CC BY
11
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ДРЕВЕСИНЫ
УДК 674.093 DOI: 10.53374/1993-0135-2023-1-80-88
Хвойные бореальной зоны. 2023. Т. XLI, № 1. С. 80-88
РАСКРОЙ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ С ЯДРОВОЙ НАПЕННОЙ ГНИЛЬЮ
НА ПИЛОПРОДУКЦИЮ
В. Е. Бызов1, А. С. Торопов2, Е. В. Торопова2, Е. В. Микрюкова2, Е. С. Шарапов2
1 Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Российская Федерация, 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 2Поволжский государственный технологический университет Российская Федерация, Республика Марий Эл, 424000, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3
E-mail: [email protected]
Пиломатериалы хвойных пород находят широкое применение при изготовлении различных изделий из древесины. В последнее время качество круглых лесоматериалов хвойных пород ухудшается из-за наличия в них ядровой напенной гнили, которую приходиться удалять в процессе их переработки. Удаление напенной гнили происходит уже на этапе заготовки круглых лесоматериалов. При этом вместе с древесиной поражённой гнилью удаляется здоровая заболонная часть. Поэтому большое количество качественной древесины остаётся в лесу.
Для получения максимального полезного выхода пиломатериалов применена оптимизационная модель индивидуального раскроя хлыстов, пораженных ядровой гнилью, в которой в качестве математического описания образующих формы круглых лесоматериалов и гнили предлагается аллометрическая зависимость, основанная на законе относительного роста. Для качественного поперечного раскроя круглых лесоматериалов с ядровой гнилью применяют технологический процесс получения комбинированного пиловочника. Комбинированный пиловочник состоит и качественной части и части содержащей напенную гниль. Длина комбинированного пиловочника зависит от способа его дальнейшей переработки на пилопродукцию. В статье приведена последовательность нахождения длины комбинированных круглых лесоматериалов и объемного выхода пилопродукции.
Разработана имитационная модель расчета полезного выхода пилопродукции из круглых лесоматериалов с гнилью. Показателями, значимо влияющими на полезный выход, являются длина и диаметр круглых лесоматериалов в комле. Проведены опытные распиловки круглых лесоматериалов с напенной гнилью для определения фактического выхода пилопродукции. Установлено незначительное расхождение расчетных и опытных данных величины объемного полезного выхода пилопродукции. Это даёт возможность предложить рассмотренный в работе способ раскроя для последующего промышленного применения.
Ключевые слова: круглые лесоматериалы, ядровая напенная гниль, уравнение аллометрического роста, комбинированный пиловочник, продольный раскрой, объемный выход пилопродукции.
Conifers of the boreal area. 2023, Vol. XLI, No. 1, P. 80-88
SAWING OF ROUND LOGS WITH HEART BUTT ROT
V. E. Byzov1, A. S. Toropov2, E. V. Toropova2, E. V. Mikryukova2, E. S. Sharapov2
1Saint-Peterburg State Forest Technical University under name of S. M. Kirov Institutskii al. 5, Saint-Petersburg, 194021, Russian Federation 2Volga State University of Technology, Lenin sq. 3, Yoshkar-Ola, Mari El Republic,
424000, Russian Federation E-mail: [email protected]
Softwood lumber is widely used for various wood products manufacturing. Recently, the quality of coniferous round logs has been reducing due to the presence of heart butt rot, which has to be removed during the logs processing. Removal of butt rot occurs already at the harvesting stage of round logs. At the same time not decayed sapwood parts is removed with the degraded wood. Therefore a large amount of sound wood can remain in the forest.
To obtain the maximum yield of sawn timber an optimization model of individual log with heart rot cutting was presented. Optimization model is based on allometric correlations between the diameter (radius) and length of the decayed
wood zone and round log. For cross cutting of round logs with heart rot a special technological process can be applied to obtain a combined logs. The combined logs consists of both a sound wood part and a part with decayed wood. The length of the combined log depends on the method of its further processing into sawn timber. The article shows the sequence offinding the length of the combined logs and the volumetric yield of sawn timber.
A simulation model has been presented for evaluation the yield of sawn timber from decayed round logs. The factors that significantly influenced on the yield were the length and diameter of round logs. Experimental tests of round logs sawing with heart butt rot was carried out to determine the actual yield of sawn timber. A slight difference between the theoretical and experimental data on the volumetric yield of sawn timber has been established. This makes it possible to propose the presented method for decayed logs cutting for subsequent industrial application.
Keywords: round log, heart butt rot, allometric model, combined log, sawing, lumber volume yield.
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время происходит ухудшение экологической обстановки, которое влияет, в том числе и на лесные массивы. Ввиду воздействия на лесные ресурсы выбросов промышленных предприятий и в результате изменения структуры почв качественный состав лесов значительно ухудшается. В стволах деревьев все чаще встречается напенная ядровая гниль. Напенная (ядровая) гниль - это гниль, которая находится в нижней части ствола деревьев хвойных пород. Высота поражения напенной гнилью составляет от 1,5 до 3 м длины ствола от корневой системы. Однако ядровая стволовая гниль может располагаться и по всей длине ствола.
