CC BY
42
Литература
1. Жилищно-коммунальное хозяйство Амурской области: сб. / Амурстат. - Благовещенск, 2010. - 134 с.
2. Алферьев В. Маркетинг как метод совершенствования рынка ресурсов для села // АПК: экономика и
управление. - 2008. - № 12. - С. 26-27.
3. Бондаренко Л. Проблемы развития сельских территорий // АПК: экономика и управление. - 2009. -
№ 12. - С. 27-35.
4. Гезиханов Р. Реализация инвестиционно-строительных программ АПК региона // АПК: экономика и
управление. - 2008. - № 5. - С. 64-67.
УДК 674.093:620.267 А.С. Торопов, В.М. Меркелов, В.Ф. Краснова
ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСКРОЯ ДРЕВЕСИНЫ, ЗАГРЯЗНЕННОЙ РАДИОНУКЛИДАМИ
Предложено математическое описание определения выхода пилопродукции из хлыстов, загрязненных радионуклидами.
На основании математической модели можно определить оптимальные схемы как поперечного, так и продольного раскроя сортиментов на пилопродукцию.
Ключевые слова: древесина, радиоактивное загрязнение, математическая модель, хлыст, раскряжевка.
A.S. Toropov, V.M. Merkelov, V.F. Krasnova MODELING PRINCIPLES FOR CUTTING THE WOOD, POLLUTED BY THE RADIONUCLIDES
Mathematical description for determination of the sawn goods production from the entire tree lengths, polluted by the radionuclides is offered.
On the bases of the mathematical model it is possible to determine the optimum schemes for both parallel to the grain and end -grain wood assortment cut for the sawn goods.
Key words: wood, radioactive contamination, mathematical model, entire tree length, timber cross cutting.
В зоне радиоактивного загрязнения, возникшей в результате аварии на Чернобыльской АЭС, находится значительная часть лесного фонда ряда областей России. При эксплуатации таких лесов следует учитывать плотность радиоактивного загрязнения местности и получать древесное сырье с минимально допустимым его загрязнением. Для этого надо применять такие способы переработки древесины, которые могут обеспечить получение древесной продукции с минимально допустимым уровнем радиоактивного загрязнения.
Государственными органами управления лесным хозяйством России в результате наземного поквартального радиационного обследования, проведенного в 1991-1994 годах, выявлено, что радиоактивному загрязнению при аварии на Чернобыльской АЭС подвергся лесной фонд, находящийся в ведении Рослесхо-за, на площади 982,6 тыс. га.
Брянские леса являются наиболее пострадавшими в России. Общая площадь государственного лесного фонда Брянской области, загрязненного радионуклидами, составила в 1990 году 228,5 тыс. га из 795,4 тыс. га лесов области (28,7%), а в результате повторного радиационного обследования в 1995 году площадь радиоактивного загрязнения лесов составила 170,5 тыс. га.
Следует обратить внимание на то, что, как правило, наибольшее количество радионуклидов содержится в лесной подстилке и минеральном слое почвы. Из лесных ресурсов наиболее загрязнены грибы, ягоды и напочвенный покров. У древесной растительности в большинстве случаев удельная радиоактивность коры, мелких веточек и листвы (хвои) значительно выше, чем древесины. А окоренная древесина соответственно содержит меньше радионуклидов, чем неокоренная. Окоренная древесина содержит большее количе-
ство цезия-137 в вершинной части, чем в комлевой. Древесина в коре содержит приблизительно в два раза больше радионуклидов, чем окоренная древесина. В древесине наибольшее количество радионуклидов содержится в слоях, прилегающих к коре. Используя механическую обрезку наиболее загрязненных периферийных частей с корой, можно получать деловую древесину с допускаемыми уровнями радиоактивного загрязнения.
В условиях рыночной экономики обеспечение лесоперерабатывающей промышленности Брянской области сырьем и лесоматериалами за счет собственных лесосырьевых ресурсов без их истощения становится актуальной проблемой. В решении этой задачи важную роль должно сыграть рациональное использование древесины, заготовленной в районах, загрязненных радионуклидами.
Как известно, в мировой практике наиболее распространенной является хлыстовая технология, по которой заготавливается более 70% всей древесины. В нашей стране заготовка и вывозка леса в хлыстах имеет безусловное преимущество.
Целью работы является разработка математической модели определения выхода пилопродукции из хлыстов, загрязненных радионуклидами.
Трудности, возникающие при раскрое древесины, загрязненной радионуклидами, связаны с переносом радиоактивных элементов режущим органом в процессе обработки на пилопродукцию. Для решения этой проблемы нами разработаны новые способы раскряжевки хлыстов, загрязненных радионуклидами [1], и продольного раскроя полученных из них сортиментов [2]. Суть их заключается в том, что предварительно в местах намеченных пропилов производится удаление верхнего слоя, наиболее загрязненного радионуклидами, путем фрезерования, а затем уже производятся пропилы. Ширина удаляемого слоя должна быть больше ширины пропила.
Предварительно определяются геометрические параметры хлыста в коре, без коры, а также загрязненного слоя. Пользуясь аллометрическим методом, можно получить зависимости, описывающие образующую лесоматериала в коре, без коры, образующую здоровой части следующего вида:
где d, dб, dзч - соответственно диаметр хлыста в коре, без коры, диаметр здоровой части в произ-
вольном сечении, м;
do,dбо,dзчo - соответственно диаметр лесоматериала в коре, без коры и диаметр здоровой части в комле, м;
а.\,о?2,аз - константы начального состояния;
I - расстояние от комля до произвольного сечения, м;
Ь\, Ь>2, Ьз - константы равновесия, передающие темп изменения диаметра относительно I.
