CC BY
59
Лесоинженерное дело
Consequences of Natural Disasters [Ministerstvo RF po delam grazhdanskoj oborony, chrezvychaj-nym situacijam i likvidacii posledstvij stihijnyh bedstvij]. Available at: http://www.mchs.gov.ru/Stats/Pozhari. (In Russian).
4. Federal Forestry Agency [Federal'noe agentstvo lesnogo hozjajstva]. Available at: http://www.rosleshoz.gov.ru/forest_fires/info (In Russian).
5. Federal State Statistics Service [Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki]. Available at: http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics (In Russian).
6. Unified interdepartmental information and statistical system [Edinaja mezhvedomstvennaja informacionno-statisticheskaja sistema]. Available at: http://www.fedstat.ru/indicator/data.do?id= 38496&referrerType=0&referrerId=946987 (In Russian).
Сведения об авторах
Момот Александр Валентинович - аспирант кафедры сухопутного транспорта леса СПбГЛТУ «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени
С.М. Кирова», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Momot Aleksandr Valentinovich - Post-graduate student of Forest Land Transport Department of SPbSFU «Saint-Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov», Saint-Petersburg, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/6285 УДК 630*323.4
МЕТОД РАСКРЯЖЕВКИ ХЛЫСТОВ И УЧЕТА ОБЪЕМОВ ПОЛУЧЕННЫХ СОРТИМЕНТОВ КРУГЛОГО ЛЕСА
доктор технических наук, профессор В. С. Петровский1 К. В. Батурин1 П. В. Малинников1
1 - ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,
г. Воронеж, Российская Федерация
Статья посвящена разработке метода раскряжевки хлыстов на сортименты, используя данные заданные сортиментным планом в процентах или через значения диаметров бревен, а также технологии учета объемов полученных круглых лесоматериалов. Использование информации сортиментного задания в технологии раскряжевки хлыстов, позволяет учитывать специфику производства предприятия, заявки потребителей, сводя к минимуму отходы лесозаготовительного производства, при увеличении объемного выхода деловых сортиментов. Получено математическое обеспечение для определения границ размерных зон сортиментов раскряжевываемых
Лесотехнический журнал 3/2014
175
Лесоинженерное дело
хлыстов, используя уравнение образующей стволов, определяемое в виде функции в относительных величинах. Математические модели брёвен в относительных величинах учитывают породу древесины и место вырезки из хлыста. Используемые в настоящее время табличные методы учета круглых лесоматериалов доказали на практике свою неудовлетворительность по точности. Полученное математическое обеспечение явилось основой разработки системы учета стволовой древесины и лесоматериалов. Использование в системе учета объемов лесоматериалов математических моделей стволов и бревен позволяет исключить погрешности измерений, получаемых при измерениях объемов круглого леса по таблицам ГОСТ 2708.
Ключевые слова: раскряжевка хлыстов, математические модели, границы размерных зон, хлысты, лесоматериалы, учет объема.
THE METHOD OF BUCKING WHIPS AND ACCOUNTING OF RECEIVED
ROUNDWOOD
DSc in Engineering, Professor V. S. Petrovsky1 K. V. Baturin1 P. V. Malinnikov1
1 - FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies»,
Voronezh, Russian Federation
Abstract
The article is devoted to developing a method of cross-cutting of whips to assortments, using the data set as a percentage of assortment plan or through the diameters of logs, as well as accounting technology for volumes of produced roundwood. The use of information technology in the CTL job of bucking whips, allows to take into account the specifics of the production of enterprise, consumer applications, minimizing wastes of timber production, with an increase in the volume of business output ща assortments. The mathematical software to delineate zones of size of assortments of cross-cut whips, using the generatrix equation generator of trunks, defined as a function of relative values. Mathematical models of logs in relative values take into account the wood species and place of cutting whip. Currently used table methods of accounting round wood have proven to be unsatisfactory in terms of accuracy. The resulting mathematical software was the basis for the development of accounting systems of trunk wood and timber. Using in the system of account for the volumes of timber of mathematical models of trunks and logs eliminates measurement errors, obtained by measuring the volume of roundwood in the tables of GOST 2708.
Keywords: bucking whips, mathematical models, borders of size zones, logs, lumber, reflect the volume.