При сравнении встречаемости гнилей в стволах деревьев хвойных пород можно отметить, что наибольшая встречаемость наблюдается у сосны. Согласно проведенных исследований [6; 9; 10] в стволах деревьев сосны встречаемость напенных гнилей составляет от 20 до 35 %, а стволовых гнилей - от 10 до 50 % от всех деревьев. Встречаемость напенных гнилей в стволах деревьев ели составляет от 12 до 40 %, а стволовых гнилей - от 3 до 4 %. Средняя протяженность напенных гнилей по длине ствола у сосны составляет 1,6-3,0 м, а стволовых от 8 до 10 м. Для ели протяженность составляет соответственно 2,6-6,0 и 15,0-17,8 м. Установлено, что частота встречаемости гнилей уменьшается по высоте ствола от комля к вершине. Для тонкомерных хлыстов и вершинных частей стволов ели частота встречаемости невысокая и составляет от 2,9 до 18 %. В тонкомерных стволах сосны гнилей не обнаружено.
Рис. 1. Схема расположения ядровой напенной и стволовой гнили в стволе растущего дерева [20]
Согласно требованиям ГОСТ 9463-2016 «Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия» ядровая гниль допускается если укладывается во вписанную в торец полосу (вырезку) размером 1/4 диаметра в средних лесоматериалах и 1/3 в крупных лесоматериалах с выходом на один торец. Раскрой хлыстов с наличием гнили заключается последовательным отпиливанием отрезков длиной 1-2 м до тех пор, пока размеры гнили на первом пиловочном бревне не превышают допускаемые размеры. Поэтому до 85 % круглых сортиментов хвойных пород попадают в разряд низкокачественных из-за наличия напенной гнили, которая значительно поражает ядровую древесину и выходит на один или оба торца сортимента. Такие сортименты находят применение только для изготовления технологической щепы или тарной пилопродукции. Но в основном они идут на производство дров или остаются в лесу. Древесину, пораженную напенной гнилью, оставляют в лесу ввиду высоких транспортных расходов на вывозку и низкой стоимости, вырабатываемой из нее продукции. Такая древесина не только захламляет лесные массивы, но и способствует заражению гнилью древесины здоровых деревьев.
В круглых сортиментах пораженных ядровой на-пенной гнилью присутствует большое количество здоровой заболонной древесины. Ее объем достигает 70 % от ее общего объема [17]. В связи с этим встает задача повышения эффективности их переработки на пило-продукцию. Круглые лесоматериалы, с размерами гнили превышающими установленные стандартами в дальнейшем, будем называть низкоквалитетными круглыми лесоматериалами. Данная работа посвящена исследованию величины полезного выхода пилопро-дукции из низкоквалитетных круглых лесоматериалов.
Для того чтобы эффективно раскраивать круглые лесоматериалы с напенной гнилью на пилопродукцию необходимо знать точное описание их формы, а также форму и местоположение гнили в пиловочных сортиментах. Наиболее точной и целесообразной математической моделью описания круглых лесоматериалов является модель, структура которой основана на естественном законе роста деревьев [15]. При изучении живых организмов широкое применение находит теория относительного роста. Сущность положения состоит в том, что чаще всего отношение скоростей роста разных органов в онтогенезе остается постоянным, хотя абсолютные величины этих скоростей меняются. Данное положение применительно к древостою заключается в определенном соотношении между линейным и объемными размерами стволов расту-
щих деревьев [16]. Это соотношение относительного аллометрического роста. Зависимость аллометриче-ского роста является частным случаем регрессионного уравнения:
у = С + ахЬ,
где х, у - величины переменных факторов; а и С - константы начального состояния; Ь - константа равновесия, передающая темп изменения у относительно х.
При необходимости точность этой математической модели может быть повышена за счет применения кусочной аллометрии [17].
В низкоквалитетных круглых лесоматериалах больших диаметров присутствует ядровая гниль. Форма и размеры ядровой напенной гнили подчиняются закону аллометрического роста. Исследованиями установлено, что изменение диаметра гнили по длине сортимента (рис. 2), происходит в соответствии с алломет-рическим законом и имеет следующий вид [16].
4г = 4г0 - а^,
где йг - диаметр ядровой напенной гнили в произвольном сечении, м; 4г0 - диаметр ядровой напенной гнили в комле круглого сортимента, м; 1г - длина поражения ядровой напенной гнилью, м; а, Ь - соответственно константы начального состояния и равновесия.
