CC BY
19
3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК 674.09:51-74:519.87:004.94 Доц. В.О. Маевський, д-р техн. наук;
астр. В.В. Маслш; ст. викл. €.М. 'Мисьтв, канд. техн. наук; асист. Я.В. Мацишин, канд. техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львiв
ВПЛИВ КУТА ПОВОРОТУ КОЛОДИ В1ДНОСНО II ПОЗДОВЖНЬО' ОС1 НА ОБ'еМНИЙ ВИХ1Д ПИЛОМАТЕР1АЛ1В
За результатами розпилювання колод на пиломатерiали у виробничих умовах створено моделi цих колод. Здiйснено iмiтацiйне моделювання розпилювання кожно! колоди розвальним способом на пиломатерiали з урахуванням повороту колоди вщнос-но 11 поздовжньо! осi. Встановлено, що кут повороту колоди вщносно 11 поздовжньо! осi iстотно впливае на об'емний вихiд пиломатерiалiв. Рiзниця граничних значень дiапазо-ну змши об'емного виходу пиломатерiалiв в межах одше! схеми розпилювання станови-ла 1,52-23,58 % для дослщжуваних варiантiв.
Ключовi слова: кут повороту колоди, схема розпилювання, об'емний вихщ, модель пиломатерiалу, модель колоди, iмiтацiйне моделювання.
Постановка проблеми та актуальшсть дослщження. Моделювання розпилювання колод на пиломатерiали е одним iз ефективних напрямкiв як прогнозування розмiрно-якiсних характеристик та виходу пиломатерiалiв зок-рема, так i передумовою рацiонального використання деревини загалом. Разом з тим, неврахування форми i розмiрно-якiсноí характеристики колод перед !х розпилюванням на пиломатерiали може бути однiею з основних причин неращ-онального використання деревини. Тому проведения дослщжень, яш б шдтвер-дили вплив форми i розмiрно-якiсноí характеристики колод на об'емний вихщ пиломатерiалiв, зокрема за рахунок змши кута повороту колоди вiдносно ц поз-довжньо! осi, безперечно, е актуальним.
Аналiз вщомих дослiджень. На сьогодш проведено значну дослвдниць-ку роботу у технологи лiсопиляния щодо вирiшения проблеми нерацiонального використання деревини у технолопчному процесi виробництва пиломатерiалiв, зокрема на його первиннiй стадо - розпилювання колод. Значна частина цих роби присвячена вибору ращональних схем розпилювання колод, створенню моделей для опису форм колод, наближених до реальних, та iмiтацiйному моде-люванню розпилювання колод на пилопродукщю [1-7 та ш].
У роботах, в яких розглядають моделювання розпилювання колод на пи-ломатерiали з урахуванням íх реально! форми, зокрема у [6, 7], не наведено ш-формащя щодо математичного обгрунтування прийнятих моделей та достовiр-носп отриманих результатов, що призводить до неоднозначного !х трактування. Тому у щй роботi, на продовження серп робгг [3-5], розвинено теоретичний i практичний пiдхiд до розпилювання колод розвальним способом на пиломате-рiали з урахуванням íх форми i розмiрно-якiсноí характеристики. Реалiзацiя цього шдходу дасть змогу забезпечити рацiональне використання деревини, зокрема й завдяки вибору оптимального кута повороту колоди ввдносно 11 поз-довжньо! осi перед розпилюванням колоди.
Виконання дослщження. Для визначення впливу кута повороту колоди вщносно 11 поздовжньо'1 оа на об'емний вихiд пиломатерiалiв ревизовано таку послiдовнiсть етапiв дослiджень (рис. 1).
