Результаты эксперимента по раскрою березовых пиломатериалов на заготовки Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ДЕРЕВООБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО РАСКРОЮ БЕРЕЗОВЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ На Заготовки

С.Н. РЫКУНИН, проф. каф. технологии лесопиления и деревообработки МГУЛ, д-р техн. наук, Е.Г. ВЛАДИМИРОВА, ведущий инженер каф. технологии лесопиления и деревообработки МГУЛ

rikunin@mgul.ac.ru; egvl@mail.ru

В Щелковском учебно-опытном лесхозе были проведены работы по раскрою бревен на пиломатериалы, получены паспорта досок и фотографии каждой доски.

Для экспериментальных исследований было использовано 31 м3 березовых лесоматериалов (Betula pendula) диаметром от 18 до 26 см и длиной 6 м, полученных методом сортиментной заготовки на северо-востоке Московской области [1].

Был составлен план эксперимента по раскрою пиломатериалов на базе В-плана.

Затем в программе AutoCAD проводилась имитация раскроя пиломатериалов на заготовки по фотографиям и паспортам при соответствующем масштабе. Способ раскроя был принят поперечный (рис. 1).

Раскраивались пиломатериалы трех групп качества различной суммарной длиной бездефектных участков на доске, рис. 1. Длина пиломатериалов 6 м.

В программе AutoCAD выполнено 576 вариантов раскроя пиломатериалов на заготовки (рис.2).

Вырабатывались заготовки длиной 3000, 2250, 1500 мм, шириной 100, 125, 150 мм и сопутствующие им короткие, двух групп качества с диаметром здоровых сучков < 20 мм и < 50 мм, рис. 3.

По результатам опытных данных, полученных после раскроя в программе AutoCAD, рассчитаны регрессионные уравнения, однако уравнения оказались неадекватными. Полученные данные были использованы для получения более простых регрессионных уравнений.

Для этого на основании данных о коэффициенте выхода основной заготовки были построены графики зависимости коэффициента выхода основной заготовки и коротких заготовок свободной длины от группы качества пиломатериалов. Пример графика

представлен на рис. 4. На графике синими ромбами обозначены коэффициенты выхода основной заготовки, по данным точкам с помощью программы Excel проведена линия тренда (1), описывающая прямолинейную зависимость, рассчитано уравнение линии тренда и величина достоверности аппроксимации, которые приведены в правом верхнем углу графика. Красными квадратами на том же графике обозначены коэффициенты выхода коротких заготовок свободной длины, по этим точкам также построена линия тренда (2), рассчитано уравнение линии тренда и величина достоверности аппроксимации, которые приведены в правом нижнем углу графика.

Из графика видно наличие корреляционной связи между суммарной длиной бездефектных участков на пиломатериалах и коэффициентом выхода основных заготовок, а также коэффициентом использования оставшихся после выработки основной заготовки бездефектных участков на доске. Зависимость наглядно просматривается на графиках с линиями тренда, уравнениями и величиной достоверности аппроксимации R2. Из величины R2 можно получить величину R, которая имеет

S

и

о

о

о

п

о

оа

н

о

D

F

5 ц

6

4500-5000 5001-5500 5501-6000

Суммарная длина бездефектного участка на доске, мм

Рис. 1. Распределение досок по суммарной длине бездефектных участков

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

77

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 2. Имитация раскроя пиломатериалов на заготовки в программе AutoCAD

название индекс корреляции (множественное R). Этот коэффициент, как и R2, универсален, поскольку отображает плотность связи и точность модели, а также может использоваться при любой форме связи. При прямолинейной связи индекс корреляции равняется коэффициенту корреляции (г) [2].

По качественной оценке плотности связи на основе шкалы Чеддока можно сделать вывод о том, что характеристика силы

Рис. 3. Размеры вырабатываемых заготовок, длина и ширина, мм

связи на большинстве представленных графиков по выходу основных заготовок значительная.

На основании построенных графиков были получены уравнения по выходу основных и коротких заготовок из пиломатериалов, в зависимости от суммарной длины бездефектных участков на доске.

Ниже приведены 9 уравнений по выходу основной заготовки.

Заготовки размером 3000х100 мм, с диаметром сучков <20 мм

уо = 0,000359308131072х -0 -1,612352980715600.

Заготовки размером 3000х100 мм, с диаметром сучков <50 мм

уо = 0,000512907822483х -0 -2,078614613937630.

Заготовок размером 3000х150 мм, с диаметром сучков <20 мм

у = 0,000365092287422х -

0

-1,694751921003760.

Заготовок размером 3000х150 мм, с диаметром сучков <50 мм

уо = 0,000598293048768х -0 -2,587633942214160.

Заготовки размером 2250х125 мм, с диаметром сучков <35 мм

уо = 0,000498813840324х -0 -1,926627457815310.

78

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2012

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Таблица

Выход основных заготовок, %

Размер заготовки, мм Качество заготовки, допустимый размер сучков, мм Выход основных заготовок для пиломатериалов различных групп качества, %

3-я группа качества (4500-5000 мм) 2-я группа качества (5001-5500 мм) 1-я группа качества (5501-6000 мм)

3000х100 < 20 9,436 27,401 45,367

3000х100 < 50 35,770 61,415 87,061

3000х150 < 20 3,944 22,198 40,453

3000х150 < 50 25,426 55,340 85,255

2250х125 < 35 44,274 69,215 94,155

1500х100 < 20 31,890 48,752 65,613

1500х100 < 50 63,087 78,941 94,795

1500х150 < 20 22,940 42,553 62,166

1500х150 < 50 58,743 75,839 92,936

1.0

0.9

0.8

I 0.7

| 0.6

У 0.5 к

I 0.4

rn 0 3 о «

0.2

0.1

0.0

1 Ф Ф~Ф Ф . ш «Ф <ФФ Ф Ф»»ФФ

1 ■■ ■ 1

уо = 0.00051290782248^^2^78614613937630

2 R2 = 0.395971562310091

Ж Ж

;; * * || 1

я ^ ■ ♦ ♦

♦

ук = -0.000291524189078x + 1.904981618094650''"''

R2 = 0.159079212655181 —1 ^—1—

4500 4750 5000 5250 5500 5750 6000

Суммарная длина бездефектного участка на доске, мм

Рис. 4. Зависимость коэффициента выхода заготовок размером 3000*100 мм, допустимый диаметр сучков <50 мм (1) и коэффициента выхода коротких заготовок свободной длины (2) от качества пиломатериалов

Заготовки размером 1500x100 мм, с диаметром сучков <20 мм

у = 0,000337222265665х -

< о 5

-1,282901512391800.

Заготовки размером 1500x100 мм, с диаметром сучков <50 мм

уо = 0,000317076061861х -0 -0,875238220608343.

Заготовки размером 1500x150 мм, с диаметром сучков <20 мм

уо = 0,000392260513537х -0 -1,633839770038050.

Заготовки размером 1500x150 мм, с диаметром сучков <50 мм

у = 0,000341930274906х -

о

-1,036741384236410.

где х - середина группы качества пиломатериалов;

у - величина выхода заготовки.

Уравнения по выходу коротких заготовок свободной длины в дальнейших расчетах по оптимизации объемов раскраиваемых пиломатериалов и оптимизации производства заготовок в работе использовались, только с величиной достоверности аппроксимации R2 больше или равной 0,2. По уравнениям был рассчитан выход основных заготовок в зависимости от группы качества пиломатериалов. Данные по расчету выхода основных заготовок приводятся в таблице.

Показатель объемного выхода основных заготовок используется для оптимизации плана

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2012

79