Константы начального состояния и равновесия находятся по формулам
а = (1/у) ( -dг),
Ь = 1пК - <)/ (го - <)] /1п[(у + /)/ у],
где 4г0, й?г, ^ - соответственно диаметр гнили в комлевом торце и диаметры гнили в двух местах замера по длине поражения 1г, м; у - абсцисса места первого замера, м; / - расстояние между замерами диаметров гнили, м. При необходимости точность этой математической модели может быть повышена за счет применения кусочной аллометрии.
Для достижения максимального эффекта при производстве пиломатериалов для строительных конструкций применяется оптимизационная модель индивидуального раскроя хлыстов, пораженных ядровой на-пенной гнилью, в которой в качестве математического описания образующих формы круглых лесоматериалов и гнили предлагается аллометрическая зависимость, основанная на законе относительного роста. В начале проводят замеры геометрических параметров хлыста и гнили и, пользуясь аллометрическим методом, получают зависимости, описывающие образующую хлыста и образующую гнили, следующего вида (рис. 3) [11]:
4 = 40 + а/1, (1)
4б = 4б0 + а2^Ь ,
4г = 4г0 + а31Ь,
(2) (3)
где 4, 4б, 4г - соответственно диаметр хлыста в коре, без коры и диаметр гнили в произвольном сечении, м; 40, 4б0, 4г0 - соответственно диаметр хлыста в коре, без коры и диаметр гнили в комле, м; а1, а2, а3 - константы начального состояния; I - расстояние от комля до произвольного сечения, м; Ь1, Ь2, Ь3 - константы равновесия, передающие темп изменения диаметра относительно I.
Рис. 2. Схема измерения размеров напенной гнили в сортиментах:
4г0 - диаметр гнили в комлевом торце; /г - длина гнили; 4г, 4 ' - диаметры гнили в двух сечениях по ее длине; у и f - х-координаты сечений гнили по ее длине
Рис. 3. Схема хлыста, пораженного ядровой гнилью:
й0 - диаметр комля хлыста в коре; 4б0 - диаметр комля хлыста без коры; 4г0 - диаметр гнили в комле хлыста; Ь - длина хлыста; Ьп - длина части хлыста для получения пиловочных бревен; Ьб - длина балансовой части хлыста; 1г - длина распространения ядровой напенной гнили
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Важным показателем эффективности технологического процесса раскроя круглых лесоматериалов является полезный объемный выход пиломатериалов [8; 21-25]. Для повышения эффективности переработки круглых лесоматериалов с ядровой напенной гнилью и увеличения выхода пиломатериалов применяется технология раскроя хлыстов с получением комбинированного пиловочника [11; 19]. Комбинированным пиловочником называются круглые лесоматериалы, в котором пиловочные бревна соответствующие требованиям ГОСТ 9463-2016 не разделены по длине с низкокачественной древесиной со значительным присутствием ядровой напенной гнили. В соответствии с этой технологией раскрой хлыстов с ядровой напен-ной гнилью начинается с отпиливания комбинированного пиловочника (рис. 4). Длина комбинированного пиловочника зависит от способа его дальнейшей переработки на пилопродукцию.
Максимально допустимая длина комбинированно -го пиловочника обусловлена техническими характеристиками лесовозного транспорта и техническими характеристиками лесопильного оборудования.
Минимальная длина комбинированного пиловочника выражается следующей зависимостью:
Lmin — ^min + /нк '
где lmin - минимальная стандартная длина пиловочных бревен, м; /нк — длина части комбинированного пиловочника с ядровой напенной гнилью, м.
Используя формулу (3), длина части комбинированного пиловочника с ядровой напенной гнилью, выражается формулой
(
/нк
d нг - dr
\
Ьз
(4)
где ёнг - диаметр гнили в сечении, которое определяется исходя из отношения диаметра гнили к диаметру сортиментов (5) допускаемого нормативными документами для того или иного сорта пиловочника, м; dг0 -диаметр гнили в комле комбинированного пиловочника, м; а3 и Ь3 - константы начального состояния.
dR
(5)
Подставляя выражение (5) в формулу (4) и выразив dj. имеем:
^ = S ( d60 + a2 fy ).
При подстановке полученного выражения в формулу (4) получается уравнение для нахождения длины части комбинированного пиловочника с гнилью:
/нк
s ( d60 + a2 /m )- df0
Ьз
Ограничения по длине комбинированного пиловочника (Lsn) следующие:
Lmin < /кп < Lmax.
Объем хлыста вычисляется по формуле
L
VX = -f d 2 d/, 1 ¿1J
(6)
где Ь - длина хлыста, м; ё - диаметр по длине хлыста, м.
После подстановки формулы (6) в формулу (1) и интегрирования получим:
V =-х 4
(
d 02 L + 2 -Ä Lb1+1 1?ъ +1
Л
Ь1 + 1 2Й; + 1
где ё0 - диаметр хлыста в вершине, м; Ь - длина хлыста, м; I - расстояние от вершины хлыста, м; а1 и Ь - константы начального состояния при длине I.
