CC BY
41
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОДОЛЬНОГО РАСКРОЯ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
К.П. РУКОМОЙНИКОВ, доц. каф. ТОЛП ПоволжскогоГТУ, канд. техн. наук,
В.С. СТРЕЛЬЧУК, магистрант каф. ТОЛП Поволжского ГТУ,
П.Н. ВИНОГРАДОВ, соискатель каф. ТОЛП Поволжского ГТУ
rukomojnikovkp@volgatech .net
ФГБОУ ВПО Поволжский государственный технологический университет, кафедра ТОЛП
424000, Респ. Марий Эл, г. Йошкар-ола, пл. Ленина, д. 3.
Предложен способ осуществления продольной распиловки лесоматериалов с полным учетом объема лесоматериала, позволяющий повысить выход готовой продукции. Математическая модель предусматривает деление сортимента на три сегмента. Первый выпиливается с максимальным учетом сбега лесоматериала. А два других делением основной части сортимента вдоль его продольной оси. Полученные результаты могут быть использованы лесопромышленными предприятиями.
Ключевые слова: продольная распиловка, модель, информационно-логическая модель
Статистические показатели переработки древесины свидетельствуют, что она сопровождается огромными потерями. До 50 % всей перерабатываемой древесины составляют отходы. Важную роль в повышении выхода высококачественных пиломатериалов играет оптимизация процесса раскроя пиловочных бревен.
Исследованиями способа продольной распилки занимались многие исследователи [1-5]. В научных исследованиях Уласовца В.Г. проведен анализ раскроя боковой зоны пиловочника на пиломатериалы [6], проанализирован объемный выход необрезных [7] и обрезных [8, 9] пиломатериалов в зависимости от способа распиловки бревен. Рассмотрены варианты распиловки лесоматериалов параллельно их продольной оси и параллельно образующей (по сбегу) с использованием круглопильных и ленточнопильных станков. Сделаны выводы об уменьшении или увеличении объемного выхода обрезных пиломатериалов при продольной распиловке по первому способу раскроя при различных соотношениях длины и сбега лесоматериалов и даны рекомендации предприятиям, вырабатывающим длинномерные обрезные пиломатериалы, вести распиловку лесоматериалов параллельно образующей.
Способ, положенный в основу предлагаемой модели, предусматривает возможность последовательного отделения от сортимента
сортименты, пиломатериалы, математическая
горбыля и нескольких подгорбыльных досок с последующим разворотом полученного сегмента и его распиловки перпендикулярно полученной пласти. Продольная распиловка основной части сортимента может осуществляться вертикально установленными рамными пилами, либо с учетом способа [10], отличающегося тем, что после распиловки сортимента вдоль оси вертикально установленной пилой полученные сегменты разворачивают вокруг горизонтальной оси, укладывают пластями на подающий транспортер и подают на дальнейшую распиловку к горизонтально установленным ленточным пилам с возможностью одновременной распиловки сегментов, полученных из одного сортимента, каждой из горизонтально установленных пил.
Таким образом, анализируемый способ сочетает в себе способы продольной распиловки как параллельно продольной оси лесоматериалов, так и параллельно их образующей.
Имитационно-логическая модель раскроя представлена на рис. 1.
При этом на этапе ввода исходных данных в предложенную модель анализируются минимальные размеры пиломатериалов по требованиям заказчика, либо условиям дальнейшего технологического процесса работы предприятия.
Математическая модель работы алгоритма представлена на рис. 2.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
151
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
да
4. Выбираем толщину 6. Определение объема
доски aj выпиливаемой доски при
где j=1...k минимальной длине
Да.
3. Можно ли добавить горбыль
нет
5. Можно ли добавить доску?
7. Все варианты толщины боковых досок рассмотрены?
Г
16. Все варианты толщины осн. досок
рассмотрены?
нет
да
13. Блок перебора толщин основных i пиломатериалов, получаемых из основного сегмента
14. В постав можно добавить пиломатериал толщиной ai?
нет
нет
Рис. 1. Информационно-логическая модель
Показатели, приведенные на блок-схеме означают: а. - толщина j пиломатериала в первом (дополнительном параболическом) сегменте, м; k - количество типоразмеров пиломатериалов, выпиливаемых из бокового сег-
мента, с градацией по ширине; п- количество типоразмеров пиломатериалов, выпиливаемых из основного сегмента, с градацией по толщине а толщина i пиломатериала в основном сегменте, м; b. - ширина i пиломатериала в основном
152
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
Рис. 2. Математическая модель
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
153
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
Рис. 3. Расчетная схема раскроя сортимента с последующим получением обрезных пиломатериалов
сегменте, м; l - длина i доски в основном сегменте, м; bj - ширина j доски в дополнительном сегменте, м; l. - длина j доски в дополнительном сегменте, м; b . и l . минимально допустимая ширина и длина пиломатериалов согласно требованиям заказчика или к характеристикам сырья в соответствии с дальнейшим технологическим процессом работы предприятия, м; к.
- толщина постава в основном сегменте, м; D .