Рис. 1. Основт етапи проведення до^дження впливу кута повороту колоди вiдносно и поздовжньо'1 оа на об'емний вихiд пиломатерiалiв
Експериментальш дослщження (1 та 2-й етапи) проведено у виробничих умовах на Страдчiвському НЛВК НЛТУ Украши (смт 1вано-Франково, Львiвсь-ка обл.). Вiдбiр колод здшснено шляхом вибору п'ятнадцяти випадкових колод, якi надходили на розпилювання, з наступним поверненням 1х у технологiчний потiк. Паспортизацш вщбраних колод проведено з дотриманням таких вимог:
• дiаметри вершинного та вщземкового торцiв колоди визначали як середне арифметичне значення двох взаемно перпендикулярних вимiрювань кожного з и торцiв;
• довжину колоди визначали як найкоротшу вiдстань мiж и торцями;
• вади деревини, зокрема: вади форми стовбура; вади будови деревини; сторонш включення, механiчнi пошкодження та дефекти оброблення колоди визначали вщповщно до чинного нормативного документу [8].
Розпилювання колод на пиломатерiали (рис. 2) проведено розвальним способом (сосновi колоди - на пилорамi i дубовi колоди - на стрiчкопилковому верстатi). Пiсля розпилювання колод ва отриманi пиломатерiали (обаполи та окрайщ) маркували двома цифрами на обох пластях (внутрiшнiй i зовшшнш): перша цифра - номер колоди, з яко'1 був випиляний пиломатерiал; друга - по-рядковий номер пиломатерiалу в колодi.
Паспортизацiю пиломатерiалiв проведено з дотриманням таких вимог:
• довжину пиломатерiалу визначали як найкоротшу вщстань мiж його торцями;
• товщину визначали як середне арифметичне значення вимiрювань вiдстанi мiж пластями пиломатерiалу у трьох мюцях (на серединi та на вiддалi не менше 150 мм вщ обох торцiв);
• ширину пиломатерiалу вимiрювали iз кроком 25 см за його довжиною на обид-вох пластях. Для цього проводили умовну базову лiнiю на кожнш пластi пило-матерiалу, вiд яко1 в подальшому вимiрювали вiдстанi до крайок пиломатерiалу.
Рис. 2. Процес розпилювання колод на nwiOMamepianu:
а) розпилювання сосновог колоди № 7 на пшорамг;
б) розпилювання дубовоi колоди № 4 на стр'ткопилковому eepcmami
а) б)
Ьмггащйне моделювання розпилювання колод на nKnoMaTepiann та анаиз отриманих результапв (3, 4, 5 та 6-й етапи) здшснено у лабораторних умовах в НЛТУ Украши. Для створення гpафiчних моделей випиляних у виробничих умовах пиломатеpiалiв та розпиляних колод використано програмне забезпе-чення для твердоттьного моделювання SolidWorks.
Модель пиломатеpiалу створено шляхом побудови його поперечних пе-pетинiв та 1х об'еднання у просторовий об'ект за результатами паспортизацп пи-ломатеpiалiв (рис. 3). Об'ект, побудований таким способом, обмежуеться набором плоских (площинних) контуpiв, якi pозташованi на деякш вiдстанi (у нашо-му випадку - 25 см) один вщ одного. На пpикладi одного пиломатеpiалу наведе-мо основнi етапи процесу створення його моделi у програмному забезпеченнi SolidWorks: 1) створення поперечних перетишв пиломатеpiалу (рис. 3, а); 2) розмщення поперечних пеpетинiв пиломатеpiалу з вiдповiдним кроком (рис. 3, б); 3) з'еднання поперечних перетишв пиломатеpiалу (рис. 3, в).
Створення моделей колод здшснено шляхом об'еднання моделей пило-матеpiалiв з урахуванням ширини пропкив i pозмipiв окрайщв (рис. 4). З метою пеpевipки адекватностi отриманих моделей пиломатеpiалiв та колод 1х pозмipнi параметри поpiвнювали з результатами паспоpтизацií.
Варто зауважити, що моделi колод, якi отримаш за використаною методикою, звичайно ж, мютять деякi вiдхилення вщ форм реальних колод. Такi вщ-хилення зумовленi, здебiльшого, кроком та похибками вимipювань pозмipних характеристик пиломатеpiалiв. Проте результати попеpеднiх дослiджень [4] зас-вiдчують, що моделi колод, яю отpиманi за допомогою програмного забезпе-чення SolidWorks, можна вважати адекватними, а використане для '1х створення програмне забезпечення, - придатним для такого виду дослщжень. Для наших дослщжень важливо змоделювати розпилювання одше'1 i тiеí ж колоди (моделi колоди) з piзними кутами повороту вiдносно ii поздовжньо'' ос1 Тому незначнi вiдхилення вiд форм реальних колод практично не впливатимуть на достовip-нiсть отриманих результапв.