Объем хлыста равен сумме объемов получаемых из него бревен, пропилов и кусковых отходов в виде вершинок (балансовая часть):
п
V =УУ- + V + V
х С1 пр б.ч '
г=1
где п - количество пиловочных бревен, получаемых из хлыста, шт.; Vci - объем г-го пиловочного бревна, м3; V - объем пропилов при раскряжевке хлыста,
пр
м3; Vg ч - объем балансовой части хлыста, м3.
d
г
S =
о - -Р ---
la -
/нк Л"ОСТ
Хкп
Рис. 4. Схема комбинированного пиловочника:
ё0 - диаметр в коре в комлевом торце; ёб0 - диаметр без коры в комлевом торце; ёг0 - диаметр гнили
в комлевом торце; ёб - диаметр без коры в вершине части сортимента с ядровой напенной гнилью;
ёг - диаметр гнили в вершине части сортимента с ядровой напенной гнилью; Ьга - длина комбинированного
пиловочника; /нк - длина части комбинированного пиловочника с ядровой напенной гнилью;
'гост - длина части комбинированного пиловочника соответствующей требованиям ГОСТ 9463-2016
Объем пропилов, получаемых при раскряжевке хлыста, вычисляется по формуле п "
гпр =tZ ра2 ,
i=1
где п - количество бревен, получаемых из хлыста, шт.; р{ - ширина 1-го пропила при поперечном раскрое хлыста, м; йв/ - диаметр в вершине /-го бревна, м.
Объем /-го пиловочного бревна, получаемого из хлыста, определяется по формуле
V- =7 i d2 d1,
dfa + ^fr +1
h +1
2bh +1
-I?11
Vm = vn + 2£ V
Vr = jj d2 dl-
(7)
V, = -
drOiI +
a3id0i
bu +1
Lb 3
+1
2Ьз, +1
-i2b3
+1
Процент полезного выхода пиломатериалов рассчитывается по формуле
Р = ^ 100 %.
г V ■
с/
Объем у'-го пиломатериала из /-го пиловочного бревна
^ = ки¥и,
где ку, 5у, ¡у - соответственно толщина, ширина и
длина пиломатериала у'-го пиломатериала из / -го пиловочного бревна, м.
где Ь - длина хлыста, м; й/ - диаметр 1-го бревна в коре, м.
йг = й0/ + al,¡Ьl/,
где й0 - диаметр в коре -го пиловочного бревна в комле, который определяется по формуле; а1/ и Ь1/ - коэффициенты аллометрической зависимости диаметра /-го пиловочного бревна в коре от его длины. После подстановки и интегрирования получаем:
lL = Ц, если % <-
А
кр, 2
d0i -
2 + 4t2 а
—L, если акр^ < t. <■^
Ап
где Ц - длина /-го пиловочного бревна.
С другой стороны, объем /-го бревна равен сумме объемов составляющих, которые образуются при его продольном раскрое:
V. = V ■ + V ■ + V ■ + V ■ + V ^
с/ п/ г/ к/ пр/ к.о./'
где Vп,■ - суммарный объем пиломатериалов, получаемых из /-го пиловочного бревна, м3; Vгi - объем части пиловочного бревна, пораженной гнилью, м3; Vпр,■ - объем пропилов при продольном раскрое /-го
пиловочного бревна, м3; Уко/ - объем кусковых отходов, получаемых при продольном раскрое /-го пиловочного бревна, м3.
Суммарный объем пиломатериалов, выпиливаемых из /-го пиловочного бревна:
- для четного постава
К/ = 2^у;
у=1
- для нечетного постава
Ш1
£ 2 у 2 где - расстояние от оси бревна до наружной пла-
сти '-го пиломатериала из /-го пиловочного бревна; Д5 ' - припуск на усушку по ширине '-го пиломате-
V
риала из /-го пиловочного бревна; Акр/ - размер пи-
фагорической зоны /-го бревна; Апред/ - предельное
значение охвата /-го пиловочного бревна поставом.
Размер пифагорической зоны / -го пиловочного бревна вычисляется по формуле
Акр , =>/1,5Аб2вг - 0,5df
2
60i ,
где йбв/, йб0/ - соответственно диаметр /-го пиловочного бревна без коры в вершинном и комлевом торцах.
Предельное значение охвата /-го бревна поставом определяется по формуле
А,
пред,-
■ /fd2 - s2 Wd2 - d2 ^imi^
J["60i Jminj у 60i бв, J I- '
где 5т1п, ¡т1п - соответственно минимальные допустимые ширина и длина пиломатериалов.
Ширина пиломатериалов в произвольном сечении определяется по формуле
s. = Jd2 -4tj, если t
Ак
Оптимальная ширина укороченных пиломатериа-
лов:
V=2
где т1 - количество пар пиломатериалов, получаемых при продольном раскрое, шт.; Vу - объем одного пиломатериала у пары из /-го пиловочного бревна, м3.