Каждое лесозаготовительное предприятие имеет сортиментный план, определяющий, какие сортименты круглого ле-
176
са и в каком количестве должны быть заготовлены. Сортиментный план составляется с учетом характеристик лесфонда и
Лесотехнический журнал 3/2014
Лесоинженерное дело
заявок потребителей. Таким образом, учитывая сортиментный план в технологии раскряжевки хлыстов, можно минимизировать количество получаемых отходов лесозаготовок и увеличить объемы заготавливаемых сортиментов.
Пусть с учетом сортиментных заданий наиболее оптимальным планом раскряжевки хлыстов является следующее соотношение в процентах по выпуску сортиментов круглого леса (рис. 1).
Одним из наиболее распространённых методов табличного учета объемов круглых лесоматериалов является ГОСТ 2708 «Лесоматериалы круглые». Исследования показывают, что метод учета лесоматериалов по ГОСТ 2708 являются неудовлетворительными по точности для использования в современных технологических операциях переработки древесины, так как комлевые и срединные бревна одного и того же диаметра в верхнем сечении имеют разный фактический объем [1].
При разработке системы учета объемов стволовой древесины используем наиболее точную математическую модель, а именно уравнение образующей стволов, определяемое в виде функции 2x/d0.s в относительных величинах [2]:
2х = d0.5 • / Q), (1)
где 2х - текущий диаметр ствола на расстоянии l от комля. м;
d05 - диаметр ствола на средине высоты, м;
H - высота ствола, м; f(l/H) - некоторая непрерывная
функция для стволов данной породы, которая наиболее точно аппроксимируется
алгебраическим полиномом 4-й степени.
Математическая модель (1) дает возможность получить формулу для вычисления объемов стволов:
r=fJ0H(2 xfdl (2)
Используя уравнение образующей хлыстов всех пород:
где a4, a3, a2, ai, a0 - коэффициенты, имеющие определенное значение для каждой породы.
Так как диаметр ствола на высоте груди измеряется в коре, а учет объема древесины производится без коры, необходимо ввести поправочный коэффициент X [3], таким образом, объем ствола будет равен:
пХ2do 5
V = -----— •
4
О
+
2 (4)
dl .
+ а2 (“) + а1 (“) + а0,
Объем получаемых сортиментов находится из следующих выражений:
Г^п
Jo
Кшл г и0.5 4
а4 G)4+“з ©3+
+а2 ( Э +м i) +а'
„ ^2do.s 6 4
а4 ©3+
к+а2 ( +ai ш + а<
dl
dl
(5)
(6)
Лесотехнический журнал 3/2014
177
Лесоинженерное дело
Клк
4
•/,:-( 1 a4G ?)4+^ -)3+ \
\2 / 1 U 1 dl,
\ + а2 ) +а1(й ) + ао/
где lпил, 1шк — длина зон хлыста для пи-
ловочника, баланса и шахтного крепежа соответственно, м.
Для определения значений длин сортиментных зон 1пил, 1б, 1шк используем формулу (4), изменяя верхнюю границу интеграла H, с шагом dH=0,02, обозначим, как
L. Определим процентный объем сортиментов в хлысте, как отношение текущего объема к объему хлыста Ктек/Кхл для хлыстов длиной H и диаметром d05 (рис. 2).
Значения длин сортиментных зон определяются следующим образом. В соответствии с заданным сортиментным заданием процентное содержание пиловочника, баланса и шахтного крепежа в хлысте Ятек/Яхл находится по выражению (8). Для нахождения значений величин 1пил, 1б, 1шк, построим дискретную модель зависимости относительной величины l/H с областью дискретных значений l/H=0...1, от величины процентного содержания сортиментов в хлысте Ятек/Яхл. Для удобства расчета, используем метод наименьших квадратов для определения функции l/H = /(Утек/Ухл), формула (9). Вид такой модели представлен на рис. 2.
Рис. 1. Схема оптимального плана раскроя хлыстов
где L
I
Я
величина изменения длины хлыста с шагом dH=0,02; L= 0,0.02.H, м.
(8)
(9)
где с6, с5, с4, с3, с2, ci, с0 - коэффициенты, имеющие определенное значение для каждого хлыста.
Исходя из дискретной модели для пиловочника и баланса, находится значение (1/Н)пил, (1/Н)б соответствующее величине процентного содержания в хлысте формулы (10) и (11).
