НЕКОТОРЫЕ  Особенности  продольного  раскроя 

 крупномерного  пиловочного  сырья

  

Уласовец  В.Г.  (УГЛТУ.  г.Екатеринбург, РФ)

 

Some  peculiarities  of  the  longitudinal  cutting  of  large-size  logs

 

Современная теория раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы [1, 2, 3, 4] позволяет успешно решать многие практические задачи, однако, в ней отсутствуют решения, связанные с теоретическим обоснованием отдельных способов раскроя. Так бревна крупных диаметров, центральная зона которых часто значительно поражена гнилями, распиливают развально-сегментным, брусово-сегментным, круговым способом или на три бруса. При этом задача рационального раскроя сегментов и боковых брусьев на пиломатериалы требует самостоятельного теоретического решения и разработки отсутствующих рекомендаций, так как имеет большое практическое значение особенно для лесопильных предприятий Восточных регионов нашей страны, где будет преимущественно развиваться лесопиление.

Согласно проведенным теоретическим исследованиям [5, 6, 7, 8], для бревен, форма ствола которых приравнена к усеченному параболоиду, оптимальную длину l_o(c) и оптимальную ширину b_o(c) обрезных прямоугольных досок, выпиливаемых параллельно продольной оси бревна из сегмента, определяют по следующим уравнениям:

   - если наружные пласти выпиливаемых досок расположены в пифагорической зоне сегмента (т. е. при  Е  Е_пиф(с))

                                                           l_o(c) = L,                                                      (1)         

                                                  ,                                           (2)

   - если наружные пласти выпиливаемых досок расположены в параболической зоне сегмента (т. е. при  Е > Е_пиф(с))

                   ,           (3)

или             .           (4) 

                                        ,                                (5)

или                                 ,                                 (6)   

где  L - длина бревна; А = 2С  - расстояние между внутренними пластями сегментов (или боковых брусьев); D (R) и d (r) - диаметры (радиусы) комлевого и вершинного торцов бревна; E = 2e - расстояние между симметричными наружными пластями досок, выпиливаемых из сегмента (бокового бруса) или удвоенное расстояние от центра торца бревна до рассматриваемой пласти доски;  Е_пиф(с) = 2 е_пиф(с) - величина пифагорической зоны сегмента.

Величину пифагорической зоны сегмента определяют по формуле

                         ,        (7)

или для полупостава

                           .        (8) 

Анализируя  уравнение (7), сделаем некоторые выводы:

     1. Если средний брус не выпиливать, то вычисленное значение пифагорической зоны сегмента Е_пиф(с)п будет являться также величиной пифагорической зоны  бревна  Е_пиф.п, что можно представить в следующем виде:

при   А = 0,   .

     2. Для всех значений  А > 0,  Е_пиф(с)п  <  Е_пиф.п.        

     3. Увеличение толщины среднего бруса приводит к уменьшению величины   Е_пиф(с)п.

     4. С увеличением коэффициента сбега бревна при прочих равных условиях  величина Е_пиф(с)п  будет уменьшаться. 

Указанные выше положения наглядно отражает график (рис. 1) зависимости величины  Е_пиф(с)п от изменения толщины средней вырезки А, где  Е_пиф(с)п  и  А  выражены в долях вершинного диаметра бревна.  График составлен для  бревен с коэффициентом сбега от К = 1,1 до К = 1,5. Крайняя справа кривая относится к случаю, когда К = 1,0, т. е.  когда бревна имеют цилиндрическую форму.  

 

Рисунок 1 - График  изменения  Епиф(с)п от  толщины  средней   вырезки

Приведенный график позволяет  определять значение Е_пиф(с)п/d (при известных A/d и К), не прибегая к  расчетам по формуле (7). 

Установленные аналитические зависимости для расчета оптимальных размеров обрезных досок, выпиливаемых из сегмента, позволяют расчетным путем вычислять их значения и выявить основные положения по составлению поставов, при оптимизации раскроя сегмента и боковых брусьев по максимуму объемного выхода обрезных пиломатериалов.  

Исследованиями [8] установлено, что составление поставов на распиловку пифагорической зоны сегмента следует вести так же, как и пифагорической зоны бревна, а распиловку параболической зоны сегмента можно вести на доски одинаковой толщины. Расход ширины постава P_c на распиловку параболической зоны сегмента определяют по уравнению  

                                              P_c = E_пред(с)  - Е_о = n(a + y + t),                               (9)

где n - количество досок одинаковой толщины в поставе при распиловке параболической зоны сегмента;  а - номинальная толщина выпиливаемых досок;  у - величина припуска на усушку по толщине доски; t - ширина пропила; Е_о - ширина постава на распиловку пифагорической зоны сегмента; Е_пред(с) - предельный охват сегмента (бокового бруса) поставом.

