Статья: Сортовой состав круглых лесоматериалов и выход пиломатериалов и заготовок общего назначения

Сортовой состав круглых лесоматериалов и выход пиломатериалов и заготовок общего назначения

Чамеев В.В.,

Гаева Е.В.,

Харисов П.Е.

УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ

При проектировании технологических процессов лесообрабатывающих цехов лесопромышленных предприятий нужны сведения по сортовому составу сырья и выходу готовой продукции из него. Для определения посортного выхода пиломатериалов в ЦНИИМОД разработаны Руководящие техникоэкономические материалы по нормированию расхода сырья и материалов в производстве пиломатериалов (1983 г.), принятые в настоящее время в качестве российских нормативов. Однако нормативы разработаны для пиловочного сырья по ГОСТ 9463-72 и ГОСТ 9462-71. С 1990 г. действуют стандарты на круглые лесоматериалы по ГОСТ 9463-88 и ГОСТ 9462-88. Для разрешения сложившихся противоречий при определении посортного выхода пиломатериалов на кафедре ТиОЛП УГЛТУ разработаны компонент-программы (кп) «СЫРЬЁ» и «ПРОДУКЦИЯ», входящие в комплекс-программу (КП) «ЦЕХ». заготовка пиломатериал сортовый

Применительно к круглым лесоматериалам из сосны их сортность определяется в двух вариантах: а - в кп «СЫРЬЁ» по ГОСТ 9463-88 на основе математических моделей сырья и ограничений на пороки, приведённые в ГОСТ 9463-88; б - в кп «ПРОДУКЦИЯ» по ГОСТ 9463-72 на базе тех же математических моделей сырья, но с учётом ограничений на пороки по ГОСТ 9462-72. Такой подход позволяет применять в расчётах нормативы ЦНИИМОД посортных выходов пиломатериалов.

Основными сортообразующими пороками в математической модели сырья приняты гниль, сучки и кривизна. I-й сортообразующий порок в математической модели представлен случайной величиной Х с типом вероятностного распределения Pх, средним значением , средним квадратическим отклонением (СКО) ух, вероятностью его появления Рп с указанием зависимостей Pх, , ух, и Рп от доминирующих факторов.

Ниже представлена математическая модель сортообразующих пороков для сосновых бревен. Параметры модели cоответствуют сырью лесопромышленных предприятий Уральского региона. Для составления математической модели были использованы литературные источники и данные кафедры ТиОЛП УГЛТУ. Основные параметры модели сведены в таблице 1.

Наличие гнили в бревнах характеризуется следующими параметрами: встречаемость бревен с гнилью РГ, в т.ч. со сквозной РГС (вероятность встречи бревна с гнилью с выходом на один торец РГО = РГ - РГС), степень поражения гнилью торцов бревен в долях их толщины dг/d (среднее значение г/d, стандарт уdг/d, закон вероятностного теоретического распределения), протяженностью напённой и стволовой гнили (среднее ГН и ГС, СКО и ).

Встречаемость бревен с гнилью PГ и PГС возрастает с увеличением di, что не противоречит биологическим свойствам древесины к загниванию. Уравнения зависимостей г/d=ѓ(di) и уdг/d=ѓ(di) следует считать приближенным из-за недостаточного объёма исходного статистического материала. Для практических целей использованы значения г/d и уdг/d для сырья из средней группы по толщине (di ? 25 см) и толстомерного сырья (di?26 см). Случайная величина г/d не противоречит нормальному распределению. Некоторые выборки, с худшей сходимостью, одновременно описываются и законом Эрланга.

Таблица 1 - Содержание сосновых брёвен с пороками и их размерная характеристика

Протяженность напённой гнили в сосновых брёвнах зависит от степени пораженности ею торца. Чем сильнее развита напённая гниль, тем выше она поднимается по стволу. По геометрической форме центральные гнили округлого сечения наиболее близки к параболоиду с образующей в виде параболы. Для бревен комлевой вырезки длина напённой гнили зависит от диаметра гнили на торце бревен dГ. Для брёвен из вершинной и срединной частей хлыстов распределение длины стволовой гнили ?ГС установить невозможно. Для дальнейших расчётов принимается по равномерному закону.

