Раскрой комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Ь =/dl -<Ч, +a-Р)2 .

Ширина i-го пиломатериала в произвольном сечении по наружной пласти определяется по формуле

\ =V < -<4С +a+3 Р)2 - А-в" ’

i v ' tgP

где P - угол наклона пропилов к пластям при удалении пораженных участков из пиломатериалов.

Пиломатериалы, содержащие гниль, торцуются на качественную и низкокачественную части. Из низкокачественных частей получают черновые заготовки путем удаления из них гнили по образующей. Удаление гнили производится по тому варианту, по которому производилось удаление боковых, пораженных радионуклидами участков. Ширина заготовок из i-го пиломатериала при удалении гнили перпендикулярно пластям определяется по формуле

K,= Л)-а_, ,

где Ъг - ширина гнили по внутренней пласти i-го пиломатериала, м;

Лг - припуск на удаление гнили, м.

Ширина заготовок из i-го пиломатериала при удалении гнили под углом к пластям определяется по формуле

Кг 2<Ъ1,Л)-Л г.

Общий объемный выход пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами

Vnln = Vm + v3,

где Vn/n - общий объем пилопродукции из комбинированного пиловочника, м3;

V, - объем качественных пиломатериалов, м3;

V - объем черновых заготовок, полученных из низкокачественных частей, м3.

Таким образом, предлагаемое математическое описание определения выхода пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, позволяет аналитически определять геометрические параметры полученной пилопродуции.

Библиографический список

1. Патент 2350460 Российская Федерация, МПК В27В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами / А.С. Торопов, С. А. Торопов, В.М. Меркелов и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Марийск. гос. техн. ун-т. - Заявка 2007117657/03; заявл. 11.05.07; опубл. 27.03.09, бюл. № 9. - 9 с.

2. Захарьин, Г.И. О качественных характеристиках комбинированного пиловочника / Г.И. Захарьин, Г. С. Нушкарев // Комплексное использование древесного сырья: сб. науч. тр. - Архангельск. - 1979. - С. 78-80.

РАСКРОЙ КОМБИНИРОВАННОГО ПИЛОВОЧНИКА,

пораженного радионуклидами

A. С. ТОРОПОВ, проф. каф. деревообрабатывающих производствМарГТУ, д-р техн. наук,

B. М. МЕРКЕЛОВ, проф. каф. технологии деревообработки БрянГИТА, к-т техн. наук,

Е.В. МИКРЮКОВА, асс. каф. деревообрабатывающих производств МарГТУ,

А.И. ШАКИРОВА, асс. каф. деревообрабатывающих производств МарГТУ

[email protected]

Последствия аварии на Чернобыльской АЭС, в результате которой подвергся радиационному загрязнению цезием-137 лесной фонд пятнадцати субъектов Российской Федерации на площади 982,6 тыс. га, проявляются до сих пор. Наибольшему радиоактивному загрязнению подвергся лесной фонд Брянской и Калужской областей, где общая площадь загрязненных радионуклидами ле-

сов составляет 171 и 177,8 тыс. га. В связи с этим вопросы использования древесины этих территорий весьма актуальны. Кроме этого, в условиях рыночной экономики обеспечение лесоперерабатывающей промышленности Брянской области сырьем и лесоматериалами за счет собственных лесосырьевых ресурсов без их истощения становится актуальной проблемой.

142

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Рис. 1. Схема раскроя комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами

В решении этой задачи важную роль должно сыграть рациональное использование древесины, заготовленной в районах, загрязненных радионуклидами.

Проведенные ранее исследования [1, 2] позволили установить, что в древесине, заготовленной в лесных массивах первой зоны загрязнения радионуклидами, наиболее загрязненной частью является кора, и древесина может быть использована в промышленных целях после очистки бревен от коры. Древесина из лесных массивов второй и последующих зон загрязнения может использоваться в промышленных целях при условии полной очистки бревен от коры и снятия определенного внешнего слоя.

Кроме этого, с момента аварии в большинстве лесов, подвергшихся радиоактивному загрязнению, были прекращены лесозаготовительные и лесоводственные работы. В результате на этих территориях скопились избыточные объемы перестойной древесины. Леса захламлены буреломами, валежником, сухостоями и превратились в зоны повышенного экологического риска по причине высокой вероятности возникновения крупномасштабных пожаров, последствия которых могут быть близки к последствиям самой чернобыльской катастрофы.

Древесина в таких лесах, наряду с поражением радионуклидами, подвержена негативному воздействию и других пороков, в частности напенной гнили.