Iмiтацiйне моделювання розпилювання кожно'' колоди на пиломатеpiали однiею схемою розпилювання здшснювали 18 pазiв з урахуванням повороту колоди вщносно ii поздовжньо'' осi в дiапазонi вiд 0 до 170° з кроком 10°. За базо-ве положення колоди (кут повороту колоди - 0°) прийнято те положення колоди, у якому вона знаходилась у пpоцесi ii' розпилювання у виробничих умовах.
Рис. 3. Створення моделЬ пиломатерЬалу: а) створення поперечного перетину пиломатерiалу; б) розмщення поперечних перетитв пиломатерiалу з вiдповiдним кроком; в) з'еднання поперечних перетитв пиломатерiалу; г) модель пиломатерiалу
Рис. 4. Створення моделi колоди:
а) об'еднання моделей пиломатерiалiв; б) модель колоди
Для складання схем розпилювання колод на пиломатерiали, як1 викорис-товували у процеа iмiтацiйного моделювання розпилювання, застосовано прог-рамне забезпечення для складання та розрахунку схем розпилювання, розробле-не у робоп [2]. У цьому програмному забезпеченнi використано метод повного перебору допустимих варiантiв, що дало змогу скласти усi можливi схеми розпилювання для кожно'1 колоди. Вибiр товщин пиломатерiалiв (60, 32 та 19 мм)
мотивований потребами тдприемства у перюд проведення експериментальних дослiджень. У процесi визначення об'емiв випиляних пиломатерiалiв враховува-ли таю обмеження: довжина пиломатерiалу не менше 1 м, а його мЫмальна ширина - не менше 50 мм. Визначення ширини та довжини пиломатерiалiв здiйснювали з урахуванням наведених обмежень та можливостi формування до-пустимих розмiрiв пиломатерiалiв шляхом ïx поперечного розкрою у разi не-дотримання мiнiмальноï ширини (рис. 5).
Рис. 5. Схема поперечного розкрою nuMOMamepimy у pa3i недотримання його м1шмально1 ширини: а) випиляний nrnoMamepian без дотримання вимог його мшмально'г ширини; б) схема поперечного розкрою пиломaтерiaлу i3 забезпеченням його мтмальноХ ширини; в) пиломaтерiaл допустимихрозмiрiв
Приклад графiчноï вiзуалiзащï iмiтацiйного моделювання розпилювання колоди на пиломатерiали в програмному забезпечент SolidWorks наведено на рис. 6.
а) б)
Рис. 6. Приклад гpaфiчноï eÎ3ymÎ3au,iï iмimaцiйного моделювання розпилювання колоди на nuломamepiaлu в програмному забезпеченш SolidWorks:
а) еск1з схемирозпилювання, накладений на модель колоди; б) модель колоди тсля ïïрозпилювання на пиломaтерiaли
Для автоматизацп процесу iмiтацiйного моделювання розпилювання колод на пиломатерiали в програмному забезпеченш SolidWorks з використанням мови програмування Visual Basic for Application (VBA) розроблено макрос Saw-Sim (програмний алгоритм дт).
Застосування макросу SawSim дае змогу визначити об'ем та об'емний ви-хщ пиломатерiалiв, отриманих тсля мггацтного моделювання розпилювання колод розвальним способом з використанням рiзниx схем розпилювання та ку-пв повороту колоди навколо ïï повздовжньо'1 осi.
Вивiд результапв роботи макросу SawSim здiйснювали у текстовий файл, який опрацьовували у nporpaMi Excel з офiсного пакету Microsoft Office. У макрос SawSim також передбачена можливють виз-начення об'ему кускових вiдходiв та тирси для роз-роблення балансу деревинно'1 сировини. Загальний вигляд дiалогового вжна макросу SawSim наведено на рис. 7.