- диаметр вершинной части, м; Dmax - диаметр комлевой части, м; Dp - расчетный диаметр, м; S - общая толщина отпиленных досок в дополнительном сегменте; m - толщина лесоматериала, оставшаяся после последнего пропила, м; D - ширина последней доски, отпиливаемой из дополнительного сегмента, м; х-толщина кромки центральных пиломатериалов, получаемых из центральной части сортимента при распиловке основных сегментов, м; l - длина бревна, м; V0 - объем отходов, м3; V; - общий объем лесоматериала, м3.
Расчетная схема для реализации предложенного алгоритма приведена на рис.3. Указание на схеме плоскостей пропилов относится к возможному использованию алгоритма при работе вышеописанного оборудования. Плоскость 2 может не учитываться в случае использования технологии продольной распиловки основного сегмента с приме-
нением лесопильных рам. Плоскость пропила 1 соответствует плоскости укладки сегмента при его развороте с учетом дальнейшего использования рамных пил, а плоскость пропила 2 символизирует плоскости, на которые укладывают полученные сегменты при их последующей распиловке многопильной ленточнопильной установкой с горизонтальным расположением ленточных пил.
На первом этапе расчета осуществляется обоснование толщины горбыля, а дальнейший анализ направлен на обоснование возможности получения одной или нескольких подгорбыльных досок. При этом путем последовательного перебора различных толщин досок а, расположенных в порядке убывания толщины, исследуются возможности получения разных пиломатериалов и повышения выхода готовой продукции.
При возможности эффективной распиловки боковой части лесоматериала, на втором этапе раскроя, его разворачивают, укладывая на пласть полученный основной сегмент.
После разворота сегмента первоначальный анализ основан на его распиловке с получением досок толщиной а р соответствующей самым толстым доскам согласно требованиям заказчика, а в последующем при постепенном раскрое лесоматериала осуществляется пере-
154
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
ход к анализу досок с меньшими размерными характеристиками по толщине.
Результатом работы алгоритма является выбор варианта раскроя лесоматериала с обоснованием объемов полученной готовой продукции и отходов производства.
Таким образом, полученная математическая модель позволяет выполнить расчеты с использованием новой схемы раскроя лесоматериала. Результаты данного анализа могут быть использованы на лесопромышленных предприятиях, заинтересованных в увеличении объема и улучшении качества продукции.
Библиографический список
1. Пат. 2413608 Российская Федерация, МПК В 27 B 1 00. Способ раскроя круглых лесоматериалов/ Е.С. Шарапов, Т.В. Бычкова, Е.В. Микрюкова, А.Р. Хисамеева - 2009142394/21; заявл. 17.11.2009; опубл. 10.03. 2011.
2. Рукомойников, К.П. Способ продольной распиловки сортиментов и станок для его осуществления / К.П. Рукомойников, П.Н. Виноградов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2008. - № 6. -С. 55-58.
3. Иванкин, И.И. Программа для расчета поставов и выходов пилопродукции / И.И. Иванкин // Извес-
тия высших учебных заведений. Лесной журнал.
- 2004. - № 3. - С. 72-76.
4. Старкова, А.В. Раскрой параболической зоны бревна на заготовки / А.В.Старкова // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2004.
- № 5. - С. 83-89.
5. Титков, ГГ Краткое руководство по составлению и расчету поставов / Г.Г. Титков- М.; Л., 1955. - 50 с.
6. Уласовец, В.Г. Теоретическое обоснование раскроя боковой зоны пиловочника на пиломатериалы: дисс. ... д-ра техн. наук / В.Г. Уласовец - Екатеринбург, 2005. - 325 с.
7. Уласовец, В.Г. Сравнение объемов необрезных досок при различных способах распиловки бревен / В.Г. Уласовец // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2005. - № 5. - С. 69-73.
8. Уласовец, В.Г. Раскрой боковых брусьев на обрезные пиломатериалы / В.Г. Уласовец // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2006.
- № 1. - С. 66-69.
9. Уласовец, В.Г. Расчет оптимальных размеров пиломатериалов, получаемых при раскрое бревен параллельно образующей / В.Г.Уласовец // Дере-вообраб. пром-сть. - 2005. - № 3. - С. 7-10.
10. Пат. 2270089Российская Федерация, МПКВ27В5/00, В27В7/02. Способ продольной распиловки сортиментов и станок для его осуществления / Рукомойников К.П., Иванов Г.Н., Сушенцов К.П.; заявитель и патентообладатель МарГТУ 2004116602/03; заявл. 31.05.2004; опубл. 20.02.2006.
SUBSTANTIATION OF MATHEMATICAL MODEL OF LONGITUDINAL TIMBER SAWING
Rukomojnikov K.P. (Volga State University of Technology), Strelchuk V.S. (Volga State University of Technology), Vinogradov P.N. (Volga State University of Technology)
[email protected] Volga State University of Technology, 3 Lenin sq., Yoshkar-Ola, Republic of Mari El, Russian Federation, 424000
There is proposed a way to develop longitudinal sawing with the most complete view of the volume of timber that allows to increase the yield offinished products. Mathematical model provides a division of sorts to three segments. First is sawed with maximum consideration of the stem taper. The two others appear by division of the main part along the longitudinal axis. The obtainedresults can be used by forestry companies.