Круглый лесоматериал, в котором низкокачественная часть (пораженная напенной гнилью) не разделена по длине с пиловочником по ГОСТ 9462-88 для хвойных пород и ГОСТ 9463-88 для лиственных пород, будем называть комбинированным пиловочником.

На данный момент одной из актуальных тем является поиск новых способов раскроя древесины, пораженной радионуклидами, что приведет к более рациональному использованию сырья.

Нами предлагается новый способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных сердцевинной гнилью и радионуклидами [3], схема которого показана на рис. 1.

Способ заключается в том, что первоначально у круглого лесоматериалы, пораженного радионуклидами в местах выполнения пропилов режущими органами, удаляется пораженный слой шириной обработки больше ширины пропила, а затем производится раскрой на пиломатериалы без переноса радионуклидов в плоскости деления. Полученные пиломатериалы базируют по одной из поверхностей обработки, удаляют боковые части с

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

143

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

радионуклидами параллельно образующим. Затем, после сушки и сортировки, полученные заготовки разворачивают относительно друг друга на 180° в горизонтальной плоскости, сопрягают по продольной кромке и скрепляют между собой.

Целью проведенных исследований являлось выявление зависимости выхода пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами. В целях снижения трудоемкости исследований, нами разработана программа, позволяющая определить объемный выход пилопродукции для предлагаемого способа раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами, с помощью ЭВМ. Эта программа представляет собой имитационную модель раскроя комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, без переноса радионуклидов в процессе обработки на пилопродукцию заданного размера.

На основе анализа факторов, влияющих на величину объемного выхода пилопродукции, при раскрое древесины, пораженной радионуклидами, выделены следующие параметры комбинированного пиловочника: диаметр, длина, толщина пораженного слоя и диаметр гнили в комле.

Ряд факторов был принят нами условно-постоянными. Форма бревен близка к телу вращения, форма поперечного сечения - круг, ширина пропила - 2,4 мм.

Исследования основывались на методах математической теории планирования экспериментов, которые позволяют получить математическую модель функционирования объекта исследования в зависимости от изучаемых факторов. При построении математи-

ческих моделей величины объемного выхода пилопродукции при раскрое древесины, пораженной радионуклидами, были использованы основные методические положения по планированию многофакторных экспериментов [4]. Математическое описание процессов сводится обычно к нахождению и исследованию функциональной зависимости, так называемой функцией отклика

У = A*v x„,).

Проведенные предварительные исследования свидетельствуют о нелинейном характере зависимости содержания радионуклидов в древесине сосны от различных факторов. Поэтому нами было принято, что математическая модель, описывающая данный процесс, может быть представлена в виде полинома второй степени.

Выбор уровней варьирования диаметра сырья принят нами на основании анализа размерно-качественной характеристики соснового сырья и представлен в табл. 1.

Нижний уровень варьирования диаметра комбинированного пиловочника определен, исходя из того, что из бревен меньшего диаметра при отсечении пораженного слоя выход пиломатериалов получается минимальным. Выбор верхнего уровня обусловлен тем, что сосновые бревна диаметром больше 36 см встречаются реже. Поэтому были установлены пределы варьирования диаметра 24 < d < 36 см. Комлевые бревна диаметром 24-36 см составляют большую часть всего объема соснового сырья, поступающего на переработку.

Исходя из того, что больше всего в деревообрабатывающей промышленности используются бревна средней длины, мы принимаем пределы варьирования длины 5 < l < 7 м.

Т а б л и ц а 1

Факторы и уровни их варьирования

Наименование фактора Обозначение Уровень варьирования фактора Интервал варьирования

натуральное кодирован- ное нижний (-1) основной (0) верхний (+1)

Диаметр комбинированного пиловочника, см d x1 24 30 36 10

Длина комбинированного пиловочника, м l Х2 5 6 7 1

Толщина пораженного слоя, см h X3 1 2 3 1

Диаметр гнили в комле, см dг X 4 1 5 9 4

144

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

20 25 30 35 40

Диаметр комбинированного пиловочника, см а

4,8 5,2 5,6 6 6,4 6,8 7,2

Диаметр комбинированного пиловочника, м

б

Толщина пораженного слоя, см в

Рис. 2. Графики зависимости выхода пи женного радионуклидами

г

из комбинированного пиловочника, пора-

Исходя из того, что при диаметре гнили больше 9см выход заготовок получается минимальным, принимаем следующие пределы варьирования диаметра гнили 1 < dz < 9 см.

Уровни варьирования размеров заготовок выбраны на основе анализа размерной характеристики пилопродукции для столярно-строительных изделий и исходя из возможности получения заготовок данных размеров из имеющегося сырья (очевидно, что получение более толстых и широких заготовок из соснового сырья не представляется возможным из-за чрезвычайно низкого объемного выхода пилопродукции).