За результатами мггацшного моделювання розпилювання колод на пиломатеpiали отримано об,емнi виходи пиломатеpiалiв iз використанням за-даних схем розпилювання для piзних кутiв повороту кожно'1 колоди вщносно ïï поздовжньо'1 осi.
Як приклад, значення отриманих pезультатiв iмiтацiйного моделювання розпилювання колоди № 1 (рис. 8) схемою розпилювання № 1 (1/60 - 2/32) для piзних кулв повороту ще'1 колоди вщносно ïï поздовжньо'1 осi наведено у таблищ.
Рис. 8. Загальний вигляд частини вШбраних соснових колод (колода № 1 перша лгворуч, основнг розмгрнг характеристики: d=17 см; D=19,5 см; L=3,16 м)
Табл. Значення отриманих результат1в iмiтацiйного моделювання розпилювання колоди № 1 схемою розпилювання № 1 для рiзних кутiв повороту колоди вiдносно
ïï поздовжньо'1 оы
№ колоди № схеми розпилювання Кут повороту колоди Об'емний вихщ nKTOMaTepiamB /=60 мм, % Об'емний вихщ nKTOMaTepiamB /=32 мм, % Загальний об'емний вихщ пиломатерь алiв, %
1 2 3 4 5 6
1 1 0 37,75 31,19 68,94
10 37,86 34,03 71,89
20 38,43 31,07 69,50
30 39,10 32,52 71,62
40 39,61 32,08 71,69
50 39,99 20,59 60,58
60 40,17 26,03 66,20
Рис. 7. Дiалогове вЫно макросу SawSim
1 2 3 4 5 6
70 40,33 27,60 67,93
80 40,58 32,24 72,82
90 40,38 31,53 71,91
100 40,62 34,43 75,05
110 40,81 35,39 76,20
120 40,97 31,85 72,82
130 41,13 34,95 76,08
140 40,87 30,93 71,80
150 40,02 31,01 71,03
160 39,00 21,31 60,31
170 38,15 31,48 69,63
Узагальнеш результати iMh^rnHoro моделювання розпилювання колод на пилoматерiали (на прикладi соснових колод № 1 та № 2), яю характеризують дiапазoн змши об'емного виходу пилoматерiалiв залежно вiд схеми розпилювання та кута повороту колоди вщносно ii поздовжньо'1 od, наведено на рис. 9.
Рис. 9. Узагальнеш результати Штацшного моделювання розпилювання колод на n^OMamepimu (на прикладг соснових колод № 1 та № 2)
Результати iMM^^TOra моделювання розпилювання колод розвальним способом на пилoматерiали засвщчили, що змша кута повороту колоди вщнос-но ii' поздовжньо'1 oсi вiд 0° (базове положення) до 170° ютотно впливае на об'емний вихiд пилoматерiалiв. Так, наприклад, для сосново'1 колоди № 1 об'емний вихэд пилoматерiалiв може змiнюватися вiд 51,18 % (схема розпилювання № 8) до 77,82 % (схема розпилювання № 2), а в межах одше'1 схеми розпилювання (схема розпилювання № 6) дiапазoн змши об'емного виходу пи-лoматерiалiв вщ кута повороту становить вщ 54,17 до 75,87 % ^зниця -21,70 %). Однозначно встановити вплив конкретного кута повороту колоди вщ-носно ii поздовжньо'1 oсi на об'емний вихэд пилoматерiалiв неможливо, oскiльки закoнoмiрнoстi його впливу не мають чггко виражених тенденцiй щодо змши об'емного виходу пилoматерiалiв, а залежать виключно вщ форми i рoзмiрнo-яюсно! характеристики колод, прийнято'1' схеми розпилювання та базування колод у процеа '1х розпилювання.
