыппе размеры и большее количество - на пластях. Эта особенность технических требований к пиломатериалам приводит к тому, что расположение сучкой на кромках лосок в большей степени шшясг на их сортообразование. Указанная особенность технических требовании к пиломатериалам и сущес! н>юп1ли концентрация сучкоп в бревнах да юг возможность улучшения состава пиломатериалов по качеству и увеличения их ценностного выхода ча счет такого ориентирования распиливаемых бревен, при котором сучки и наибольшем количестве и крупных размеров попадали бы не на кромку, а на пласт выпиливаемых лосок.

16. Оптимизацию процесса произволеIна заготовок из древесины необходимо рассматривать по всей совокупности операции раскрои, используя способ

раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями вырабатываемых пиломатериалов и заготовок. Определяющими факторами в выходе пиленых заготовок заданных размеров и качества являются соответствия постава диаметру раскраиваемого бревна и длин заготовок длине досок. Планирование раскроя как хлыстов, бревен, так и досок с учетом размеров и качества пиленых заготовок позволяет увеличить в первую очередь их объемный выход.

17, Процесс оптимальной переработки пиломатериалов возможно осуществлять с использованием принципа "смежности", когда раскрой древесины как в бревнах, так и в пиломатериалах, осуществляется системой, блоком постоянно работающих поставов, которые позволяют вырабатывать продукцию различных размеров и качества и пилы которых работают попеременно при раскрое различных размерно-качественных групп бревен и пиломатериалов. В этом случае без смены постава возможно распиливание бревен, брусьев и досок достаточно большого диапазона размеров и качества и выработка соответственно продукции различных размеров и качества в большем количестве.

18. Результаты исследований послужили основой для создания и реализации "Руководящих технических материалов по математическому определению технологии заготовок для малоэтажных деревянных домов" и внедрены на ряде предприятий страны.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. ШАЛАЕВ B.C. О размерах обрезных экспортных пиломатериалов, дающих наибольший ценностный выход, при выработке их из необрезных// Известия вузов. Лесн. журн.-1974,- № 4.-С. 84-87.

2. ШАЛАЕВ B.C. Распределение сучков в еловом пиловочном сырье и оценка влияния ориентации бревен по сучкам при распиловке на качественный выход пиломатериалов. Материалы Всесоюзной научной конференции "Рациональное и комплексное использование древесины в деревообрабатывающей промышленности".- Минск, 1974.-С,62-64.

3. ШАЛАЕВ B.C. Результаты изучения качественных особенностей елового пиловочного сырья и его распиловки на спецификацпонныс пиломатериалы Сборник науч. тр. "Технология лесопильно-деревообрабатывающих производств

'й'Повышение качества изделий из древесины"/ МЛТИ.-1975.- Вып. 67.- С.24-40.

4- ШАЛАЕВ B.C. О неравномерности распределения сучкоп в еловом ' гн|лор0чном сырье. Материалы Второй научно-технической конференции моЛод$х Ученых и специалистов, аспирантов и соискателей лссоинлыю-лсрево-()брабат;.||1ЛК>1Пен промышленности (тезисы докладов).-Архашел|.ск, 1975.- С.7-Х.

5. ШАЛДЕД B.C. Результаты опытных рлепнловок елового пилот,очною сырья на Архангельском ЛДК им В.И.Лснпна// Сборник науч. ip. "Технолопш п

материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.-1975.- Вып.78.-С.20-24. .

6. ШАЛАЕВ B.C. Результаты изучения распределения сучков на поверхности еловых пиловочных бревен// Известия вузов. Лесн. журн.-1976.-№ 5.-С.137-140.

7. ШАЛАЕВ B.C., ЗВЯГИНА Г.И. Влияние ориентированной по сучкам распиловки бревен на стоимостный выход экспортных пиломатериалов// Сборник научн.тр.Технология, оборудование, автоматизация и вопросы механизации процессов деревообработки"/МЛТИ/-1976.-Вып. 92.-С.12-14.

8. ШАЛАЕВ B.C. Исследование причин перехода еловых экспортных пиломатериалов в низшие сорта// Сборник научн.тр. "Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/МЛТИ.-1977.-Вып.95.-С.15-18.

9. ШАЛАЕВ B.C. Результаты исследования причин снижения сортности экспортных еловых пиломатериалов// Пути повышения качества продукции в лесопилении.-Архангельск, 1978.-С.69-73.

10. ШАЛАЕВ B.C. О технологических возможностях улучшения экономических показателей в производстве экспортных пиломатериалов// Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции Рациональное и комплексное использование лесных ресур'сов.-М;, 1980.- С.110-111.

11. ШАЛАЕВ B.C. Характеристика неравномерности распределения .сучков на поверхности еловых' пиловочных бревен// Сборник научн.тр. "Технология и f материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.- 1981.- Вып. 117.-С.113-116.

