Підвищення ресурсоощадності виробництва пиломатеріалів тангенціального та радіального розпилювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний вищий навчальний заклад

Національний лісотехнічний університет України

МИСЬКІВ Євстахій Михайлович

УДК 674.09: 674.023

Підвищення ресурсоощадності виробництва пиломатеріалів тангенціального та радіального розпилювання

Спеціальність 05.23.06 - технологія деревообробки, виготовлення меблів та виробів з деревини

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2011



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології деревообробки і захисту деревини Національного лісотехнічного університету України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Максимів Володимир Михайлович, Національний лісотехнічний університет України, професор кафедри технології деревообробки і захисту деревини.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бехта Павло Антонович, Національний лісотехнічний університет України, Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, завідувач кафедри технології деревинних композиційних матеріалів, целюлози та паперу;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Сірко Зіновій Степанович Національний університет біоресурсів і природо-користування України, Кабінету Міністрів України, доцент кафедри технології деревообробки

Захист дисертації відбудеться «____» ___________ 2011р. о ____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.072.04 у Національному лісотехнічному університеті України Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного лісотехнічного університету України за адресою: 79057, м. Львів, вул. Ген. Чупринки, 101.

Автореферат розісланий «_____» ______________ 2011р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук, доцент С.В. Гайда



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Деревина як конструкційний матеріал займає важливе місце у деревооброблювальній та меблевій галузях. Конкурентоздатність продукції цих галузей залежить від собівартості, якісних, естетичних та інших характеристик і починає формуватися уже на стадії виробництва пиломатеріалів. Серед основних чинників, які характеризують пиломатеріали, є їх вид розпилювання, зокрема радіальний і тангенціальний.

Для виготовлення конструкційних елементів виробів з деревини найприйнятнішим, з точки зору дотримання формостійкості, є використання пиломатеріалів радіального розпилювання, а з точки зору їх декоративності - пиломатеріалів тангенціального розпилювання. Використання пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання особливо характерне для виробництва дерев'яних напівфабрикатів (клеєних брусів, щитів), музичних інструментів, бочкової клепки, спортінвентарю, а також для виготовлення деталей в судно- та авіабудуванні, мостобудуванні, домобудуванні тощо. Слід зауважити, що визначальною характеристикою виду розпилювання пиломатеріалів, є кут нахилу річних кілець на їх торцях - кут радіальності (тангенціальності).

У собівартості пиломатеріалів понад 60% припадає на сировину. Тому найважливішим показником ефективності виробництва пиломатеріалів є їх об'ємний вихід, зокрема - пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання. Об'ємний вихід пиломатеріалів, в основному, залежить від характеристики пиломатеріалів, точності опису форми колоди і визначення її об'єму та технології розпилювання.

Незважаючи на проведені ґрунтовні дослідження питання раціонального розпилювання пиловочної сировини на пиломатеріали, у тому числі радіальні і тангенціальні, існує ряд напрямів досліджень, які вивчені недостатньо. Важливими з них є дослідження впливу форми колоди, зокрема її поперечного перетину, на об'ємний вихід пиломатеріалів різного виду розпилювання та їх чіткого розмежування. Оскільки зростання об'ємного виходу пиломатеріалів забезпечуватиме підвищення ресурсоощадності їх виробництва, а чітке розмежування за видом розпилювання і кутом радіальності (тангенціальності) - ефективний варіант їх використання, то безперечно наведений напрям дослідження є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота пов'язана з науковим напрямом технологічного факультету НЛТУ України: «Розроблення теоретичних основ створення енергоощадних і екологобезпечних технологій деревообробки, моделювання технологічних процесів, матеріалів і конкурентоздатних конструкцій виробів з деревини сучасного дизайну», відповідає основному напрямку наукової діяльності кафедри технології деревообробки і захисту деревини НЛТУ України, а також є частиною науково-дослідних робіт, виконаних на замовлення Міністерства Промислової політики України, зокрема:

1. «Вивчити та провести обґрунтування ефективних способів розпилювання круглих лісоматеріалів та структури технологічних потоків на базі стрічкопильного обладнання» (ГД № 08.18-08-04, держ. реєстр. № 0104U005509);

2. «Дослідження та розробка ресурсозберігаючих технологій використання деревини» (ГД № 08.19-17-07, держ. реєстр. № 0107U008205).

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення об'ємного виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання, його прогнозування залежно від заданих характеристик пиловочної сировини та пиломатеріалів.