Предельный охват сегмента (бокового бруса) поставом Е_пред(с) вычисляют исходя из заданной минимальной ширины b_min и минимальной длины l_min обрезных  досок. 

Для обозначений, принятых на рис. 2, запишем следующее выражение:   

 

Рисунок 2 - Определение  величины  Епред(с)

 

                                             ,                                   (10)

где  d_p - расчетный диаметр бревна, начиная с которого выпиливаемые доски будут иметь заданные минимальные по ширине и длине размеры, т.е. b_min и  l_min;      

Для бревен, форма ствола которых приравнена к усеченному параболоиду, расчетный диаметр бревна d_p определяют по формуле

                                               ,                                      (11)         

тогда                      ,                       (12)

или для полупостава

                                 ,                      (13)

Из уравнения (12) видно, что с увеличением длины бревен величина предельного охвата поставом сегмента (боковых брусьев) увеличивается.

     Отметим, что раскрой бокового бруса, является частным случаем раскроя сегмента, при котором решают три задачи по расчету оптимальной ширины b_o(c) и оптимальной длины l_o(c) выпиливаемых досок.   

     Задача 1. Доску выпиливают в зоне пропиленных пластей бокового бруса,  т. е.  е  е_бр  (рис. 3).  При  этом

                                               .                             (14)  

     

Рисунок 3 - Раскрой  бокового  бруса  при  е    ебр	Рисунок 4 - Раскрой  бокового  бруса при   ебр < e < eпиф(с)
Рисунок 5 - Раскрой  бокового  бруса при   e  >  eпиф(с)

 

В исследуемой задаче оптимальная ширина обрезной  доски,  выпиливаемой из бруса,  будет  равна  высоте  бруса, т. е.    b_o(с) = h_бр,  а  ее оптимальная длина будет равна длине  бревна,  т. е.   l_o(с)= L.

Задача 2.  Доску  выпиливают  в  пифагорической  зоне  бокового  бруса, но  за  пределами  верхней  пропиленной  пласти,   т. е.   е_бр < e  < e_пиф(с) (рис. 4). 

     В  этом  случае  оптимальную  ширину  обрезной  доски,  выпиливаемой  из  бруса,  вычисляют  по  следующему  уравнению: 

, а ее оптимальная длина  будет равна  длине  бревна, т. е.  l_o(с)= L.                       

Задача  3.   Доску   выпиливают   в   параболической   зоне   бокового  бруса,  т. е.   e > e_пиф(с)  (рис. 5).  

Оптимальную длину обрезной  доски,  выпиливаемой  за  пределом  пифагорической зоны сегмента, вычисляют по   уравнению (4),  а  оптимальную  ширину  по  уравнению  (6).                 

Разработанные теоретические положения создают теоретическую основу  решения практических задач по раскрою  крупномерного сырья на пиломатериалы и возможность вести анализ рациональности составленных поставов.

 

Литература

     1. Шапиро Д.Ф.  Лесопильно-строгальное производство. - Л.:  Гослестехиздат, 1935. - С. 88 - 97.

     2. Л.В. Канторович, В.А. Залгаллер. Рациональный раскрой промышленных материалов.    - Новосибирск: Наука, 1971. - С. 175-176.

     3. Батин Н.А. Теоретические и экспериментальные исследования раскроя пиловочного сырья. Дис. … д-ра техн. наук.  -Мн.: 1964, 1 том. - 438 с.

     4. Ветшева В.Ф. Руководство по расчету поставов для распиловки пиловочного сырья диаметром 14 - 90 см. - Архангельск: ЦНИИМОД, 1979. - 84с.

     5. Уласовец В.Г.  Организация и технология лесопильного производства: Учебн. пособие для ВУЗов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, - 2001. - 294 с.

     6. Уласовец В.Г. Технологические основы производства пиломатериалов:  Учебн. пособие для ВУЗов. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т,  - 2002. - 510 с.

     7. Уласовец В.Г. Рациональный раскрой пиловочника. - Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003. - 278 с.

     8. Уласовец В.Г. Раскрой сегмента на обрезные пиломатериалы. // ИВУЗ. Лесной журнал.  - 2005. - №  3. - С. 78 - 84.