12. ШАЛАЕВ B.C. Математическое описание закономерности распределение сучков на поверхности еловых пиловочных бревен (для условий Европейской части СССР)// Сборник научи, тр. Технология и материалы' деревообрабатывающих прризводств"/ МЛТИ.-1982.- Вып. 140.-С.78-79.

13. ШАЛАЕВ B.C. К расчету оптимальной толщины бруса// Сборник научн.тр. Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.-1982.-Вып. 140.-С.Ш-122.

14. SALAJEV V. Matematicky opis zakonitosti rozlozenia hrc пц povrclni smrekovych piliarskych vyrezov. Medzinarodna vedecka Konferencia "Les-Drevo-Spolocnost". Zbornik referatov, Sekcia 3 'Technologia Dreva a Drevnych Materialov" A.Nauka о Dreve, Zvolen, 7-9.9.1982, CSSR, s. 199-201.

15. РЫКУНИН C.H., ШАЛАЕВ B.C., ПИМЕНОВА С.И. Практикум по технологии лесопилыю-деревообрабатывающего производства.- M.: Лесн. пром-сть, 1983,- 120 с.

16. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C., ТРУНОВ Н.А. Об увеличении объемного выхода толстых пиломатериалов из бруса. Межвузовский сборник научных трудов Технология и оборудование деревообрабатывающих производств". Процессы механической обработки, склеивания и отделки древесины,- Л.,

1983.-Вып. X.-С. 132-135.

17. ШАЛАЕВ B.C. Оценка эффективности распиловки еловых пиловочных бревен, ориентированных по сучкам// Известия вузов. Лесн. жур.- 1983,- № 4.-С. 70-73.

18. ШАЛАЕВ B.C. О распределении на поверхности еловых бревен сучков различных размеров// Сборник научн. тр. "Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.- Вып. 149.-С.79-80.

19. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. Метод определения точности подборки пиловочного сырья для распиловки с брусовкой// Сборник научн. тр. "Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.-1983.- Вып. 149.-С.114-117.

20. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. О дробности сортировки пиловочного сырья//Деревообраб. пром.- 1983,- № 12.-С. 4-5.

21. ШАЛАЕВ B.C., РЫКУНИН С.Н. О повышении объемного выхода толстых пиломатериалов за счет уменьшения длины бревен при раскряжевке хлыстов// Сборник научн. тр. "Автоматизация и комплексная механизация производственных процессов лесопромышленных предприятий"/ МЛТИ.-1983.-Вып. 154.-С. 165-169.

22. ШАЛАЕВ B.C., ЗВЯГИНА Г.И., РЫКУНИН С.Н.' Способ получения пиломатериалов из бревен. . Пат. № 1142276 на изобретение. Российская Федерация, МКИ5 В 27 В 1/00, Заявка №3703930/29-15; Злявл. 1.03.84; Опубл. 28.02.85. Бюл. № 8. Зарегистр. 1.09.93.

23. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. Об оптимальной нагрузке транспорта при перевозке пиломатериалов. Тезисы докладов IV Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексная механизация и автоматизация переместитель-ных операций в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности".- М., 1984.- С. 97-98.

24. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. К обоснованию технологии пиломатериалов хвойных пород, предназначенных для раскроя на заготовки// Деревообраб. пром. - 1984.- № 7.- С.24.

25. ШАЛАЕВ B.C. Определение количества сучкой различных диаметров на поверхности бревен// Известия вузов. Лесн. жури.-1984- №5,- С. 117-119.

26. SALAJEV V. О modelovani pravdepodobnostnycli vlastnosti rozlozcnia lire na smrekovej piliarskej surovine. Metody a niodely syste'niove'ho riadenia vyrobnych procesov v mechanichom spracovani dreva. Zbornik referatov 1 mcdzinufodnc Kolokvium. 13-15 november 1984. Zvolcn, s. 241.

27. РЫКУНИН C.H., ШАЛАЕВ B.C. К определению оптимальных размеров обрезных досок// Сборник научн. тр. "Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.- 1985.- вып. 170,- С. 16-18.

28. ШАЛАЕВ B.C. О математическом описании сучковатости елового пиловочного сырья// Сборник научн. тр. "Технология и материалы деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.- 1985,- Вып. 170. - С. 29-31.

29. ШАЛАЕВ B.C. Об увеличении выхода спецификационных пиломатериалов. Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов. Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции (18-20 сентября 1985 г.).- Минск, 1985,- С. 165-166.

30. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. Влияние длины пиловочных бревен на выход и технологию пиломатериалов. Межвузовский сборник научных трудов "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств".-Л.,1985.- .1215.