Відповідно до поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

провести аналіз літературних джерел, технологій розпилювання колод на пиломатеріали та способів оцінки пиломатеріалів тангенціального і радіального розпилювання;

запропонувати та обґрунтувати нові способи оцінки радіальності пиломатеріалів;

розробити математичні залежності визначення кута між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу з урахуванням форми поперечного перетину колод;

розробити математичні моделі розпилювання колод з урахуванням форми їх поперечного перетину, розвально-сегментним та секторним способами;

провести експериментальні дослідження розпилювання колод з урахуванням форми їх поперечного перетину та встановити об'ємний вихід пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання, випиляних розвально-сегментним та секторним способами;

порівняти результати експериментальних і теоретичних досліджень для перевірки достовірності розроблених математичних моделей та математичних залежностей;

реалізувати у програмному забезпеченні розроблені математичні моделі та математичні залежності для оптимізації виробництва пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання;

розробити рекомендації щодо зменшення сировинних ресурсів у виробництві пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання.

Об'єкт дослідження - виробництво пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання.

Предмет дослідження - виробництво пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання з урахуванням форми поперечного перетину колод розвально-сегментним та секторним способами.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі для досягнення поставленої мети використані такі методи дослідження: математичного моделювання - для розроблення математичних моделей виробництва пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання та прогнозування їх виходу; експерименту - для отримання реальних значень об'ємного виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання; спостереження - для реєстрації розташування річних кілець на «торцевих зрізах» колод; вимірювання - для паспортизації колод та пиломатеріалів під час проведення експерименту; класифікації - для розподілу колод та отриманих з них пиломатеріалів за розмірно-якісними показниками; аналізу - для порівняння результатів експериментальних досліджень з результатами теоретичних розрахунків; математичної статистики - для перевірки достовірності розроблених математичних моделей; математичного програмування - для рішення задачі оптимізації плану розпилювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Запропоновано та обґрунтовано нові способи для визначення радіальності пиломатеріалів. Розроблено математичні залежності для визначення кута між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу з урахуванням еліптичної форми поперечного перетину колод. Розроблено математичні моделі розпилювання колод з урахуванням еліптичної форми їх поперечного перетину розвально-сегментним способом на пиломатеріали радіального розпилювання та секторним способом на пиломатеріали радіального і тангенціального розпилювання.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені математичні залежності для визначення кутів між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу дають змогу ще до початку процесу розпилювання спрогнозувати вид випилюваних пиломатеріалів. Використання спеціалізованого програмного забезпечення, створеного на основі розроблених математичних моделей та математичних залежностей, дозволяє обчислювати усі можливі схеми розпилювання та вибирати серед них раціональні. Ефективність роботи спеціалізованого програмного забезпечення підтверджена результатами виробничих досліджень (Акти від 8.12.2010 р. та від 16.12.2010 р.).

Основні результати дисертаційної роботи використано для удосконалення технології виробництва пиломатеріалів тангенціального та радіального розпилювання на таких підприємствах: ФОП Шпак І.В. м. Шумськ (Акт від 01.02.2011 р.), ТОВ «ЕНО МЕБЛІ ЛТД» м. Мукачеве (Акт від 14.02.2011 р.), ТОВ «Добробут» м. Сколе (Акт від 14.03.2011 р.).

Результати роботи також впроваджено у навчальному процесі НЛТУ України (дисципліна «Технологія лісопиляльно-деревообробних виробництв» для ОКР «Бакалавр» напряму підготовки - «Деревооброблювальні технології» та у навчальних дисциплінах магістерської підготовки: «Теорія та практика лісопиляння» та «Технологія дерев'яного домобудування», Акт від 27.01.2011 р).

Особистий внесок здобувача. Встановлення актуальності теми, формування мети і завдань досліджень здійснено здобувачем спільно з науковим керівником, а основні результати дисертаційної роботи одержані самостійно. У працях написаних у співавторстві здобувачеві належить: [1] - аналіз технологічного процесу виготовлення клеєного бруса; [2] - розроблення нових способів визначення радіальності пиломатеріалів; [3] - розроблення спеціалізованого програмного забезпечення; [4] - аналіз актуальності досліджень; [5] - розроблення математичної моделі розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину розвально-сегментним способом; [6] - розроблення математичної моделі розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину секторним способом на радіальні пиломатеріали.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на: щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників, докторантів та аспірантів НЛТУ України (м. Львів, 2006-2010 рр.); наукових семінарах кафедри технології деревообробки і захисту деревини НЛТУ України (м. Львів, 2006-2010 рр.); розширеному засіданні кафедри технології деревообробки і захисту деревини НЛТУ України (м. Львів, 2010 р.).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 7 наукових статей у фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел (118 найменувань) і додатків. Основний зміст роботи викладений на 114 сторінках, включає 36 таблиць та 90 рисунків. Загальний обсяг роботи - 282 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

розпилювання колода сировинний ресурс

У вступі подано загальну характеристику дисертації, обґрунтовано актуальність теми, визначено мету і завдання досліджень. Показано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Визначено особистий внесок автора. Наведені дані про апробацію роботи та публікації.

У першому розділі за результатами аналізу літературних джерел, наведено оцінку стану питання та встановлено актуальні напрямки досліджень.