Объем древесины, пораженной гнилью в /-м бревне определяется по формуле
4
А
siL = 0,577Jd62a - 4t2, если < t <
Апре,
После подстановки в формулу (7) выражения (3) и интегрирования получаем:
V „2 Л
2 2
Эти формулы могут быть использованы для мате-
матического описания процесса раскроя круглых ле-
соматериалов, имеющих ядровую напенную гниль, на
пилопродукцию.
Для проведения исследований проведены замеры диаметров хлыстов в коре и без коры, а также диа-
метры гнили. Порода древесины хлыстов - сосна
(Pinus sylvestris). Диаметры хлыстов определялись
с интервалом 2 м, а диаметры ядровой напенной гни-
ли через 0,5 м. Диаметры измерялись с точностью до 0,001 м. Пользуясь аллометрическим методом, получили зависимости, описывающие образующие хлыста и ядровой гнили.
Проверили адекватность полученных уравнений регрессии по ^-критерию Фишера [5]. Все уравнения оказались адекватны.
Исследования проводились с применением метода математической теории планирования эксперимента [1-5]. Математическая теория планирования эксперимента позволяет выбрать оптимальное расположение точек в факторном пространстве при неполном знании процессов, сократить объем экспериментальных работ и разработать математическую модель процесса. При построении математических моделей объемного выхода пилопродукции при раскрое круглых лесоматериалов пораженной ядровой напенной гнилью были применены основные методические положения по планированию экспериментов исследования технологических процессов в деревообрабатывающей промышленности, приведенные в работе А. А. Пижурина [12]. В целях снижения трудоемкости проведения исследований нами разработана система алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих определять объемный выход пилопродукции (заготовок) определенных размеров при помощи ЭВМ. Эта система алгоритмов и программ представляет собой имитационную модель раскроя круглых лесоматериалов из древесины сосны, пораженных ядровой гнилью на пилопродукцию.
Математическое описание технологических процессов сводится к нахождению и исследованию функциональной зависимости, так называемой функции отклика, вида
У =/(^ х2 , ^З--Хп ).
Выбор варьируемых факторов и уровней их варьирования является важной составной частью постановки многофакторного эксперимента. Для решения поставленной задачи нами выделены и рассмотрены факторы, влияющие на процесс раскроя низкоквали-тетного сырья. Это следующие факторы: диаметр круглых лесоматериалов в комлевом торце, величина сбега лесоматериалов, длина лесоматериалов, диаметр гнили в комлевом торце, длина гнили, величина сбега гнили, толщина пилопродукции и ширина пропилов.
Диаметр гнили на комлевом торце круглых лесоматериалов выделен как стабилизирующий фактор, так как согласно математической теории планирования эксперимента невозможно варьирование данного фактора и диаметра лесоматериалов в комлевом торце в виду корреляционной зависимости между этими факторами [19].
Ширина пропила принята как постоянная величина, так как этот фактор оказывает незначительное влияние [11]. Таким образом, в качестве переменных (варьируемых) факторов приняты диаметр круглых лесоматериалов в комле, длина круглых лесоматериалов и толщина пилопродукции получаемой из круглых лесоматериалов после их продольного раскроя. Выбор уровней варьирования диаметра круглых лесоматериалов в комле принят исходя из анализа размерной характеристики лесоматериалов. Факторы и уровни варьирования приведены в табл.3. Выше указано, что математическая модель объемного выхода пилопродукции при раскрое низкоквалитетного сырья описывается полиномом второй степени. Поэтому для проведения экспериментальных исследований был
выбран план в среде статистической компьютерной программы Statistica 10 (фирма Stat Soft Inc. США) [3]. Был выбран 3-х уровневый факторный план (3-level factorial desing). Данный план позволяет для трех факторов поставить 27 опытов. Применение данной программы позволяет наиболее полно проанализировать полученные данные. На основе матрицы планирования эксперимента в кодированных переменных и уровней варьирования факторов была построена матрица планирования. В результате реализации матрицы планирования на ЭВМ были определены значения выходного параметра по каждой строке.
В результате анализа результатов ранее проведенных исследований [11; 18] были установлены пределы варьирования диаметра круглых лесоматериалов 25 см < D < 55 см. Уровни варьирования длины круглых лесоматериалов приняты 3,5 м < L < 6,5 м. Это обусловлено тем, что преимущественно круглые лесоматериалы такого диапазона длин поступают на предприятия для продольного раскроя. Уровни варьирования толщины пилопродукции выбраны на основе проведенного анализа размерных характеристик пи-лопродукции для столярно-строительных изделий. Пределы варьирования толщины пилопродукции 19 мм < Ssaj. < 50 мм.