На рисунке 1 представлена схема раскряжевки хлыста, из которой видно, что пропилы выполняются в местах удаления верхнего загрязненного радионуклидами слоя.
(1)
Ь
Рис. 1. Схема раскряжевки хлыста:!, - длина -го сортимента, I - длина хлыста
Используя формулы (1), можно определить геометрические параметры каждого сортимента после раскряжевки, а также определить выход бруса и другой пилопродукции из них.
Для уменьшения разброса степени дробности диаметров бревен на этапе раскряжевки хлыста необходимо определить длину бревна по формуле
О2 - б/2
где - длина хлыста, м;
йх - диаметр хлыста в комле, см; б - диаметр хлыста в вершине, см; бх - расчетный диаметр бревна, см.
Продольный раскрой сортимента с получением бруса представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Схема продольного раскроя сортимента
На первом этапе производится удаление загрязненного радионуклидами верхнего слоя в местах предполагаемых пропилов. Ширина этого слоя (а) немного больше ширины пропила. Затем выполняется продольный раскрой сортимента с получением двухкантного бруса и боковых пиломатериалов. Боковые пиломатериалы обрезаются по кромке. При этом вместе с обзольной рейкой удаляются и периферийные загрязненные радионуклидами части.
На втором этапе производится раскрой полученного двухкантного бруса. Сначала из центральной части выпиливается четырехкантный брус, а оставшиеся боковые части двухкантного бруса раскраиваются вдоль на две части, из которых получают заготовки путем удаления загрязненной радионуклидами древесины по сбегу под углом к пластям.
Объем четырехкантного бруса, получаемого из ко сортимента, загрязненного радионуклидами, определяется по формуле
Убр =
где Ві ,Ні - соответственно ширина и толщина четырехкантного бруса, полученного из і-го сорти-
ІІ - длина і-го сортимента, м.
Из боковых частей двухкантного бруса получают заготовки переменного поперечного сечения.
Ширину заготовок из і-го сортимента по наружной пласти в произвольном сечении можно определить следующим образом:
ъ , =\ - 4(0,5 н. + а + 3 р)2 - - В-
з1г 2 V ЗЧ1 у ^ ^ %а. і
(2)
где р - ширина пропила при продольном раскрое сортимента, м;
dзч. - диаметр здоровой части ко сортимента в произвольном сечении, м;
щ -угол наклона пропилов при удалении загрязненной радионуклидами древесины из боковых частей двухкантного бруса, полученного из ко сортимента.
Ширина заготовок из ко сортимента по внутренней пласти в произвольном сечении определяется по формуле
^з2г- = 2 ^зчг — Щ „■ (3)
Для определения объема полученных заготовок из i-го сортимента необходимо найти их ширину по наружной и внутренней пластям в поперечном сечении на середине длины сортимента. Для этого в формулы (2) и (3) необходимо вместо dзч. ввести диаметр здоровой части ко сортимента в поперечном сечении на середине длины заготовок.
Объем заготовок из двухкантного бруса, полученного из ко сортимента, выразится формулой
к, =1Лл,
Кроме четырехкантного бруса и заготовок из сортиментов, загрязненных радионуклидами, согласно представленной схеме раскроя (рис. 2), получают обрезные пиломатериалы. Их ширина определяется по наружной пласти. Это могут быть обрезные пиломатериалы как постоянного, так и переменного поперечного сечения. В последнем случае обрезка загрязненных частей осуществляется параллельно боковым кромкам. Ширина пиломатериалов в таком случае определяется в среднем поперечном сечении.
Общий объем пилопродукции из хлыстов, загрязненных радионуклидами, равен
п -
Уп / п = ^ Убр^+УП / М\^ Уз7
7 =1
где Уп / п - общий объем пилопродукции из хлыста, загрязненного радионуклидами, м3;
Убр. - объем четырехкантного бруса, полученного из ко сортимента, м3;
Уп / щ - объем обрезных пиломатериалов из ко сортимента, м3;
Уз • - объем заготовок из ко сортимента, м3;
п - количество сортиментов, полученных из хлыста.
Таким образом, предлагаемое математическое описание определения выхода пилопродукции из хлыстов, загрязненных радионуклидами, позволяет определять аналитически геометрические параметры получаемой пилопродукции и прогнозировать ее выход. На основании математической модели можно определить оптимальные схемы как раскряжевки, так и продольного раскроя сортиментов на пилопродукцию. Критерием оптимизации в данном случае может быть наибольший выход пилопродукции, производительность, наименьшие трудозатраты и т.д.
Литература
1. Способ раскряжевки лесоматериалов, пораженных радионуклидами: заявка 2006126505 Российская Федерация: МПК G01N33/46 / Торопов А.С., Меркелов В.М., Тимофеева С.С., Кабышева Ю.А.; заявитель Марийский гос. техн. ун-т. - № 2006126505/03; заявл. 20.07.06; опубл. 27.01.08, Бюл. № 3; приоритет 20.07.06. - 1 с.
2. Способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами: пат. 2350460 Российская Федерация: МПК В 27 В 1/00 / Торопов А.С., Торопов С.А., Меркелов В.М., Микрюкова Е.В., Шакирова А.И.; заявитель и патентообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - № 2007117657/03; заявл. 11.05.07; опубл. 27.03.09, Бюл. № 9. - 9 с.