31. ШАЛАЕВ B.C. Интерпретация графика-квадранта для расчета поставов// Деревообраб. пром.- 1986.- № 4,- С.8-9,

32. ТЮКИНА Ю.П., РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C. Технология лесопиль но-деревообрабатывающего производства: Учебник для техникумов.- М., Лесная промышленность,- 1986.- 280 с.

33. ШАЛАЕВ B.C., РЫКУНИН С.Н. Определение оптимальных размеров обрезных досок при развальном способе раскроя бревен// Известия вузов. Лесн. журн.-1986.- № 5,- С. 121-li3. .

34. ШАЛАЕВ B.C. К расчету поставов на распиловку бревен. Деревообраб.пром.- 1986,-№10,-С. 10-11.

35. Руководящие технические материалы по математическому определению

технологии заготовок для малоэтажных деревянных домов/ ПИЖУРИН A.A., РЫКУНИН С.Н., КРЫЛОВ Г.В. ШАЛАЕВ B.C. и др.- м!, МЛТИ.- 1987.- 106 с.

36. SALAJEV V. Smery intensifikacie piliarskeho priemyslu. Medzinarodna vedecka Konferencia "Funkcne integrovane obhospodarovanie lesov a Komplexne vyuzitie dreva". Zbornik referatov, Sekcia 8 "Systemy riadenia vyrobnych procesov v

/ V

drevospracujucom priemysle', 1-3.9.1987, Zvolen, CSSR, s. 45-50.

37. ШАЛАЕВ B.C. Оптимизация размеров трапециевидных досок///Дереии-обраб. пром.- 1987.- № 8.- С. 12-13.

38. ШАЛАЕВ B.C. О возможностях увеличения выхода продукции в лесопилении. Тезисы I Всесоюзной научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем н рациональное использование лесных ресурсов", секция 3 "Природосберегающая лесотехнология и промышленная экология".- М., 1987. -С. 12-13. * .

39. ШАЛАЕВ B.C. Об одном из условий составления плана раскроя сырья на пиломатериалы// Сборник научн. тр. "Новое в технологии и материалах деревообрабатывающей промышленности"/ МЛТИ.-1987.- Вып. 190.- С. 98-100.

40. ШАЛАЕВ B.C. Определение интегрального показателя объемного выхода

обрезных пиломатериалов// Известия вузов. Леси, жури.- 1988.- № 4.- С. 74-77.

41. ШАЛАЕВ B.C. О составлении оптимального плана раскроя бревен на необрезные пиломатериалы. 'Материалы научно-технической конференции с международным участием на тему: "Перспективные материалы, конструкции и технологии в производстве мебели и столярно-строительных изделий". 7 и 8 октября 1988 г. Старая Загора, с. 17.

42. SHALAEV V.S. Determination of the Volumetric Yield of Unedged Sawn Timber. 9th International Wood Machining Seminar. Preprints, University of California, Berkeley, Forest Products Laboratory, Richmond, California, 1988.

43. ШАЛАЕВ B.C., ЗВЯГИНА Г.И., РЫКУНИН C.H., ЖИРНОВ С.Й., МАРЬИНСКИЙ Н.И., СЕЛЕЗНЕВ А.Ф., МЯГКОВА E.B. Способ выработки заготовок из бревен. A.c. № 1630881, СССР.МКИ5 В 27 В 1/00, Заявка №4623646/15; Заявл. 22.10.88; Опубл. 28.02.9J. Бюл. № 8.

44. ШАЛАЕВ B.C., РЫКУНИН С.Н., ЗВЯГИНА Г.И. Способ раскроя хлыстов на пилопродукцию. Пат. № I645I41 на изобретение. Российская Федерация, МКИ* В 27 В 5/00, Заявка № 4498123/15; Заявл. 27.10.88; Опубл. 30.04.91. Бюл. № 16. Зарегистр. 1,09.93.

45. ШАЛАЕВ B.C. О корректности в использовании выводов теории раскроя пиловочного сырья// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.-1988- Вып. 208.- С. 78-81.

46. ШАЛАЕВ B.C.; ХИМИЧ В.А. Определение коэффициента использования необрезных досок// Сборннк научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/МЛТИ.- 1988,-Вып. 208,-С. 81-86.

47. ШАЛАЕВ B.C. Некоторые условия составлении и расчета плана раскроя пиловочного сырья// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/МЛТИ.-1988.-Вып. 208.-С. 90-102.

48. ШАЛАЕВ B.C. О влиянии длины бревен на объемный выход пиломатериалов//Известия вузов. Лесн. журн,- 1989.-№ 1.-С. 122-123.

49. ШАЛАЕВ B.C. Аналитический расчет дробности сортировки пиловочного сырья// Известия вузов. Лесн. жури.- 1989. -№ 6.- С. 85-89.