178
Лесотехнический журнал 3/2014
Лесоинженерное дело
{ы) = сб(^20)6 + С5(^2о)5 + С4(^2о)4 + Сз(^20)3 + С2(^2о)2 + Cl(^2o) + С0'
/ пил
где V20 - значение объема хлыста при 20%, м3.
= С6(^90)6 + с5(^90)5 + с4(^90)4 + с3(^90)3 + С2(^90)2 + С1(^90) + С0'
(10)
(11)
/б
где V90 - значение объема хлыста при 90 %, м3.
Для того, чтобы найти границы размерных зон сортиментов в хлысте /пил, 1б необходимо величину (//Н)пил и (//Н)б умножить на длину хлыста H выражения (12) и (13).
г)
'пил (12)
хчя)б (я)пил) Н (13)
Граница размерной зоны шахтного крепежа определяется по следующему выражению:
i)
Шб (14)
Для примера рассмотрим хлыст сосны, длинной H=32 м и диаметром на середине длины d05=0,315 м. Функция //H = fCV^dVxj) имеет следующий вид:
^шк Н
I (V \6 /V \5 (V \4 /V \3 (V '2
ь . ... I ''тйк' \ . ... I \ . / \ . ... I \ _ /
тг 34,23 (тт) - 93,89 (тН +96,75 Ш - 45,93 ш +
'тек\ 'хл ■
10,14 Ш
-0,36
Iе1) + 0,001,
^хп '
Полученный график дискретной модели представлен на рис. 3.
(15)
Рис. 2. Дискретная модель зависимости сечений относительной величины //H от заданного процентного содержания сортиментов хлыста
Рис. 3. Дискретная модель зависимости сечений относительной величины //H от заданного процентного содержания сортиментов хлыста сосны
Лесотехнический журнал 3/2014
179
Лесоинженерное дело
Для данного хлыста границы размерных зон имеют следующие значения:
/пил = 2,86 м, 1б = 17,96 м, 1шк = 11,18 м.
Границы размерных зон для различных длин хлыстов сосны, лиственницы и пихты, приведены в таблице.
В случае, когда границы размерных зон в сортиментном плане задаются не процентным содержанием сортиментов в хлысте, а в соответствии с ГОСТ 9463-88, то технология раскряжевки будет следующая.
ГОСТ 9463-88 делит все сортименты по толщине на крупные, средние и мелкие (рис. 4). Причем фактическая толщина сортимента округляется в ближайшую сторону до размера, предусмотренного
стандартом. Таким образом, сортименты разделяются на три группы:
- мелкие - толщиной в вершинном отрезе от 6 до 13 см с градацией 1 см;
- средние - толщиной в вершинном отрезе от 14 до 24 см включительно с градацией 2 см;
- крупные - толщиной от 26 см и более с градацией 2 см [3].
Для определения границ размер зон используем формулу (3), изменяя величину отношения //H, в области дискретных значений /Н=0...1. Для удобства расчета, используем метод наименьших квадратов для определения функции l/H = f(2x/d05), формула (16).
Таблица
Сосна Лиственница Пихта
lхл, м 1пил, м 1б, м lшк, м /хл, м /пил, м /б, м /шк, м /хл, м /пил, м /б, м /шк, м
12 1,06 6,74 4,2 15 1.62 10.4 2.98 15 1.72 9.72 3.56
16 1,44 8,94 5,62 17 1.8 11.82 3.38 18 2.06 11.66 4.28
20 1,78 11,4 6,98 18 1.94 12.48 3.58 21 2.4 13.62 4.98
23 2,06 12,9 8,04 20 2.16 13.86 3.98 24 2.74 15.56 5.7
25 2,24 14,2 8,74 22 2.38 15.24 4.38 26 2.96 16.86 6.18
27 2,42 15,4 9,44 23 2.48 15.94 4.52 28 3.18 18.18 6.64
28 2,5 15,2 9,78 25 2.7 17.32 4.98 29 3.3 18.82 6.88
29 2,58 16,6 10,16 26 2.8 18.02 5.18 30 3.42 19.46 7.12
30 2,68 16,4 10,48 27 2.92 18.7 5.38 31 3.52 20.12 7.36
31 2,76 17,2 10,82 28 3.02 19.04 5.58 32 3.64 20.76 7.6
32 2,86 17,6 11,18 29 3.12 20.01 5.78 33 3.76 21.4 7.84
33 2,94 18,2 11,54 - - - - 34 3.88 22.04 8.08
34 3,04 19,8 11,88 - - - - - - - -
35 3,12 19,4 12,24 - - - - - - - -
(16)
где св с5, с4 с3, с2, С], с0 - коэффициенты, имеющие определенное значение для каждого хлыста.