Таблица 1
Уровни варьирования факторов
№ Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования
-1 0 +1
1 Диаметр комбинированного пиловочника, см 25 40 55 15
2 Длина комбинированного пиловочника, м 3,5 5 6,5 1,5
3 Толщина пилопродукции, мм 19 34,5 50 15.5
Толщина пилопродукции при уровне варьирования 0 не стандартная и используется лишь для моделирования. Раскрою подвергается комбинированный пиловочник, имеющий здоровую часть и часть, пораженную гнилью. Продольный раскрой производится на лесопильных рамах. Ряд факторов приняты условно постоянными. Это форма комбинированного пиловочника выраженная прямой близкой к телу вращения, форма поперечного сечения - круг, ширина пропила равной 3,8 мм.
При проведении исследований провели распиловку комбинированного пиловочника трех групп диаметров 25, 40, 55 см, длиной 6,5 м из древесины сосны (Pinus sylvestris). Пораженность ядровой гнили приняли по [18] в пределах 0,2-0,5 комлевого диаметра сортиментов. После обмеров комбинированного пиловочника по регрессионному уравнению были определены расчетные значения выхода обрезных пиломатериалов для данного способа раскроя. Комбинированный пиловочник раскраивали на обрезные пиломатериалы стандартных размеров. Определили опытные значения объемного выхода пиломатериалов и провели сравнение с расчетными значениями.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате обработки экспериментальных данных получены коэффициенты регрессионного уравнения связи объемного выхода пиломатериалов с влияющими на него факторами. Матрица коэффициентов регрессионного уравнения связи объемного выхода пилопродукции с влияющими на него показателями приведена в табл. 2.
Из данной таблицы следует, что статистически значимый эффект имеет только показатели, у которых величина p меньше 0,05 - диаметр и длина комбинированного пиловочника. R2 (R-squared) - квадрат коэффициента множественной корреляции показывает, что полученное регрессионное уравнение объясняет 28,4 % разброса (относительно выборочного среднего зависимой переменной). SE (Standard Error of Estimate) -стандартная ошибка оценки является мерой рассеивания наблюдаемых значений относительно регрессионной модели. F - критерий применяется для проверки гипотезы об эффективности уравнения регрессии.
Уравнение множественной регрессии связи объемного выхода пиломатериалов с влияющими на него факторами выглядит следующим образом:
Q = 75,304 - 0,1777D - 1,9652Z - 0,0497Ssn,
где D - диаметр комбинированного пиловочника в комле; L - длина комбинированного пиловчника; Ssn - толщина пилопродукции.
Таблица 2
Матрица коэффициентов регрессионного уравнения
Для подтверждения результатов имитационного моделирования провели распиловку круглых лесоматериалов трех групп диаметров 25, 40, 55 см, длиной 6,5 м из древесины сосны (Pinus sylvestris). Поражен-ность ядровой напенной гнилью приняли в пределах 0,2-0,5 комлевого диаметра комбинированного пиловочника. После обмеров круглых лесоматериалов по регрессионному уравнению были определены расчетные значения выхода обрезных пиломатериалов для данного способа раскроя. комбинированный пиловочник раскраивали на обрезные пиломатериалы стандартных размеров. Боковые пиломатериалы имели номинальную толщину 19 мм. Центральные доски имели номинальную толщину 50 мм. Номинальная ширина пиломатериалов составляла 75, 100, 125, 150, 175 и 200 мм. Длина пиломатериалов принималась от 1,5 до 6 м, с градацией по длине 0,25 м. Определили опытные значения объемного выхода пиломатериалов и провели сравнение с расчетными значениями. Величина расчетного и фактического объемного выхода пиломатериалов приведены в табл. 3.
Анализ данных приведенных в табл. 3 показывает, что разница абсолютных значений расчетного и фактического выхода не превышает 5 %. В случае раскроя круглых лесоматериалов с наличием ядровой напенной гнили это является вполне удовлетворительным результатам.
B Ср. ошибка В f-критерий р-значение
Своб. член ур-я 75,3040 6,5453 1,5050 0,0000
D -0,1777 0,0894 -1,9881 0,0488
L -1,9652 0,8936 -2,1991 0,0382
S '-'заг. -0,0497 0,0865 -0,5744 0,5713
Я = 0,533; Я2 = 0,284; Е = 3,0396; ре = 0,04943; = 5,6870.
Обозначения: Б - диаметр комбинированного пиловочника в комле; Ь - длина комбинированного пиловочника; £заг -толщина пилопродукции; В - коэффициент регрессионного уравнения; Г - критерий Стьюдента; р - уровень значимости коэффициентов регрессии; ре - уровень значимости уравнения регрессии; Я2 - коэффициент детерминации; Е - критерий Фишера; БЕ - стандартная ошибка.