50. ШАЛАЕВ B.C. Определение объемного выхода необрезных пиломатериалов//Деревообраб, пром.- 1989.-№ 6.-С. 6-7. t

51. ШАЛАЕВ B.C. Оптимизация плана раскроя бревен на необрезные пиломатериалы: Тезисы докладов XVII научно-технической конференции "Научно-технический прогресс в лесной и деревообрабатывающей нромышлеппости".-Кнск, 19S9.- С. 11-12.

52. ШАЛАЕВ B.C. Некоторые результаты составления оптимального плана раскроя бревен на необрезные пиломатериалы// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.-1989.- Вып. 222.- С. 97-J00.

53. ШАЛАЕВ B.C., РЫКУНИН С.Н. Современные аспекты технологии пиломатериалов// Сборник научн. тр. "Ученые вузов - народному хозяйству", МЛТИ-ВЛТИ. - 1989.- С. 36-40.

54. ШАЛАЕВ B.C. Об учете круглых лесоматериалов в процессе их распиловки// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ,-

1989.- Вып. 222.- С. 94-97.

55. ШАЛАЕВ B.C., РЫКУНИН С.Н., ЗВЯГИНА Г.И. Оптимизация раскроя хлыстов на лесопильно-деревообрабатывающих заводах//Деревообраб. пром.-

1990.- № 3,- С. 4-5.

56. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C., ЗВЯГИНА Г.И., МАРЬИНСКИЙ Н.И. Возможные направления совершенствования технологии пилопродукции// Деревообраб. пром.- 1990,- № 4.- С. 1-5.

57. SHALAEV V., RYKUNIN S. Trends in Technology Development in Sawmil-ling-and-Woodworking Industry. XIX World Congress IUFRO, Proceedings, Division. 5, Montreal, Canada, 5-11.08.1990, p. 461.

58/ ШАЛАЕВ B.C. Результаты исследования зависимости объемного выхода обрезных пиломатериалов от диаметра распиливаемых бревен// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.-1990.- Вып. 225.- С. 113-118.

59. ШАЛАЕВ B.C. Зависимость объемного выхода обрезных пиломатериалов от длины распиливаемых бревен// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.-1990.- Вып. 225,- С. 119-122.

60. ШАЛАЕВ B.C. Качество древесного сырья и направления соверцен-ствования технологии пиленой продукции. Материалы Симпозиума Координационного совета по современным проблемам древесиноведения "Строение, свойства и качество древесины".- 1990.- С. 263-267. •

61. ШАЛАЕВ B.C., ПЛЮСНИНА Е.Н. Способ изготовления заготовок из пиломатериалов. Пат. № 2005594 на изобретение. Российская Федерация, МКИ5 В 27 G 1/00. Заявка № 4870933/15; Заяал. 4.10.90; Опубл. 15.01.94. Бюл. № I. Зарегистр. (5.01.94.

62. ШАЛАЕВ B.C. Зависимость объемного выхода обрезных пиломатериалов от диаметра в комлевом торце распиливаемых бревен// Сборник научн. тр.

"Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.- 1991.- Вып. 242.- С. 119-125.

63. SHA1AEV V.S., RYKUNIN S.N. The mutual influence of the size and quality of the articles labour in woodmilling and woodworking industry. IUFRO, All-Division 5 Conference "Forest Products", Nancy, France, August 23-28, 1992, vol. 2, p. 493.

64. РЫКУНИН C.H., ШАЛАЕВ B.C. Об особенностях технологии лесопиль-но-деревообрабатывакицих производств в условиях рыночных отношений// Сборник научн. тр. "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств"/ МЛТИ.- 1992.- Вып. 240.- С. 46-49.

65. ШАЛАЕВ B.C. Оптимизация толщин обрезных досок// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ.- 1993.- Вып. 254,- С. 86-91.

66. РЫКУНИН С.Н., ШАЛАЕВ B.C., МАГОН A.B. Определение оптимальных объемов производства в цехах деревообработки малой мощности// Сборник научн. тр. "Результаты фундаментальных исследований по приоритетным научным направлениям лесного комплекса страны"/ МЛТИ,- 1993.- Вып.254.-С. 103-109.

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Шалаев, В. С

ВВЕДЕНИЕ.

I. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ РАБОТ В ОБЛАСТИ ТЕОРИИ РАСКРОЯ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ.

2. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИЯ ОПТИМАЛЬНОСТИ ПОСТАВА И ПЛАНА РАСКРОЯ

0 2Л. Постановка задачи

2.2. Система учета и определение объема бревен. \ 2.3. Критерий оптимальности для досок, вырабатываемых \ в пределах пласти бруса ' 2.4. Критерий оптимальности для боковых досок

2.5. Критерий оптимальности для необрезных досок

2.6. Выводы.

3. РАЗВИТИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ДОСОК

ПРИ РАСКРОЕ БРЕВЕН.

3.1. Определение оптимальных размеров обрезных досок при раскрое бревен парабояовдной формы ф 3.2. Определение оптимальных размеров трапециевидных досок.

3.3. Определение оптимальных размеров обрезных досок при раскрое бревен конусной формы.

3.4. Оптимизация размеров бруса при составлении поставов и плана раскроя бревен на пиломатериалы

3.5. Оптимизация толщины обрезных досок, вырабатываемых из необрезных

З.5.Х. Постановка задачи.

3.5.2. Оптимизация толщины обрезных досок при индивидуальном способе раскроя бревен

3.5.3. Оптимизация толщины обрезных досок при массовом способе раскроя бревен

3.6, Выводы.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ ОБЪЕМНОГО ВЫХОДА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ОТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПИЛИВАЕМЫХ

БРЕВЕН.

4.1. Определение и анализ зависимости объемного выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от диаметра распиливаемых бревен в вершинном торце

4.2. Определение и анализ зависимости объемного выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от длины распиливаемых бревен.«.

4.3. Определение и анализ зависимости объемного выхода обрезных пиломатериалов оптимальных размеров от диаметра распиливаемых бревен в комлевом тоще . 107 4.4. Выводы. б, ОСОБЕННОСТИ КАЧЕСТВА ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ И Ш0МАТ2РИМ0В

5.1. Сортообразующие пороки и их встречаемость в древесном сырье и пиломатериалах.*.

5.2. Характеристики сучковатости древесного сырья

5.2*1. Анализ известных характеристик сучковатости древесного сырья

5.2.2. Характеристика елового пиловочного сырья

5.2.3. Установление закономерности распределения еловых бревен по сучкам

5.2.4. Установление закономерности концентрации сучков в еловых бревнах

5.2.5. Установление закономерности распределения сучков еловых бревен.

5.3. Выводы .*.

6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ С0ВОТЕНСТВ0ВШЯ ТЕОРИЙ раскроя дршеного сырья в целях уяуштт технологии шояродщщ. ж

6.1. Метод сортировки бревен в соответствии с поставами на распиловку

6.1.1. Сортировка бревен по диаметру в вершинном тоще.

6.1.2. Сортировка бревен по длине и диаметру в комлевом торце

6.1.3. Сортировка бревен на группы качества

6.2. Использование интегрального показателя объемного выхода пиломатериалов при составлении и расчете плана раскроя сырья *.

6.3. Составление оптимального плана раскроя бревен на необрезные пиломатериалы

6.4. Распиловка бревен с их ориентацией по сучкам

6.5. Оптимизация раскроя хлыстов на заготовки.

6.6. Оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки

6.7. Выводы.

10 7. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ЛЕСОШЛЬНО ДЕРЕВОСБРАБАТЫВАВДЕГО ПРОИЗВОДСТВА.

Ifc 7.1. Краткая характеристика существующего состояния лесопильно-деревообрабатывающего производства . 291 7.2. Направления совершенствования технологии лесопильно-деревообрабатывающего производства

ЗАКЛШЕНИЕ.

Введение 1995 год, диссертация по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, Шалаев, В. С

Актуальность темы« Наша страна традиционно известна своими разработками теории раскроя древесного сырья. &це в 30-х годах были опубликованы фундаментальные работы* положившие начало, ос* нову теории раскроя пиловочного сырья. За последующие 20-25 лет * появился целый ряд исследований, посвященных различным аспектам теории и развивающих ее. В 60-70-х годах интерес к теоретическим основам раскроя древесины в лесопилении несколько снизился. Исследования носили эмпирический и скорее прикладной характер. Последние годы можно характеризовать рядом явлений, имеющих существенное влияние на развитие лесопильно-деревообрабатывающей отрасли.

Первое. В стране вырабатывалось около 100 млн.м3 пиломатериалов в год, в том числе до 8 млн.м3 ежегодно экспортных. В связи с первостепенностью значения экспортного лесопиления была достаточно отработана и на ведущих лесопильных предприятиях реализована в первую очередь технология экспортных пиломатериалов. Особенностью этой технологии являетея то, что пиломатериалы здесь являются конечной товарной продукцией, должны иметь товарный вид, т.е. полностью обработаны и готовы для дальнейшей переработки.

Вместе с тем, экспортных пиломатериалов вырабатывается ме-^ нее 10% общего их объема. Технология же пиломатериалов внутреннего потребления естественно должна иметь не только свои особенности, но и коренные отличия, как по совокупности производственных операций, так и по составу используемого оборудования» Лесопильное производство здесь можно рассматривать лишь как участок единого процесса переработки древесины в готовую продукцию, не только в масштабах какого-либо предприятия, объединения, но и отрасли, даже страны в целом*

В связи с этим весьма актуальной является задача разработки такой технологии пиломатериалов, которая учитывала бы масштабы и нужды нашей страны, использовала имеющиеся достижения науки и техники, дала бы возможность осуществить опережающий, приоритетный на мировом уровне шаг в развитии отечественного лесопиления.

