Рассылка

Для того, чтобы получать уведомления о новых номерах журнала, оставьте свой E-mail адрес.



Математическая модель определения выхода пилопродукции из круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью секторным способом

Авторы: Е.В. Микрюкова, А.С. Торопов

Предлагается способ раскроя круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью. Разработана математическая модель определения выхода пилопродукции из круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью секторным способом.

Ключевые слова: круглый лесоматериал, сердцевинная гниль, секторный способ раскроя, математическая модель

A method of cutting of the round timber heartwood rot, with the developed mathematical model for the determination of output of sawn round timber heartwood rot sector method.

Keywords: round timber, heartwood rot, sector way of cutting, mathematical model

Спрос на древесину как на конструкционный материал постоянно растет, а запасы ее неуклонно сокращаются. Поэтому в настоящее время вырубаются не доведенные до спелого состояния древостои. Вместе с тем неэффективно используется низкокачественная древесина, большую долю которой составляют материал, пораженный сердцевинной гнилью. В лучшем случае он используется для производства тарной пилопродукции и щепы. Таким образом, решение проблемы использования древесины, пораженной сердцевинной гнилью, является актуальной задачей и позволит вовлечь в переработку дополнительные ресурсы спелой древесины и частично погасить спрос на нее. Одним из направлений исследования возможностей использования такой древесины является поиск новых способов раскроя, что приведет к более рациональному использованию сырья.

Нами был предложен способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных сердцевинной гнилью [1], схема которого показана на рисунке 1. Способ раскроя включает продольный раскрой на секторы, удаление коры и гнили из секторов параллельно образующей лесоматериала, сушку и сортировку полученных заготовок переменного поперечного сечения в виде равнобедренной трапеции, их разворот и скрепление между собой.

Предварительно перед распиловкой производится сортировка бревен по диаметрам гнили. В распиловку поступают преимущественно круглые лесоматериалы, по размерам сердцевинной гнили, отнесенные к дровяной древесине, поскольку стоимость такого сырья значительно ниже.  Круглый  лесоматериал  поступает на станок

Рис. 1. Получение пилопродукции из круглых лесоматериалов, пораженных сердцевинной гнилью

 

для продольного раскроя. Далее полученные секторы, содержащие гниль, поступают к станку для удаления гнилой части и коры. После этого полученные заготовки подвергаются сушке и сортировке. Затем они поступают к фрезерному станку для обработки кромок. После чего наносится клей и производится склеивание.

Для оценки эффективности того или иного способа раскроя нужно знать объемный выход получаемой при этом пилопродукции. Для определения объемного выхода пилопродукции, полученной при раскрое круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью секторным способом, разработана математическая модель.

Секторным способом эффективнее вести распиловку круглых лесоматериалов крупных диаметров. Число секторов при этом рекомендуется от 4 до 8, если ведется раскрой здоровых бревен на пилопродукцию специального назначения (радиальную или тангенциальную). Для предлагаемого способа раскроя круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью не требуется дальнейший раскрой секторов на пиломатериалы. Поэтому можно вести распиловку не только крупных лесоматериалов, но и средних, а также увеличить число секторов для повышения выхода получаемой пилопродукции.

Угол сектора, получаемого при раскрое круглого лесоматериала

, (1)

где < – число секторов, на которые раскраивается круглый лесоматериал.

Ширина кольца качественной зоны пиловочника в произвольном сечении равна

, (2)

где  – соответственно диаметр круглого лесоматериала без коры и диаметр гнили в произвольном сечении.

При поражении круглого лесоматериала сердцевинной гнилью, диаметр последней, как правило, уменьшается от комля к вершине, как и диаметр самого лесоматериала, но интенсивность изменения диаметров может быть разной. Поэтому заранее неизвестно, в каком из сечений ширина кольца будет минимальной. Расчет вести необходимо по тому сечению, в котором ширина кольца минимальная.

Рассмотрим раскрой круглого лесоматериала на секторы с дальнейшим получением из них заготовок. Найдем геометрические размеры заготовок в комлевом и вершинном торцах. На рис. 2 показан торец круглого лесоматериала с минимальной шириной качественной древесины.

 

Рис. 2. Схема раскроя круглого лесоматериала с сердцевинной гнилью

Из схемы раскроя (рис. 2)

, (3)

, (4)

, (5)

где B1, B2 – ширина заготовок соответственно по внутренней и наружной пластям после удаления коры и гнили в сечении минимальной ширины кольца, мм; – толщина заготовок, мм.

Для обеспечения дальнейшего сопряжения заготовок необходимо, чтобы толщина заготовок была постоянной по их длине. Ширина заготовок в противоположном торце B3 определяется следующим образом

, (6)

где B4  определяется аналогично B2 по формуле (4).

С помощью, найденных по формулам (3) – (6), размеров заготовок, находим их суммарный объем

, (7)

где l – длина круглого лесоматериала.

Для оценки эффективности способа раскроя нужно определить процент полезного выхода пилопродукции по отношению к объему круглого лесоматериала. Объем круглого лесоматериала может быть определен аналитически.

Если предположить, что круглый лесоматериал является телом вращения, то для определения его объема необходимо знать форму образующей.  Для определения формы образующей круглых лесоматериалов, а также образующей сердцевинной гнили используем аллометрический метод, основанный на законе относительного роста древостоя [2]. Таким образом, можно записать математические модели образующих круглых лесоматериалов и сердцевинной гнили

(8)

где  – диаметр круглого лесоматериала без коры в произвольном сечении, м;  – диаметр круглого лесоматериала в комле, м;  – константа начального состояния;  – расстояние от комля до произвольного сечения, м;  – константа равновесия, передающая темп изменения диаметра относительно .

Зная форму образующей хлыста, выраженную математической формулой, можно определить объем круглого лесоматериала по формуле

После подстановки в это выражение формулы образующей в виде аллометрической зависимости и интегрирования получим

.

Процент полезного выхода пилопродукции из круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью

.

Распиловка предлагаемым способом раскроя круглых лесоматериалов с сердцевинной гнилью должна вестись на станках для индивидуального раскроя. Эффективность предлагаемого способа раскроя должна оцениваться не только процентом полезного выхода пилопродукции, а комплексными критериями, позволяющими учитывать еще и затраты на реализацию данного способа.

 

Список литературы

  1. Пат. 2359816 Рос. Федерация: МПК В 27 В 1/00 / Способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных сердцевинной гнилью: Торопов А.С., Микрюкова Е. В., Липин Д.М.; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. - № 2006112530/03; заявл. 14.04.06; опубл. 27.06.09 Бюл. № 18.
  2.  Торопов, А.С. Интенсификация производственных процессов поперечной распиловки лесоматериалов: Автореф. дис. на соискание учен. степени докт. техн. наук: 05.21.01-Технология и машины лесного хоз-ва и лесозаготовок/ Санкт-Петербург. лесотехн. акад.- СПб., 1993.- 31с.

 

УДК 674.04