Висновки:
1. Результати iMr^rnHoro моделювання розпилювання колод розвальним способом на пиломатерiали засвщчили, що змша кута повороту колоди вщ-носно й' поздовжньо'! осi iстотно впливае на об'емний вихiд пиломaтерiaлiв. Рiзниця граничних значень дiaпaзону змiни об'емного виходу пиломатерь aлiв для дослiджувaних вaрiaнтiв в межах одше! схеми розпилювання колод становила 1,52-23,58 %.
2. Встановлено, що зaкономiрностi впливу кута повороту (базування) колоди вiдносно й' поздовжньо'! осi на об'емний вихщ пиломaтерiaлiв не мають чгг-ко виражених тенденцш, а залежать виключно вiд форми i розмiрно-якiсноí характеристики колод, прийнято! схеми розпилювання та базування колод у процес !х розпилювання. Це пiдтверджуе доцiльнiсть розрахунку вих ймовiрних вaрiaнтiв розпилювання колоди на пиломaтерiaли перед прийняттям рацюнального рiшення щодо й' фактичного розпилювання.
Лггература
1. Todoroki C.L. Lumber volume and value from elliptical western hemlock logs / C.L. Todoro-ki, R.A. Monserud, D.L. Parry // Forest Products Journal. - 2007. - Vol. 57. Issue 7/8. - Pp. 76-82.
2. Миськв Е.М. Пщвищення ресурсоощадност виробництва пиломатер1ал]в тангенщаль-ного та рад1ального розпилювання : дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.23.06 / Мисьюв Евстахш Михайлович. - Львгв, 2011. - 282 с.
3. Mayevskyy V.O. Mathematical simulation of surface shape for real log / V.O. Mayevskyy, A. Ya. Vus // Жсове господарство, люова, паперова i деревообробна промислов1сть : м1жв1домч. наук.-техн. зб. - Львш : Вид-во УкрДЛТУ. - 2010. - Вип. 36. - С. 48-56.
4. Маевський В.О. Розроблення модел1 реально! колоди для шиаци i"i розпилювання на пи-лопродукцш / В.О. Маевський // Науковий вюник НЛТУ Укра1ни : зб. наук.-техн. праць. - Львш : РВВ НЛТУ Укра1ни. - 2011. - Вип. 21.3. - С. 322-328.
5. Маевський В.О. Моделювання розпилювання колоди розвальним способом на пилома-тер1али з урахуванням ii реально! форми / В.О. Маевський, А.Я. Вус // Вюник Нащонального уш-верситету "Львгвська шштехнжа". - Сер.: Комп'ютерн1 науки та шформацшш технологи. -Львгв : Вид-во НУ "Льв1вська полгтехнжа". - 2011. - № 711. - С. 91-100.
6. Lin W. A three-dimensional optimal sawing system for small sawmills in central Appalachia / W. Lin, J. Wang, E. Thomas // Proceedings of the 17th Central Hardwood Forest Conference GTR-NRS-P-78. - 2011. - Pp. 67-76.
7. Fritz van Zyl. Determining the optimal log position during primary breakdown using internal wood scanning techniques and meta-heuristic algorithms / Fritz van Zyl. // Thesis submitted in Engineering at the University of Stellenbosch. - 2011. - 116 p.
8. Вади деревини та дефекти обробки. Термши i визначення: ДСТУ 2152-93. - [Чинний вщ 1993-07-01]. - К. : Держ. ком. стандарт. метрол. та сертиф. Украши, 1993. - 49 с. - (Нащональний стандарт Украши).
Маевский В.О., Маслий В.В., Мыськив Е.М., Мацышын Я.В. Влияние угла поворота бревна относительно его продольной оси на объемный выход пиломатериалов
По результатам распиловки бревен на пиломатериалы в производственных условиях созданы модели этих бревен. Осуществлено имитационное моделирование распиловки каждого бревна развальным способом на пиломатериалы с учетом поворота бревна относительно его продольной оси. Установлено, что угол поворота бревна относительно его продольной оси существенно влияет на объемный выход пиломатериалов. Разница предельных значений диапазона изменения объемного выхода пиломатериалов в пределах одной схемы распиловки составляла 1,52-23,58 % для исследуемых вариантов.