Кроме того, в последние несколько лет появились прогрессивные технологические и технические разработки для отдельных участков лесопиления, которые позволяют существенно изменить всю технологическую цепочку. Эти разработки касаются и участков подготовки сырья к распиловке, и лесопильного цеха, и участков за ле-соцехом. й эти решения накладывают свой отпечаток, неизбежно приводят к пересмотру традиционных положений теории раскроя древесного сырья.

Второе. В лесопильно-деревообрабатывающих отраслях, как в нашей стране, так и за рубежом, основной составляющей себестоимости продукции являются затраты на сырье. Несмотря на все увеличивающийся при этом объем капиталовложений, показатель удельного веса затрат на сырье в себестоимости продукции лесопиления и деревообработки не имеет тенденции к снижению* При этом условия современного лесопиления практически во всех странах характеризуются возрастающими трудностями с обеспечением сырьевыми ресурсами, ухудшающимися размерно-качественными характеристиками распиливаемого сырья* В нашей стране, особенно в лесах Европейской части, наблюдается процесс смены пород, что ухудшает не только размерно-качественные характеристики, но и породный состав перерабатываемого сырья. Эти обстоятельства вынуждают с большей внимательностью отнестись к использованию лесосырьевых ресурсов и также приводят к необходимости усовершенствования теории раскроя древесного сырья.

Третье. Интенсивное развитие вычислительной техники, все более широкое ее использование как в производственном процессе» так и в обеспечении научных исследований существенно расширяет наши возможности в теоретических исследованиях; расширяет границы применения современного математического аппарата, позволяющего дать ответ на задачи, не имеющие ранее достаточно точных решений; улучшает перспективы уточнения и реализации различных гипотез и аспектов, в том числе в области проблем теории раскроя древесного сырья, в производстве хшлопродукции заданных размеров и качества.

Таким образом, в первую очередь, в связи с вышеизложеннымпредставляется актуальным процесс совершенствования теории раскроя древесного сырья в производстве пилопродукции.

Совершенствование теории раскроя древесного сырья соответствует научному направлению Московского государственного университета леса "Разработка новых технологических процессов механической и химической переработки древесины на базе гибких комплексных производств" и органично входит в проблему "Комплексное и рациональное использование лесных ресурсов".

Цель и задачи исследования. Основная цель исследования заключалась в совершенствовании теории раскроя древесного сырья на основе широкого использования математического аппарата и вычислительной техники. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследования: разработка современного критерия оптимальности поставов и плана раскроя; получение оптимальных решений для основных размерных параметров, необходимых в использовании выводов теории раскроя древесного сырья; разработка аналитических решений по составлению и расчету плана раскроя пиловочного сырья на необрезные и обрезные пиломатериалы; разработка метода оптимальной сортировки пиловочных бревен в соответствии с поставами; выявление характеристик качества древесного сырья и зависимостей выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен; разработка способа раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями и качеством вырабатываемых пиломатериалов и загото-^ вок; разработка перспективных направлений использования особенностей размеров и качества древесного сырья в процессе его рациональной переработки на пилопродукцию; оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки; разработка направлений совершенствования технологии лесопильно-% деревообрабатывающего производства.

Научная новизна. Сформулирован и получен в аналитическом виде современный критерий оптимальности поставов и плана раскроя.

Получена система оптимальных решений для основных размерных параметров, необходимых в использовании выводов теории раскроя древесного сырья.

Разработан и сформулирован в аналитическом виде метод оптимальной сортировки пиловочных бревен в соответствии с постава-^ ми, а также способ раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями и качеством вырабатываемых пиломатериалов и заготовок.

Получены зависимости выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен. Получены характеристики качества древесного сырья и разработаны перспективные направления рациональной переработки его на пилопродукцию е учетом особенностей размеров и качества древесины.

Обоснована целесообразность использования принципа "смежных поставов" в процессе оптимизации раскроя пиломатериалов.

Разработаны направления совершенствования технологии лесопиль-но-деревообрабатывающих производств.

Практическая значимость. Полученные в исследовании результаты и рекомендации могут быть использованы и используются в лесопильно-деревообрабатывающих производствах, в усовершенствовании технологических процессов, при выполнении необходимых технологических расчетов. Их использование позволяет упростить существующие технологические процессы, улучшить использование древесного сырья, получить * значительный экономический эффект.