Таблица 3
Результаты опытных распиловок
Объемный выход пиломатериалов, %
расчетный фактический
D = 25 см D = 40 см D = 55 см D = 25 см D = 40 см D = 55 см
48,9 61,7 46,43 44,5 56,9 41,5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследования по определению влияния параметров круглых лесоматериалов с наличием ядровой напенной гнили на выход получаемой из них пилопродукции позволяют сделать следующие выводы:
Полученное уравнение регрессии взаимосвязи объемного выхода пилопродукции с геометрическими характеристиками круглого лесоматериала может быть использовано для оценки качественных и количественных характеристик пиломатериалов при рас-
крое комбинированного пиловочника хвойных пород древесины. Статистически значимый эффект при раскрое комбинированного пиловочника на объем полезного выхода пилопродукции имеют длина и диаметр круглого лесоматериала. Результаты проведенных исследований могут быть применены в дальнейшей работе по совершенствованию технологического процесса раскроя круглых лесоматериалов хвойных пород с ядровой напенной гнилью.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Бахарев Н. П. Планирование эксперимента : учеб. пособие. Самара : Самар. ГТУ. 2013. 77 с.
2. Болтянский В. Г. Математические методы оптимального управления. М. : Наука. 2012. 307 с.
3. Дюк В. Обработка данных на ПК в примерах. СПб. : Питер. 1997. 240 с.
4. Кононюк А. Е. Основы научных исследований (общая теория эксперимента). Кн. 1. Киев, 2010. 508 с.
5. Кононюк А. Е. Основы научных исследований (общая теория эксперимента). Кн. 2. Киев, 2010. 452 с.
6. Коробов В. В. Переработка низкокачественного древесного сырья / В. В. Коробов, Н. П. Рушнов. М. : Экология, 1991. 288 с.
7. Кумэ Х. Статистические методы повышения качества. М. : Финансы и статистика. 1990. 304 с.
8. Меркелов В. М. Совершенствование раскроя низкокачественного осинового сырья с целью увеличения выхода пиломатериалов: специальность 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки» : дис. ... канд. техн. наук. Л., 1985. 205 с.
9. Комплексная оценка качества древесины в лесных культурах разных условий местопроизрастания / В. И. Мелехов, Н. А. Бабич, С. А. Корчагов, Р. В. Ще-калев // Лесоведение. 2021. № 2. С. 208-216.
10. Мелехов В. И., Корчагов С. А., Бабич Н. А. Комплексная оценка качества древесины хвойных пород в культурах : монография. Архангельск : САФУ, 2013. 130 с.
11. Микрюкова Е. В., Торопов А. С. Исследование выхода пилопродукции из комбинированного пиловочника с напенной гнилью // Пенитенциарная наука. № 29. С. 75-78. Текст: непосредственный.
12. Пижурин А. А. Научные исследования в деревообработке. Основы научных исследований: текст лекций. М. : МГУЛ. 1999. 103 с.
13. Радченко С. Г. Устойчивые методы оценивания статистических моделей : монография. Киев : ПП Санспарель, 2010. 504 с.
14. Соболь И. М., Стадищев Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М. : Наука, 2010. 108 с.
15. Семенкова Н. Г. Фитопатология. Деревораз-рушающие грибы, гнили и патологические окраски древесины : определительные таблицы. 2-е изд., стер. М. : ГОУ ВПО МГУЛ. 2002. 58 с.
16. Торопов А. С. Аллометрический метод исследований // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ. Ч. 2. Йошкар-Ола : МарГТУ. 1996. С. 116-117.
17. Торопов А.С. Интенсификация производственных процессов поперечной распиловки лесоматериалов: 05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства» : автореф. дис. . д-ра техн. наук. СПб., 1993. 31 с.
18. Торопов А. С., Торопов С. А., Микрюкова Е. В. Исследование пораженности древесины напенной гнилью // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2009. № 4. С. 95-100.
19. Торопов А. С., Микрюкова Е. В., Краснова В. Ф. Прогнозирование выхода продукции деревообрабатывающих производств. Йошкар-Ола : ПГТУ. 2012. 148 с.
20. Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение : учебник. М. : ГОУ ВПО МГУЛ, 2007. 351 с.
21. Blatner K. A., Keegan C. E., Daniels J. M., Morgan T. A. Trends in Lumber Processing in the Western United States. Part III: Residue Recovered versus Lumber Produced // Forest Products Journal. 2012. No. 62 (6). P. 429-433.
22. Chang S. J., Gazo R. Measuring the Efftct of Internal Log Defect Scanning on the Value of Lumber Produced // Forest Products Journal. 2009. 59 (11-12). P. 56-59.
23. Ikami Y., Matsumura Y., Murata K., Tsuchikawa S. Effect of Crosscuting Crooked Sugi (Cryptomeria japonica) Logs on Sawing Yield and Quality of Sawn Lumber // Forest Products Journal. 2010. Vol. 60 (3). P. 244-248.
24. Lin W., Wang J., Vallance D. De. Log Sawing Practices and Lunber Recovery of Small Hardwood Sawmills in West Virginia // Forest Products Journal. 2011. No. 61 (3). P. 216-224.