Предварительный эксперимент проведен с помощью имитационной модели раскроя сосны, пораженной ядровой гнилью и радионуклидами, составленной на основе программного продукта Excel, при следующих значениях варьируемых факторов: d = 36 см, l = 6 м, h = 3 см, d = 9 см. После статистичес-

5 5 г

кой обработки результатов предварительного эксперимента определили минимальное число повторений в опыте, равное 6.

Ранее нами принято, что математическая модель объемного выхода пилопродукции при раскрое древесины сосны, пораженной радионуклидами, описывается полиномом второй степени. Поэтому для проведения эксперимента был выбран план второго порядка В4, который содержит 24 опыта . В результате исследований получена следующая зависимость выхода пилопродукции (Р, %) из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами P = -26,3 + 4,36d + 19,87/ - 48,59h -- 1,5Ц - 0,021 dl + 0,743dh + 0,007dd +

+ 0,302lh + 0,167d + 0,029hdг - г - 0,071d - 1,81/2 + 3,165h2 - 0,043d/. Оценка адекватности математической модели производилась по A-критерию Фишера. Полученное уравнение регрессии адекватно 5 % уровню значимости, так как F <F ,.

J г 5 расч табл

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

145

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Таблица 2

Варианты оборудования для производства пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами

Наименование операции технологического процесса Характеристика заготовок перед выполнением Оборудование для выполнения операции

1. Фрезерование Длина сортимента L = 5 м; Диаметр лесоматериала в комле и вершине d = 28,64см; d = 24см; Объем сортимента q = 0,3221м3 Фрезерный станок ВКР-61, ВКР-10

2. Продольный раскрой на пиломатериалы Длина сортимента L = 5м; Диаметр лесоматериала в комле и вершине d = 28,64см; d = 24см Объем сортимента q = 0,3221м3 Горизонтальный ленточнопильный станок ЛП-60, МГ-6200

3. Обрезка пиломатериалов Длина пиловочной части L = 4,896 м; средняя ширина доски Вр = 0,197 м; толщина доски Н = 0,050 м; объем досок q = 0,048м3 Круглопильный станок ТСК-01, Ц6-2ИШ

4. Торцовка пиломатериалов, содержащих гниль Длина сортимента L = 5м; средняя ширина доски Вср = 0,197 м; толщина доски Н = 0,050 м; число досок - 2 шт.; Объем досок q = 0,049м3 Торцовочный станок ЦСТ-02, ВТ-15

5. Удаление гнили из низкокачественных частей пиломатериалов Длина низкокачественной части L = 0,104 м; средняя ширина доски В = 0,197 м; толщина доски Н = 0,050 м; число досок 4 шт; Объем досок q = 0,00102м3 Круглопильный станок Ц6-2ИТТТ. ЦК-120

6. Торцовка качественных пиломатериалов Длина пиловочной части Ln4 = 4,896 м; средняя ширина доски Вср = 0,197 м; толщина доски Н = 0,050 м; Объем досок q = 0,0472м3 Торцовочный станок KS210, KGS-303

Полученное уравнение позволяет определить объемный выход пилопродукции при раскрое комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, в зависимости от диаметра лесоматериала d, длины лесоматериала l, толщины пораженного слоя h и диаметра гнили d.

На рис. 2 представлены графики зависимости объемного выхода заготовок при раскрое древесины комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами. Постоянные факторы при построении графиков фиксировались на среднем уровне.

Анализ полученных результатов исследований показал, что выход пилопродукции увеличивается в зависимости от диаметра сырья (рис. 2, а). Снижение выхода пилопродукции при увеличении зоны пораженности радионуклидами и напенной гнилью вызвано уменьшением доли здоровой древесины в общем объеме пиловочника (рис. 2, б, в). Влияние длины на выход пилопродукции носит

нелинейный характер с четко выраженным максимумом в диапазоне варьирования фактора (рис. 2, г). При d = 30 см, h = 2 см и dz = 5 см выход пилопродукции максимальный при длине комбинированного пиловочника 5,7 м. Таким образом, на выход пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, наибольшее влияние оказывает толщина слоя, пораженного радионуклидами, и диаметр пиловочника, а наименьшее влияние оказывает длина пиловочника.

Полученная математическая зависимость выхода пилопродукции может быть использована для расчета норм расхода древесины, пораженной радионуклидами, в деревообрабатывающих производствах.

Варианты оборудования по каждой технологической операции для реализации раскроя комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, на пилопродукцию приведены в табл. 2.

146

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010