На защиту выносятся: критерий оптимальности поставов и плана раскроя; система оптимальных решений по основным размерным параметрам, необходимым в использовании выводов теории раскроя древесного сырья; аналитические решения по составлению и расчету плана раскроя пиловочного сырья на необрезные и обрезные пиломатериалы; метод оптимальной сортировки пиловочных бревен в соответствии с поставами; зависимости выхода пиломатериалов от основных характеристик распиливаемых бревен; способ раскряжевки хлыстов в соответст-4, вии с заданными сечениями и качеством вырабатываемых пиломатериалов и заготовок; аналитическое описание характеристик качества древесного сырья и направления рациональной переработки его на пилопродукцию; принцип "смежных поставов", используемый в процессе оптимизации раскроя пиломатериалов; направления совершенствования технологии лесопильно-дерев©обрабатывающих производств.

Заключение диссертация на тему "Совершенствование теории раскроя древесного сырья на пилопродукцию заданных размеров и качества"

ЗАКЛШЕНИЕ

На основе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие выводы и решения:

2. Современным критерием оптимальности постава и плана раскроя да может быть интегральный показатель объемного выхода пиломатериалов, учитывающий рассеивание диаметров распиливаемых бревен, различную их встречаемость, рассеивание размеров вырабатываемых досок и обеспечивающий получение более достоверных результатов. Интегральный показатель объемного выхода возможно использовать при выработке досок обрезных, необрезных и любой другой формы.

3. При составлении и расчете поставов наряду с традиционными ^ следует использовать полученные как аналитическим, так и расчетным путем формулы и решения для основных размерных параметров. При определении оптимальной толщины боковых обрезных досок при массовом способе раскроя необходимо учитывать реальные условия распиловки одним поставом бревен различных диаметров и неравномерный характер их распределения. При составлении и расчете поставов для этого можно использовать составленные компьютерные программы расчетов.

0 рактеристик как диаметры в вершинном и комлевом торце, длина. Использование этих зависимостей возможно, в первую очередь, при планировании раскроя пиловочного сырья, реализации новых технологических решений в лесопильно-деревообрабатывающем производстве.

5. Анализ зависимостей показывает их неоднозначный характер для различных поставов. Это позволяет сформулировать важный технологический метод; сортировки пиловочного сырья в соответствии с заранее составленными поставами. В этом случае распиловка рассортированного сырья различными поставами позволит увеличить выход и существенно улучшить степень его использования.

6. Наиболее встречающимся, основным сортообразующим пороком пиловочных бревен и пиломатериалов из древесины основных пород являф ются сучки, которые сохраняют первостепенное значение при изменениях стандартов. Большее влияние на сортность пиломатериалов оказывают кромочные сучки.

7. Средний диаметр сучков в эксплуатационных насаждениях ели колеблется от 12 до 29 мм, для пиловочных бревен - от 17 до 22 мм. Большая часть сучков имеет размеры до 45 мм. Для древесины сосны и березы эти показатели примерно в два раза больше. Наоборот, по количеству сучков на поверхности одного погонного метра ствола на первом месте находится ель, затем сосна, береза и осина. Наблюдается увеличение среднего диаметра сучков и диаметра максимального сучка при увеличении толщины бревна, для ели - незначительное, для сосны, березы - более значительное.

8. В стволах всех пород древесины возможно ввделение трех зон сучковатости: без сучков, несросшихся сучков, сросшихся сучков. Для ели наиболее развита вершинная часть ствола и зона сросшихся сучков, практически отсутствует бессучковая зона. Для сосны бессучковая зона существенно больше.

9. Распределение пиловочных бревен по диаметру максимального сучка на их поверхности может быть описано логарифмически нормальным (логнормальным) законом.

11. Распределение сучков по их размерам на поверхности бревен соответствует нормальному закону, который может быть положен в основу исследований особенностей качества пиловочных бревен. Некоторая асимметрия распределений может быть объяснена отсутствием дан ных по деревьям и сучьям малых размеров, данных по сучьям, отмершим в процессе роста и развития насаждений. Для еловой древесины на отдельных участках с определенной степенью точности это распределение может быть описано линейным законом.

12. Сучки в пиловочных бревнах располагаются неравномерно и концентрируются преимущественно на поверхностях одной или двух четвертин бревен. В среднем количество сучков диаметром более

10 мм на поверхности наиболее насыщенной четвертины, например, для еловых бревен превышает 40% от их общего числа. Для сосновых бревен этот показатель существенно выше. Распределение (концентрация) сучков на поверхности пиловочных бревен может быть описано усеченным нормальным законом и зависит, в первую очередь, от диаметра максимального сучка, количества учитываемых сучков.