Зважаючи на зростання попиту на пиломатеріали радіального і тангенціального розпилювання, які володіють яскраво вираженими фізико-механічними властивостями залежно від напряму волокон, для виготовлення виробів з деревини, питання підвищення ресурсоощадності їх виробництва потребує ефективного вирішення.

У практиці лісопиляння для означення пиломатеріалів за видом розпилювання також вживають такі терміни: радіальні пиломатеріали (пиломатеріали радіального розпилювання), тангенціальні пиломатеріали (пиломатеріали тангенціального розпилювання).

Дослідженнями виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання займалося багато науковців, зокрема Аксьонов П.П., Власов Г.Д, Михайлов В.Н., Куликов В.А., Минеев А.В., Мєжов І.С., Осіпова Л.К., Янушкевич А.А., Sandberg D., Holmberg H. та інші. Основний акцент у їхніх роботах зроблено на визначенні об'ємного виходу пиломатеріалів залежно від розмірної характеристики та способу розпилювання пиломатеріалів. Однак, у відомих наукових працях не встановлено закономірностей виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання залежно від встановленого кута радіальності (тангенціальності). Окрім того, прийняття форми поперечного перетину колоди у вигляді круга під час її розпилювання, яке характерне для переважної більшості наукових праць, не завжди дозволяє отримати адекватні результати, особливо щодо виходу радіальних і тангенціальних пиломатеріалів із заданим кутом радіальності.

У наукових працях зустрічаються різні способи визначення виду розпилювання пиломатеріалу, що спричиняє неузгодженості між виробниками і споживачами пиломатеріалів, тому розроблення єдиних підходів і обґрунтованої методики - актуальне завдання, вирішення якого матиме практичне значення.

Виконаний аналіз спеціалізованого програмного забезпечення для розпилювання колод засвідчив, що незважаючи на вагомі розробки, програмне забезпечення з урахуванням закономірностей виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання залежно від встановленого кута радіальності (тангенціальності) та форми поперечного перетину колоди у вигляді еліпса - практично не розроблено.

У другому розділі на основі результатів теоретичних досліджень встановлено, що кут між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу, змінюється по всій ширині пиломатеріалу. Розроблено математичні залежності для визначення кута між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу у будь-якій точці, ще до початку розпилювання і для визначення зон радіальності (тангенціальності) на торці колоди:

та , (1)

де б - кут між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу; R і r - відповідно великий та малий радіуси еліптичного перетину колоди; г - кут променя для обмеження зон радіальності (тангенціальності).

У наведених математичних залежностях (1) враховано еліптичну форму поперечного перетину колод, за умови R = r, вони також придатні для колод з формою поперечного перетину у вигляді круга.

Запропоновано та обґрунтовано два нові способи оцінки радіальності пиломатеріалів:

Задаватися відсотком радіальності пиломатеріалів с, що характеризує відсоток ширини торця пиломатеріалу із сталим кутом радіальності б (рис. 1). Даний спосіб показує який відсоток пиломатеріалу є радіальним із кутом радіальності б.

Рис. 1 - Схема оцінки радіальності на торці пиломатеріалу шириною b, з відсотком радіальності с=80 % (б=60°)

Визначати кут радіальності б на середині товщини внутрішньої крайки відземкового торця пиломатеріалу (рис. 2). При цьому кут радіальності б буде змінною величиною, яка буде залежати від вимог виробництва до пилопродукції. Даний спосіб підтверджує, що за всією шириною пиломатеріалу кут між дотичною до річних кілець та пластю пиломатеріалу є не меншим виміряного.



Рис. 2 - Схема вимірювання кута радіальності на торці пиломатеріалу

Оскільки у природі поперечний перетин більшості колод має форму відмінну від круга, а в основному наближену до еліпса, то розроблено математичні моделі розпилювання колод, що враховують форму їх поперечного перетину. У математичних моделях колода прийнята у формі зрізаного еліптичного параболоїда.

Математичні моделі розроблені для виробництва пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання розвально-сегментним та секторним способами.

Розпилювання колод розвально-сегментним способом (рис. 3) розглянуто в два етапи. На першому етапі - розпилювання колод врозвал на необрізні пиломатеріали та два сегменти, а на другому - розпилювання сегментів на однобічно-обрізні пиломатеріали.

Рис. 3 - Схема розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину розвально-сегментним способом

Ширина пласті необрізного пиломатеріалу визначається за формулами:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (2)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

, (3)

де L - довжина колоди; a - відстань від осі колоди до пласті пиломатеріалів на першому проході, x' - відстань від вершинного торця колоди до місця визначення ширини пиломатеріалу.

Ширина однобічно-обрізного пиломатеріалу для розвально-сегментного способу розпилювання рівна:

а) для умови орієнтації пропилів при 2-му проході паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (4)

б) для умови орієнтації пропилів при 2-му проході паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

, (5)

де pr - ширина пропилу; e - відстань від осі колоди до пласті пиломатеріалів на другому проході.