25. Montero R. S., Moya R. Reducing Warp and Checking in 4 by 4 Beams from Small-Diameter Tropical Species (Tectona grandis, Grelina arborea and Cordia alliodora) Ortained by Turning the Pith Inside Out // Forest Products Journal. 2015. No. 65 (5-6). P. 285-291.
REFERENCES
1. Bakharev N. P. Planning of the experiment: textbook. allowance. Samara : Samar. GTU. 2013. 77 p.
2. Boltyansky V. G. Mathematical methods of optimal control. Moscow : Nauka. 2012. 307 p.
3. Duke V. Data processing on a PC in examples. SPb: Peter. 1997. 240 p.
4. Kononyuk A. E. Fundamentals of scientific research (general theory of experiment). Book 1. Kiev. 2010. 508 p.
5. Kononyuk A. E. Fundamentals of scientific research (general theory of experiment). Book 2. Kiev. 2010. 452 p.
6. Korobov V. V., Rushnov N. P. Processing of low-quality wood raw materials. Moskow, 1991. 288 p.
7. Kume H. Statistical methods for improving quality. Moscow : Finance and statistics. 1990. 304 p.
8. Merkelov V. M. Improving the cutting of low-quality aspen raw materials in order to increase the yield of sawn timber: specialty 05.21.05. Wood science, technology and equipment for wood processing: dissertation for the degree of candidate of technical sciences. Leningrad, 1985. 205 p.
9. Melekhov V. I., Babitch N. A., Kortchagov S. A., Shekalev R. V. Comprehensive assessment of wood quality in forest crops of different growing conditions // Forest science. 2021. No. 2. P. 208-216.
10. Melekhov V. I., Kortchagov S. A., Babitch N. A. Comprehensive assessment of the quality of coniferous wood in crops : monograph. Arkhangelsk : SAFU. 2013. 130 p.
11. Pizhurin A. A. Scientific research in woodworking. Fundamentals of scientific research : text of lectures. Moscow : MGUL. 1999. 103 p.
12. Radchenko S. G. Stable methods for estimation of statistical models : monograph. Kiev : PP Sansparelle. 2010. 504 p.
13. Sobol I. M., Stadishchev R. B. Choice of Optimal Parameters in Problems with Many Criteria. Moscow : Nauka, 2010. 108 p.
14. Semenkova N. G. Plant pathology. Wood-destroying fungi, rot and pathological wood stains (definition tables. 2nd ed., stereotypical. Moscow : GOU VPO MGUL. 2002. 58 p.
15. Toropov A. S. Allometric research method // Materials of the scientific conference of the teaching staff, doctoral students, graduate students, employees of Mar-STU, Part 2. Yoshkar-Ola : MarGTU. 1996. P. 116-117.
16. Toropov A. S. Intensification of production processes of transverse sawing of timber: 05.21.01. Technology and machines of logging and forestry: abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Saint Petersburg. 1993. 31 p.
17. Toropov A. S., Toropov S. A., Mikryukova E. V. Investigation of wood damage by foam rot // Lesnoy Zhurnal (Forestry journal). 2009. No. 4. P. 95-100.
18. Toropov A. S., Mikryukova E. V., Krasnova V. F. Forecasting the output of woodworking production. Yoshkar-Ola : PSTU. 2012. 148 p.
19. Ugolev B. N. Wood science and forest commodity science : textbook. M. : GOU VPO MGUL, 2007. 351 p.
20. Blatner K. A., Keegan C. E., Daniels J. M., Morgan T. A. Trends in Lumber Processing in the Western United States. Part III: Residue Recovered versus Lumber Produced // Forest Products Journal. 2012. No 62 (6). P. 429-433.
21. Chang S. J., Gazo R. Measuring the Efftct of Internal Log Defect Scanning on the Value of Lumber Produced // Forest Products Journal. 2009. 59 (11-12). P. 56-59.
22. Ikami Y., Matsumura Y., Murata K., Tsuchikawa S. Effect of Crosscuting Crooked Sugi (Cryptomeria japonica) Logs on Sawing Yield and Quality of Sawn Lumber // Forest Products Journal. 2010. Vol. 60 (3). P. 244-248.
23. Lin W., Wang J., Vallance D. De. Log Sawing Practices and Lunber Recovery of Small Hardwood Sawmills in West Virginia // Forest Products Journal. 2011. No. 61 (3). P. 216-224.
24. Montero R. S., Moya R. Reducing Warp and Checking in 4 by 4 Beams from Small-Diameter Tropical Species (Tectona grandis, Grelina arborea and Cordia alliodora) Ortained by Turning the Pith Inside Out // Forest Products Journal. 2015. No. 65 (5-6). P. 285-291.
© Бызов В. Е., Торопов А. С., Торопова Е. В., Микрюкова Е. В., Шарапов Е. С., 2023
Поступила в редакцию 10.09.2022 Принята к печати 10.01.2023