13. В условиях традиционных правил сортировки бревен, а затем при составлении плана раскроя постава рассчитывают по соответствующим размерным группам бревен, т.е. составляют, в первую очередь, под размеры бревен, обычно под диаметр в вершинном торце. Более

Ф эффективным является метод сортировки в соответствии с поставами на распиловку. В этом случае исходя из заданных сечений и качества пиломатериалов и составленных поставов подбирают в процессе сортировки соответствующие размерно-качественные группы бревен. Сортировка бревен по диаметру в вершинном торце и распиловка их соответствующими поставами обеспечивает, в первую очередь, увеличение выхода пиломатериалов, вырабатываемых в пределах пласти бруса, как правило, толстых. Сортировка бревен по длине и диаметру в комлевом торце и распиловка их соответствующими поставами обеспечивает увеличение выхода пиломатериалов, как правило, тонких и вырабатываемых из боковых зон бревна. Сортировка бревен по качеству и распиловке их соответствующими поставами позволяет улучшить сос-^ тав вырабатываемых пиломатериалов по качеству и соответственно увеличить их ценностный выход.

14. При составлении и расчете плана раскроя пиловочного сырья необходимо учитывать изменения объема бревна в зависимости от его диаметра даже в небольших диапазонах; различную встречаемость бревен в зависимости от их диаметра. Это можно учесть при использовании интегрального показателя объемного выхода пиломатериалов. Его использование позволяет обеспечить более точную и объективную

Ш оценку рациональности составленных поставов и плана раскроя бревен; учитывать изменение объема бревна в зависимости от его диаметра даже в небольших диапазонах и различную встречаемость бревен в зависимости от их диаметра.

15. При составлении планов раскроя сырья на пиломатериалы обычно используются методы линейного программирования. В качестве развития альтернативного метода при составлении плана раскроя сырья на необрезные пиломатериалы предлагается аналитический метод с ис-* пользованием коэффициента, учитывающего отходы в обзольные и сбеф говые рейки. При этом составление поставов осуществляется одновременно по всему диапазону бревен, из которых может быть получен планируемый к выработке сортимент пиломатериалов; учитывается реальное распределение бревен по их диаметрам. Использование предлагаемого метода оптимизации плана раскроя пиловочного сырья на необрезные пиломатериалы, его разработанность позволяет более точ но и объективно оценивать оптимальность составляемых планов, увеличить объемный выход вырабатываемой продукции.

16. По действующим стандартам размеры и количество сучков, допускаемых на пластях и кромках досок, различны. Меньшее количество и меньшие размеры сучков допускаются на кромках досок, а большие размеры и большее количество - на пластях. Эта особенность технических требований к пиломатериалам приводит к тому, что расположение сучков на кромках досок в большей степени влияет на их сортообразование. Результаты ряда исследователей и полученные нами данные подтверждают это. Предварительные исследования качества елового и соснового пиловочного сырья показали значительную неравномерность распределения сучков на поверхности бревен. Установлено, что сучки концентрируются преимущественно на поверхностях одной или двух четвертин бревен, что объясняется условиями роста лесных насаждений и более сильным развитием ветвей в сторону наибольшего светового потока. Месторасположение сучков максимальных размеров по преимуществу совпадает с местами максимальной их концентрации. Указанная особенность технических требований к пиломатериалам и существующая концентрация сучков в бревнах дают возможность улучшения состава пиломатериалов по качеству и увеличения их ценностного выхода за счет такого ориентирования распиливаемых бревен, при котором сучки в наибольшем количестве и крупных размеров попадали бы не * на кромку, а на пласти выпиливаемых досок. у 17. Оптимизацию процесса производства заготовок из древесины необходимо рассматривать по всей совокупности операций раскроя используя способ раскряжевки хлыстов в соответствии с заданными сечениями вырабатываемых пиломатериалов и заготовок. Определяющими факторами в выходе пиленых заготовок заданных размеров и качества являются соответствие постава диаметру раскраиваемого бревна и длин заготовок длине досок. Планирование раскроя как хлыстов, бревен, так и досок с учетом размеров и качества пиленых заготовок позволяет увеличить, в первую очередь, их объемный выход.

18. Процесс оптимальной переработки пиломатериалов возможно осуществлять с использованием принципа "смежности", когда раскрой древесины, как в бревнах, так и в пиломатериалах, осуществляется , системой, блоком постоянно работающих поставов, которые позволяют вырабатывать продукцию различных размеров и качества и пилы которых работают попеременно при раскрое различных размерно-качественных групп бревен и пиломатериалов. В этом случае без смены постава возможно распиливание бревен, брусьев и досок достаточно большого диапазона размеров и качества и выработка соответственно продукции различных размеров и качества в большем количестве.

19. Результаты исследований послужили основой для создания и реализации "Руководящих технических материалов по математическому определению технологии заготовок для малоэтажных деревянных домов" и внедрены на ряде предприятий страны. Ш

Похожие работы

Технология, машины и оборудование лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева
05.21.00