Довжина вкороченого однобічно-обрізного пиломатеріалу визначається за формулами:

а) для умови орієнтації пропилів при 2-му проході паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (6)

б) для умови орієнтації пропилів при 2-му проході паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

, (7)

де bmin - найменша (допустима) ширина пиломатеріалу.

Розпилювання колод секторним способом розглянуто як два окремих варіанта (рис. 4): перший - виробництво пиломатеріалів радіального розпилювання, другий - виробництво пиломатеріалів тангенціального розпилювання.

Рис. 4 - Схема розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину секторним способом на пиломатеріали: а) радіальні; б) тангенціальні

На рис. 5 наведена схема для розрахунку основних показників, зокрема - ширини та довжини однобічно-клинообрізних радіальних пиломатеріалів і граничного охоплення сектора поставом.

Рис. 5 - Схема для розрахунку основних показників розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину секторним способом на радіальні пиломатеріали: a - відстань від осі колоди до пласті однобічно-клинообрізного пиломатеріалу; m - відстань від осі колоди до точки перехрещення лінії поділу секторів (середина пропилу між секторами) та лінії в напрямку пласті пиломатеріалу; n - довжина пропилу в напрямку пласті; - кут між зовнішньою пластю пиломатеріалу і обрізаною стороною сектора

Ширина однобічно-клинообрізних радіальних пиломатеріалів (bo.o) визначається за формулами:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (8)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди



. (9)

Довжина вкорочених однобічно-клинообрізних радіальних пиломатеріалів (lвк.о.о) визначається так:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (10)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

. (11)

За умови випилювання із сектора тангенціальних пиломатеріалів, збіжність колоди впливає на наявність у секторі різних зон (рис. 6.). Залежно від цих зон із сектора випилюють тангенціальні пиломатеріали, які за своєю формою суттєво відрізняються:

із зони O випилюють клинообрізні тангенціальні пиломатеріали шириною bo;

із зони ПО випилюють частково-клинообрізні тангенціальні пиломатеріали шириною bпо;

із зони ВО випилюють вкорочені частково-клинообрізні тангенціальні пиломатеріали шириною bво;

із зони Н випилюють необрізні тангенціальні пиломатеріали шириною bн;

із зони ВН випилюють вкорочені необрізні тангенціальні пиломатеріали шириною bвн.

Рис. 6. - Схема зон сектора за випилювання тангенціальних пиломатеріалів

На рис. 7 наведена схема для розрахунку основних показників, зокрема - ширини та довжини тангенціальних пиломатеріалів і граничного охоплення сектора поставом.

Рис. 7 - Схема для розрахунку основних показників розпилювання колод з еліптичною формою поперечного перетину секторним способом на тангенціальні пиломатеріали

Ширина клинообрізних тангенціальних пиломатеріалів bo визначається за формулою:



; (12)

Ширина частково-клинообрізних тангенціальних пиломатеріалів (рис. 8) bпо визначається за формулами в два етапи - окремо знаходиться ширина клинообрізної частини пиломатеріалу bпоо та окремо ширина bпон необрізної частини пиломатеріалу.

Рис. 8. Загальний вигляд частково-клинообрізних тангенціальних пиломатеріалів.

Ширина клинообрізної частини частково-клинообрізного тангенціального пиломатеріалу визначається:

. (13)

Довжина клинообрізної частини частково-клинообрізного тангенціального пиломатеріалу визначається:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (14)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

. (15)

Довжина необрізної частини частково-клинообрізного пиломатеріалу визначається:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (16)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

. (17)

Оскільки ширину необрізних пиломатеріалів прийнято визначати на середині їх довжини, то ширина bпон необрізної частини частково-клинообрізного пиломатеріалу визначається:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (18)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

. (19)

Ширина необрізних тангенціальних пиломатеріалів bн визначається так, як і для розвального способу:

а) для умови орієнтації пропилів паралельно більшій осі еліпса під час розпилювання колоди

; (20)

б) для умови орієнтації пропилів паралельно меншій осі еліпса під час розпилювання колоди

. (21)

Ширина та довжина необрізних вкорочених пиломатеріалів bв.н. також визначається так, як і для розвального способу.

У третьому розділі викладено методику експериментальних досліджень.

Розроблена методика експериментальних досліджень включає дві частини. У першій частині (попередні експериментальні дослідження) наведено послідовність операцій з перевірки ефективності способів оцінки радіальності пиломатеріалів та математичних залежностей прогнозування виду розпилювання пиломатеріалів для колод з поперечним перетином у вигляді круга. У другій частині (основні експериментальні дослідження) - послідовність операцій з перевірки достовірності математичних залежностей прогнозування виду розпилювання пиломатеріалів для колод з еліптичним поперечним перетином та достовірності розроблених математичних моделей прогнозування об'ємного виходу пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання (із заданим кутом нахилу річних кілець) із колод з поперечним перетином у вигляді круга і еліпса.