Keywords: length cutting, assortments, sawn timber, mathematical model, information-logical model
References
1. Sharapov Ye.S., Bychkova T.V, Mikryukova Ye.V, Khisameyeva A.R. Pat. 2413608Rossiyskaya Federatsiya, MPK B 27B 1 00. Sposob raskroya kruglykh lesomaterialov [Pat . 2413608 Russian Federation, IPC B 27 B 1 00 . Cutting method roundwood]. 2009142394/21, publ. 10.03. 2011.
2. Rukomoynikov K.P., Vinogradov P.N. Sposob prodolnoy raspilovki sortimentov i stanok dlyayego osushchestvleniya [Method ripping assortments and machine for its implementation]. Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoj Vestnik. 2008. - № 6. - pp. 55-58.
3. Ivankin 1.1. Programma dlya raschetapostavov i vykhodovpiloproduktsii [Program for calculating the output of sawn timber and put]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2004. № 3. pp. 72-76.
4. Starkova, A.V Raskroy parabalicheskoy zony brevna na zagotovki [Sawing logs parabalicheskoy zone on the workpiece]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2004. № 5. pp. 83-89.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
155
НИЖНЕСКЛАДСКИЕ РАБОТЫ
5. Titkov G.G. Kratkoye rukovodstvo po sostavleniyu i raschetu postavov [Quick Guide to the compilation and calculation put]. Moscow, Leningrad. 1955. 50 p.
6. Ulasovets VG. Teoreticheskoye obosnovaniye raskroya bokovoy zony pilovochnika na pilomaterialy [Theoretical substantiation of cutting the side area of sawlogs for lumber : diss . Dr. ... tehn. Sciences]. Diss. ... d-ra tekhn. nauk. Yekaterinburg, 2005. 325 p.
7. Ulasovets, V.G. Sravneniye obyemov neobreznykh dosok pri razlichnykh sposobakh raspilovki breven [Comparing the edging boards at various ways of cutting logs]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2005. № 5. pp. 69-73.
8. Ulasovets V.G. Raskroy bokovykh brusyev na obreznyye pilomaterialy [Cutting side rails on unsurfaced lumber]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. 2006. № 1. pp. 766-69.
9. Ulasovets V.G. Raschet optimalnykh razmerov pilomaterialov, poluchayemykh pri raskroye breven parallelno obrazuyushchey [Calculation of the optimal size of lumber produced when cutting logs parallel generator]. Derevoobrab. prom-st. 2005. № 3. pp. 7-10.
10. Rukomoynikov K.P., Ivanov G.N., Sushentsov K.P. Pat. 2270089 Rossiyskaya Federatsiya, MPK B27B5/00, B27B7/02. Sposob prodolnoy raspilovki sortimentov i stanok dlya yego osushchestvleniya [Pat . 2270089 Russian Federation, IPC B27B5/00, B27B7/02. Method ripping assortments and machine for its implementation]. Publ. 20.02.2006.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СОРТОВОГО СОСТАВА КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ И ВЫХОдА ГОТОВОЙ ПрОдУКЦИИ
В.В. ЧАМЕЕВ, доц. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства УГЛ-ТУ, канд. техн. наук,
Г.Л. ВАСИЛЬЕВ, аспирант УГЛТУ
ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет» 620100, Свердловская область, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, д. 37.
Целью статьи является анализ изучения разработанных компонент-программ «СЫРЬЕ» и «ПРОДУКЦИЯ» для получения сведений по сортовому составу сырья и выходу готовой продукции из него. На основе исследования была составлена математическая модель. Реализация приведенной математической модели позволила получить сортовой состав круглых лесоматериалов и сортовой состав выхода готовой продукции в процентах. Результаты исследования пригодны для использования технологами на действующих лесопромышленных предприятиях.
Ключевые слова: алгоритм, математическая модель, пилопродукция, сырье.
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 ЦНИ-ИМОД 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 сложивших-
ся противоречий при определении посортно-го выхода пиломатериалов на кафедре ТОЛП УГЛТУ разработаны компонент программы (кп) «СЫРЬЕ» и «ПРОДУКЦИЯ», входящие в комплекс-программу (КП) «ЦЕХ» («ZECH»).
Применительно к круглым лесоматериалам из сосны сортность определяется в двух вариантах: а - в кп «СЫРЬЕ» по ГОСТ 946388 на основе математических моделей сырья и ограничений на пороки, приведенные в ГОСТ 9463-88; б - в кп «ПРОДУКЦИЯ» по ГОСТ 9463-72 на базе тех же математических моделей сырья, но с учетом ограничений на пороки по ГОСТ 9462-72. Такой подход позволяет применять в расчетах нормативы ЦНИИМОД посортных выходов пиломатериалов.
156
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 2-S/2014