Ключевые слова: угол поворота бревна, схема распиловки, объемный выход, модель пиломатериала, модель бревна, имитационное моделирование.
Mayevskyy V.O., Masliy V.V., Myskiv Ye.M., Matsyshyn Ya.V. The Influence of the Angle of Log Rotation Concerning its Longitudinal Axis on the Lumber Volume Yield
The log models are created based on the results of log sawing into lumber in working conditions. The simulation of sawing for each log into lumber by through-and- through method with consideration of log rotation concerning its longitudinal axis was performed. It is determined that the angle of log rotation concerning its longitudinal axis can considerably influence lumber volume yield. The difference of limit values in the range of change for lumber volume yield of investigated variants was 1.52-23.58 %.
Keywords: angle of log rotation, sawing pattern, volume yield, lumber model, log model, simulation.
УДК 621.791 Ст. наук. ствроб. Г.В. Похмурська, д-р техн. наук;
астр. А.А. Войтович - НУ "Львюська полтехшка"
УДАРНО-АБРАЗИВНЕ ЗНОШУВАННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ШАР1В, НАПЛАВЛЕНИХ ПОРОШКОВИМИ ДРОТАМИ СИСТЕМИ FE^R-B-С
Наплавлення сплаыв на 0CH0Bi залiза широко використовують для захисту машинного обладнання, що працюе в умовах ударно-абразивного, абразивного зношування. Наплавлеш шари отримано з порошкового дроту 80Х20Р3Т двох виробнигав Велтек (ПД 1) та Торез (ПД 2). За результатами аналiзу мшроструктури визначено, що у наплавлених шарах мшроструктура характеризуемся як дендритна, е рiзниця за розмiрами та однорщшстю твердих фаз. Зносостшюсть наплавлених шарiв з ПД 1 в 1,6-2 рази вища за ударно-абразивного навантаження. Встановлено, що за абразивного зношування наплавлеш шари з ПД 1 володшть в 1,5 раза вищою тривюстю, шж шари, наплавлеш з ПД 2.
Ключовi слова: зносостшюсть, ударно-абразивне навантаження, мшроструктура, порошковi дроти.
Вступ. Створення технологш захисту деталей машин вщ зношування i для вщновлення зношених елеменпв - актуальне завдання сучасного матерь алознавства, що спрямоване на продовження ресурсу елеменпв кoнструкцiй. Одним iз шлях1в його виртення е обгрунтування вибору матерiалiв, якi використовують у технолопчному прoцесi змiцнення чи вiднoвлення, щоб зменши-ти технoлoгiчнi затрати. Вiднoвлення вихiдних рoзмiрiв деталей та змiцнення 1х пoверхнi вiдбуваеться внаслiдoк нанесення на поверхню металу шару, що ввд-рiзняеться вiд основи за мехашчними характеристиками. G багато матерiалiв для наплавлення, зокрема i пoрoшкoвi дроти (ПД). Наплавленi шари з ПД на ос-нoвi Ni, Со, W дoслiдженo за рiзних умов абразивного зношування i показано 1'х ефективнiсть. Це висoкoвартiснi матерiали, що мотивують створення дешевших систем, яю не поступаються за знососпйкктю [1, 2]. Для наплавлення вважа-ють перспективними сплави на oснoвi залiза (системи C-Cr-B-Fe) [3, 4]. 1х вар-тiсть iстoтнo нижча, проте знoсoстiйкiсть залишаеться високою за рiзних умов зношування [5-8]. Матерiали цiеi системи наплавляють багатьма способами, зокрема шд шаром флюсу, в захисних газах, порошковим та лазерним наплав-ленням [9-12]. У мiкрoструктурi наплавлених шарiв матерiалами системи C-Cr-B-Fe видшяють первиннi Fe/Cr карбщи твердiстю 1500 НУ01 та карбобориди за-лiза Fe23(C, B)6, твердктю 1690 HV01 на фoнi евтектично! матрицi з твердiстю 1000 HV01 [13-15]. Однак на знoсoстiйкiсть наплавлених шар1в iстoтнo вплива-