На рис. 9 наведено узагальнену схему методики проведення експериментальних досліджень.

Рис. 9 - Узагальнена схема методики проведення експериментальних досліджень

У четвертому розділі представлені результати експериментальних і теоретичних досліджень та їх аналіз.

Аналіз результатів експериментальних досліджень, з перевірки ефективності математичних залежностей прогнозування виду розпилювання пиломатеріалів для колод з поперечним перетином у вигляді круга і еліпса (рис. 11), підтвердив їх придатність до використання у виробничих умовах. Незначні відхилення результатів спричинені, в основному, зміщенням центру річних кілець відносно геометричного центру торця колоди.

Рис. 10 - Результати експериментальних та теоретичних досліджень щодо вимірювання кута нахилу річних кілець

Для перевірки достовірності розроблених математичних моделей розпилювання колод з урахуванням форми їх поперечного перетину проведено експериментальні і теоретичні дослідження та їх порівняльний аналіз. Теоретичні дослідження виконано з використанням розроблених математичних моделей, наведених у другому розділі, для розвально-сегментного та секторного способів розпилювання колод. Експериментальні дослідження проведено у Страдчівському НВЛК НЛТУ України (Акти від 13.07.2007 р. та від 25.07.2008 р.). Фрагмент результатів теоретичних досліджень для розвально-сегментного способу відображено на рис. 11.



Рис. 11 - Залежність загального об'ємного виходу пиломатеріалів та виходу радіальних пиломатеріалів із заданим кутом радіальності від діаметра колоди для розвально-сегментного способу розпилювання

Характер зміни залежностей результатів експериментальних досліджень аналогічний, як і в теоретичних дослідженнях.

Результати експериментальних і теоретичних досліджень засвідчили, що вибір оптимальної схеми розпилювання для колоди певного діаметру, є важливим фактором, який суттєво впливає на об'ємний вихід пиломатеріалів. Вплив раціонально підібраних схем розпилювання є більш значним, ніж зміна діаметра колод. Крім того, вибрана схема розпилювання по-різному впливає на загальний об'ємний вихід пиломатеріалів та на об'ємний вихід радіальних (тангенціальних) пиломатеріалів із заданим кутом радіальності (тангенціальності). Як видно із залежностей (рис. 11), загальний об'ємний вихід для вибраної схеми збільшується, а вихід радіальних, (наприклад, для кута радіальності ? 60°) навпаки, зменшується. Однак, за інших умов при збільшенні загального об'ємного виходу може відбуватись збільшення об'ємного виходу радіальних (тангенціальних) пиломатеріалів і навпаки.

Для оцінки достовірності математичних моделей проведено порівняння результатів експериментальних і теоретичних досліджень. Відхилення між результатами (рис. 12) є незначними (в основному 2…5 %), тому розроблені математичні моделі можна використовувати для прогнозування виходу пиломатеріалів у виробничих умовах.



Рис. 12 - Відхилення між результатами теоретичних та експериментальних досліджень для розвально-сегментного способу розпилювання колод

Перевірка результатів експериментальних і теоретичних досліджень за критерієм Ст'юдента показала для усіх способів розпилювання tрозр < tтабл.. Це дозволяє прийняти гіпотезу про однорідність середніх значень об'ємного виходу пиломатеріалів та підтверджує достовірність (адекватність) розроблених математичних моделей розпилювання колод.

У п'ятому розділі представлено розроблений алгоритм і програмне забезпечення та досліджено вплив еліптичності колод на об'ємний вихід пиломатеріалів.

Використовуючи розроблені у другому розділі математичні моделі та залежності, створено програмне забезпечення для розрахунку всіх можливих схем розпилювання колод на радіальні і тангенціальні пиломатеріали. Вхідними даними для програмного забезпечення є розмірні характеристики колод та пиломатеріалів.

Для кожної схеми розпилювання розраховується товщина, ширина та довжина пиломатеріалів, а також їх кількість і розміщення відносно центра колоди, орієнтація пропилів за великим чи малим діаметрами еліптичного поперечного перетину колоди. На заключному етапі розрахунку схем розпилювання визначаються об'єм пиломатеріалів у метрах кубічних та об'ємний вихід у відсотках. Розрахунок проводиться для усіх отриманих пиломатеріалів загалом, а також для пиломатеріалів тангенціального і радіального розпилювання відносно заданих кутів тангенціальності та радіальності, з їх чітким розмежуванням. Розмежування пиломатеріалів радіального розпилювання проводиться за запропонованим способом вимірювання кута між дотичною до річних кілець та пластю на внутрішній крайці пиломатеріалу, наведеному у другому розділі.