Для бревен из вершинной и срединной части хлыстов распределение длины стволовой гнили ?ГС установить невозможно.

Характеристика сучков в круглых лесоматериалах включает статистические описания: встречаемость бревен с сучками РС, число сучков на единицу длины бревна nC1 и толщину сучков dС. Доля бревен с сучками уменьшается с увеличением di и существует статистическая связь РС = ѓ(di). Число сучков на 1 м длины сосновых бревен описывается нормальным распределением. Анализ значений и СКО уn, для разных групп сырья по толщине позволяет в модели принять их независимыми от ступеней толщины сырья. Принятые значения и уn, приведены в табл. 1. Средняя толщина сучка С и стандарт уdc находятся в статистической зависимости от di. Эмпирические распределения сучков по толщине не противоречат логарифмическому нормальному

Кривизна К, как случайная величина, подчиняется вероятностному закону со средним значением и стандартом уК, характеризуется встречаемостью брёвен с кривизной РК. У сосны сравнительно небольшое число бревен с кривизной. С увеличением di значение РК снижается. Эмпирические распределения кривизны К асимметричны и одинаково хорошо описываются как логнормальным законом, так и законом Эрланга. Связь статистик и уК с толщиной сырья di очень проблематична. Для практического пользования принимается модель кривизны, приведенная в табл. 1.

Реализация приведённой математической модели на ЭВМ в кп «СЫРЬЁ» позволила получить сортовой состав круглых лесоматериалов из сосны по ГОСТ 9463-88 для выработки пиломатериалов и заготовок общего назначения по ГОСТ 8686-86. При имитационном моделировании потока брёвен для рамной распиловки со средней длиной 6 м в диапазоне средних толщин (диаметров) сырья dСР=16 … 30 см с шагом 2 см пиловочные брёвна первого сорта занимают в общем объёме сырья

, %.

Соответственно брёвна 2-го и 3-го сортов, %

;

.

Анализ приведённых уравнений регрессий показывает, что с увеличением средней толщины сырья на 1 см круглые лесоматериалы повышенной сортности (1 и 2 с) по ГОСТ 9463-88 уменьшаются в среднем на 1,3 %.

Для определения выхода готовой продукции из сырья используются данные сортового состава сырья по ГОСТ 9463-72, полученные по кп «ПРОДУКЦИЯ», %

; ;

;

.

Сопоставление полученных результатов моделирования сортового состава сырья со сведениями, имеющимся в различных источниках позволяют сделать вывод, что математические модели параметров сырья адекватны.

Достижение адекватности математических моделей параметров сырья позволяет, используя нормативы посортных выходов пиломатериалов заложенных в кп «ПРОДУКЦИЯ», определить по ней выход готовой продукции в зависимости от способа раскроя круглых лесоматериалов несортированного и сортированного на размерные группы сырья.

Результаты исследований приведены в таблице 2. При распиловке сырья с брусовкой выход пиломатериалов повышенной сортности (1 и 2 с) с увеличением среднего диаметра пиловочных брёвен с 16 до 30 см уменьшается на 2,2%. Общий выход пиломатериалов (ОВ) колеблется от 59,3 до 60,7%. Выход пиломатериалов повышенной сортности при распиловке вразвал при тех же условиях (с увеличением dСР от 16 до 30 см) увеличивается на 3,6%, а общий выход пиломатериалов ОВ - на 2,6%. Для анализа регрессионных уравнений, полученных по кп «ПРОДУКЦИЯ» и приведённых в табл. 2, сопоставления посортных выходов пиломатериалов при различных условиях раскроя сырья создана программа «ВЫХОД П.М», входящая в КП «ЦЕХ».

Результаты по сортовому составу сырья и выходу готовой продукции из него можно использовать технологам по лесопилению в технологических расчётах, а также при имитационном моделировании технологического процесса лесообрабатывающего цеха по кп «ПОТОК» комплекс-программы «ЦЕХ» в виде входной информации.

Таблица 2 - Посортный выход сосновых пиломатериалов (ГОСТ 8486-86) для условий Урала при распиловке пиловочного сырья (ГОСТ 9463-88)