180
Лесотехнический журнал 3/2014
Лесоинженерное дело
Таким образом, дискретная модель образующей хлыста будет иметь вид (рис. 5). Значения (1/Н)пил, (l/H)6 и (1/Н)шк определяются по формулам (17), (18) и (19).
Рис. 4. Расположение сортиментных зон по ГОСТ 9463-88
Рис. 5. Дискретная модель зависимости сечений
относительной величины l/H от относительного диаметра хлыста
(17)
(18)
(19)
Лесотехнический журнал 3/2014
181
Лесоинженерное дело
1п
-Q,
Для того чтобы найти границы размерных зон сортиментов в хлысте /пил, 1б и /шк необходимо величину (//Н)пил, (//Н)б и (//Н)шк умножить на длину хлыста H выражения (20), (21) и (22).
I
1 •Н.
(20)
'б = ((«)» - (h)„J 'Н- (21)
= ((й)шк - (й)б - (й)п„л) ' Н' (22) Граница размерной зоны жердей определяется по следующему выражению:
(23)
1ж
Н
-iL)
w,.
Рассмотренные технологии раскряжевки сортиментов, используя данные сортиментного плана, позволяет учитывать специфику производства предприятия, заявки потребителей, сводя к минимуму отходы лесозаготовительного производства, при увеличении объемного выхода деловых сортиментов. Используя рассмотренные выше математические модели для измерения объемов хлыстов и сортиментов можно исключить погрешности измерения при измерениях объема круглых лесоматериалов по таблицам ГОСТ 2708.
Библиографический список
1. Мильцин, А. Н. Перспективы использования автоматизированной системы измерения объема хлыста [Текст] / А. Н. Мильцин, А. Д. Платонов, А. О. Сафонов, Н. В. Мозговой // Лесотехнический журнал. - 2013. - № 4. - С. 77-82.
2. Петровский, В. С. Автоматизированные системы учета [Текст] : монография /
В. С. Петровский, М. В. Филипцов. - Воронеж, 2012. - 228 с.
3. ГОСТ 9463-88 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия. -Введ. 1991.01.01 [Текст]. - Москва : ИПК Издательство стандартов, 1991. - 12 с.
References
1. Miltsin A.N., Platonov A.D., Safonov A.O., Mozgovoy N.V. Prospects for the use of the automated system of measurement of volume of the whip [Miltsin A.N., Platonov A.D., Safonov A.O., Mozgovoy N.V. Perspektivy ispol'zovanija avtomatizirovannoj sistemy izmerenija obema hlysta]. Lesotekhnicheskii zhurna/, 2013, no. 4, pp. 77-82. (In Russian).
2. Petrovsky V.S., Filiptsov M.V. Automated accounting systems: monograph [Petrovsky V.S., Fi-liptsov M.V. Avtomatizirovannye sistemy ucheta: monografija]. Voronezh, 2012, 228 p. (In Russian).
3. GOST 9463-88 Round timber of softwood. Specifications. - Intr. 1991.01.01 [GOST 9463-88 Lesomaterialy kruglye hvojnyh porod. Tehnicheskie uslovija. - Vved. 1991.01.01]. Moscow: Publishing house of IPC standards, 1991, 12 p. (In Russian).
Сведения об авторах
Петровский Владислав Сергеевич - профессор кафедры автоматизации производственных процессов, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», доктор
182
Лесотехнический журнал 3/2014
Лесоинженерное дело
технических наук, профессор, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Батурин Кирилл Владимирович - аспирант кафедры автоматизации производственных процессов, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Малинников Петр Владимирович - студент, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Petrovsky Vladislav Sergeevich - Professor of Department of Automation Production Processes of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», DSc in Engineering, Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Baturin Kirill Vladimirovich - Post-graduate student of Department of Automation Production Processes of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Malinnikov Petr Vladimirovich - student of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Лесотехнический журнал 3/2014
183