У програмному забезпеченні передбачено можливість оптимізації плану розпилювання колод, що дозволяє вибрати найбільш придатну(-ні) схему(-и) розпилювання серед всіх розрахованих. За необхідності план розпилювання можна коректувати. В основі принципу роботи оптимізаційного блоку лежить задача лінійного програмування, для вирішення якої використано симплекс-метод. Програмне забезпечення написане у програмному середовищі Delphi 7 та працює в операційній системі Microsoft Windows.

Для оцінки ефективності роботи розробленого програмного забезпечення проведено пасивні експериментальні дослідження зі встановлення об'ємного виходу радіальних та тангенціальних пиломатеріалів, випиляних розвально-сегментним та секторним способами у виробничих умовах (акти від 08.12.2010 р. та від 16.12.2010 р.). Розмірна характеристика колод з пасивних експериментальних досліджень використана для розрахунку, за допомогою програмного забезпечення, всіх можливих схем розпилювання з урахуванням орієнтації пропилів відносно поперечного перетину колод. Аналіз порівняння результатів пасивних експериментальних досліджень з результатами моделювання розпилювання колод за допомогою програмного забезпечення показує, що на виробництві часто використовують неефективні схеми розпилювання. Досягнути раціонального використання деревини при розпилюванні колод можливо тільки за умови перебору всіх можливих схем розпилювання і вибору оптимальних. Зокрема, у одному із варіантів досліджень, завдяки використанню запропонованих схем розпилювання, об'ємний вихід радіальних пиломатеріалів із кутом радіальності ? 60° зріс на 11,5 %.

Розроблене програмне забезпечення також використано для дослідження впливу еліптичності колод на об'ємний вихід пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання та встановлення ефективності розвально-сегментного та секторного способів залежно від розмірної характеристики колод та еліптичності їх поперечного перетину.

Результати моделювання розпилювання колод засвідчили, що еліптичність колоди має вплив на об'ємний вихід пиломатеріалів. Цей вплив немає явно вираженої закономірності. Тому при складанні і розрахунку схем розпилювання доцільно враховувати як величину еліптичності колод, так і орієнтацію пропилів.

Проведено порівняння ефективності розпилювання колод розвально-сегментним і секторним способами для колод з діаметрами від 26 см до 42 см. Встановлено, що в даних межах діаметрів колод для однієї схеми розпилювання загальний об'ємний вихід пиломатеріалів вищий при розвально-сегментному способі, але зі збільшенням діаметра колоди - різниця нівелюється. За умови випилювання радіальних пиломатеріалів із кутом радіальності ? 60є ефективніший секторний спосіб.



ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і вирішення важливої науково-технічної задачі підвищення ресурсоощадності виробництва пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання та прогнозування їх об'ємного виходу залежно від кута радіальності (тангенціальності) із урахуванням еліптичної форми поперечного перетину колод.

На основі аналізу літературних джерел та технологій розпилювання пиловочної сировини на пиломатеріали виявлено, що існуючі на вітчизняних деревообробних підприємствах технології не враховують специфічної особливості форми колод, зокрема еліптичності, що призводить до нераціонального використання пиловочної сировини.

Встановлено, що існуючі способи оцінки радіальності пиломатеріалів є малоефективними і можуть давати значні похибки (до 50 %). Тому запропоновано нові способи визначення радіальності пиломатеріалів (з відсотком радіальності та з вимірюванням кута радіальності на середині товщини внутрішньої крайки торця пиломатеріалу), які забезпечують чітке розмежування, класифікацію та сортування пиломатеріалів залежно від виду розпилювання.

Розроблено математичні залежності для визначення кута нахилу річних кілець пиломатеріалу з урахуванням еліптичної форми поперечного перетину колоди, які дають змогу ще до початку процесу розпилювання колоди, спрогнозувати вид пиломатеріалів і можуть бути використані для складання та розрахунку схем розпилювання колод.

Розроблено математичні моделі розпилювання колод з урахуванням еліптичної форми їх поперечного перетину розвально-сегментним та секторним способами, що дозволяють прогнозувати об'ємний вихід пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання.

Перевірка результатів експериментальних та теоретичних досліджень на однорідність середніх значень за критерієм Ст'юдента засвідчила, що розроблені математичні моделі є достовірними і придатними для прогнозування виду пиломатеріалів та їх об'ємного виходу у виробничих умовах. Відхилення між результатами теоретичних та експериментальних досліджень складають, в основному, 2…5 %.

З'ясовано вплив збіжності сектора на кількість наявних у ньому зон, із яких випилюють пиломатеріали різного виду оброблення: клинообрізні, частково-клинообрізні, вкорочені частково-клинообрізні, необрізні та вкорочені необрізні. Розроблено математичні залежності для встановлення розмірів цих зон.

Встановлено, що вибрана схема розпилювання з урахуванням напряму орієнтації пропилів відносно більшої чи меншої осі еліптичного поперечного перетину колоди, по-різному впливає на загальний об'ємний вихід пиломатеріалів та на об'ємний вихід радіальних (тангенціальних) пиломатеріалів. Зі збільшенням загального об'ємного виходу пиломатеріалів, характер зміни об'ємного виходу радіальних (тангенціальних) пиломатеріалів не є корельованим.

Використання розробленого програмного забезпечення дозволяє розраховувати та вибирати раціональні схеми розпилювання, проводити чітке розмежування пиломатеріалів за видом розпилювання і кутом радіальності (тангенціальності). Апробація програмного забезпечення у виробничих умовах засвідчила можливість збільшення об'ємного виходу пиломатеріалів заданого виду розпилювання (більше 11 %) порівняно з варіантом, який використовувався на виробництві.

З'ясовано, що зміна еліптичності поперечного перетину колоди (D/d = 1…1,1) на об'ємний вихід пиломатеріалів радіального розпилювання, обмежених кутом радіальності при розвально-сегментному та секторному способах розпилювання, впливає без явно виражених закономірностей. В одних випадках вплив еліптичності є незначним (менше 1 %), а в інших суттєвим - понад 7 %. Натомість зміна еліптичності поперечного перетину колоди практично не впливає на загальний об'ємний вихід пиломатеріалів.

Збільшення еліптичності поперечного перетину колоди (D/d = 1…1,1) при випилюванні пиломатеріалів тангенціального розпилювання секторним способом призводить до зменшення (до 10 %) як загального об'ємного виходу, так і об'ємного виходу пиломатеріалів тангенціального розпилювання.

З'ясовано, що при розпилюванні колод одного діаметра з різною еліптичністю, розрахунок схем розпилювання слід проводити з урахуванням орієнтації пропилів окремо для колод кожної групи еліптичності.

Доведено, що загальний об'ємний вихід пиломатеріалів більший при розпилюванні колод розвально-сегментним способом ніж секторним, але зі збільшенням діаметра колод різниця нівелюється. Об'ємний вихід радіальних пиломатеріалів, обмежених кутом радіальності ? 60є, навпаки, більший при розпилюванні колод секторним способом.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Миськів Є.М. Основні напрямки досліджень технологічного процесу виготовлення клеєного бруса / Є.М. Миськів, В.О. Маєвський, В.М. Максимів // Наук. вісник НЛТУ України : зб. наук.-техн. пр. - Львів : НЛТУУ. - 2007. - Вип. 17.1. - С. 118-122.

2. Миськів Є.М. Особливості методики визначення виду розпилювання пиломатеріалів / Є.М. Миськів, В.О. Маєвський, В.М. Максимів // Наук. вісник НЛТУ України : зб. наук.-техн. пр. - Львів : НЛТУУ. - 2007. - Вип. 17.3. - С. 137-140.

3. Маєвський В.О. Програмне забезпечення для розрахунку схем розпилювання круглих лісоматеріалів на пилопродукцію спеціального призначення / В.О. Маєвський, Є.М. Миськів, В.М. Максимів // Вісник НУ «Львівська політехніка» : Комп'ютерні науки та інформаційні технології. - Львів : НУЛП. - 2008. - Вип. 616. - С. 15-20.

4. Маєвський В.О. Математична модель розпилювання розвальним способом колод з формою поперечного перетину у вигляді еліпса / В.О. Маєвський, В.М. Максимів, І.Я. Горбачевський, Є.М. Миськів, Р.І. Мацюк // Ліс. госп-во, ліс., папер. і деревооб. пром-сть : міжвід. наук.-техн. зб. - Львів : НЛТУУ. - 2008. - Вип. 34. - С. 123-129.

5. Mayevskyy V.O. The mathematical model of sawing by breakdown and segment method for logs with elliptic form of cross section / V.O. Mayevskyy, V.M. Maksymiv, Ye.M. Myskiv // Ліс. госп-во, ліс., папер. і деревооб. пром-сть : міжвід. наук.-техн. зб. - Львів : НЛТУУ. - 2009. - Вип. 35. - С. 56-62.

6. Миськів Є.М. Математична модель розпилювання колод з формою поперечного перетину у вигляді еліпса секторним способом на радіальні пило-матеріали / Є.М. Миськів, В.О. Маєвський, В.М. Максимів, Я.В. Мацишин // Наук. вісник НЛТУ України : зб. наук.-техн. пр. - Львів : НЛТУУ. - 2010. - Вип. 20.13. - С. 314-322.

7. Маєвський В.О. Особливості розкрою пиломатеріалів на радіальні і тангенціальні заготовки / В.О. Маєвський, Я.В. Мацишин, Є.М. Миськів // Наук. вісник НЛТУ України : зб. наук.-техн. пр. - Львів : НЛТУУ. - 2010. - Вип. 20.15. - С. 81-90.



АНОТАЦІЯ

Миськів Є.М. Підвищення ресурсоощадності виробництва пиломатеріалів тангенціального та радіального розпилювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.06 - технологія деревообробки, виготовлення меблів та виробів з деревини. - Національний лісотехнічний університет України, Львів, 2011.

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі підвищення ресурсоощадності виробництва пиломатеріалів радіального і тангенціального розпилювання з урахуванням еліптичної форми поперечного перетину колод.

У дисертаційній роботі отримано математичні залежності, що дозволяють визначити кути нахилу річних кілець пиломатеріалів ще до початку розпилювання колод. Розроблено математичні моделі розпилювання колод розвально-сегментним та секторним способами на радіальні і тангенціальні пиломатеріали, які доцільно використовувати для прогнозування виходу пиломатеріалів у виробничих умовах. Створено програмне забезпечення для розрахунку всіх можливих схем розпилювання колод розвально-сегментним і секторним способами на радіальні і тангенціальні пиломатеріали та оптимізації плану розпилювання колод. Досліджено вплив еліптичності поперечного перетину колоди на загальний об'ємний вихід пиломатеріалів та об'ємний вихід пиломатеріалів радіального (тангенціального) розпилювання, обмежених кутом радіальності (тангенціальності).

Ключові слова: пиломатеріал тангенціального розпилювання, пиломатеріал радіального розпилювання, кут нахилу річних кілець, розпилювання колод, об'ємний вихід.



АННОТАЦИЯ

Мыськив Е.М. Повышение ресурсосбережения производства пиломатериалов тангенциальной и радиальной распиловки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.06 - технология деревообработки, изготовления мебели и изделий из древесины. - Национальный лесотехнический университет Украины, Львов, 2011.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи по повышению ресурсосбережения при производстве пиломатериалов радиальной и тангенциальной распиловки с учетом эллиптической формы поперечного сечения бревен.

В диссертационной работе предложено и обосновано два новых способа оценки радиальности пиломатериалов. Получены математические зависимости, позволяющие определить углы наклона годовых колец пиломатериалов еще до начала распиловки бревен. Разработаны математические модели распиловки бревен развально-сегментным и секторным способами на радиальные и тангенциальные пиломатериалы, которые целесообразно использовать для прогнозирования выхода пиломатериалов в производственных условиях. Экспериментальными исследованиями подтверждена достоверность разработанных математических моделей. Отклонения составляли 2…5 % (в исключительных случаях до 7 %). Установлено, что наиболее существенное влияние на объемный выход пиломатериалов имеет схема распиловки.

Создано программное обеспечение для расчета всех возможных схем распиловки бревен развально-сегментным и секторным способами на радиальные и тангенциальные пиломатериалы, а также для оптимизации плана распиловки бревен. Использование программного обеспечения в производственных условиях позволило увеличить объемный выход пиломатериалов радиальной и тангенциальной распиловки в рассмотренных случаях более чем на 11 %. Исследовано влияние эллиптичности поперечного сечения бревна на общий объемный выход пиломатериалов и объемный выход пиломатериалов радиальной (тангенциальной) распиловки ограниченных углом радиальности (тангенциальности). Установлено, что для повышения ресурсосбережения производства пиломатериалов радиальной и тангенциальной распиловки, кроме схем распиловки, следует также учитывать направление ориентации пропилов. В отдельных случаях при изменении величины эллиптичности (D/d = 1…1,1) для бревен одного диаметра, распиленных по одной схеме, разница в объемном выходе составляла более 7 %.

Ключевые слова: пиломатериал тангенциальной распиловки, пиломатериал радиальной распиловки, угол наклона годовых колец, распиловка бревен, объемный выход.



ANNOTATION

Myskiv Ye.M. The resources-economy increasing of sawn timber of tangential and radial sawing. - Manuscript.

The dissertation is for obtaining the degree of Candidate of Technical Science, speciality 05.23.06 - woodworking technology, furniture and wooden articles making. National Forestry University of Ukraine, Lviv, 2011.

The thesis is devoted to solving of scientific and technical problems of resources-economy increasing of sawn timber production. Sawn timber was obtained by radial and tangential sawing with taking to account the elliptical shape of log cross section. Mathematical dependences which allow to determine of inclination angles of sawn timber annual rings and considering of elliptical shape of log cross section were received. The mathematical models of log sawing by breakdown and segment and by sector methods into radial and tangential sawn timber which can be used for prediction of sawn timber recovery in working conditions were developed. The software for calculation of all possible patterns of log sawing by breakdown and segment and by sector methods into radial and tangential sawn timber and optimization of logs sawing was created. The influence of ellipticity of log cross section on volume recovery of sawn timber as well as volume recovery of radial (tangential) sawn timber limited by radial (tangential) angle was investigated.

Key words: sawn timber of tangential sawing, sawn timber of radial sawing, inclination angles of annual rings, log sawing, volume recovery.

Размещено на Allbest.ru

...