Белозеров И.Л., Дорошенко В.А., Кибякова С.И., Кибяков А.П. Технологический расчёт лесопильных потоков

Подождите немного. Документ загружается.

1.4. Размеры пиломатериалов

Принято выделять следующие размеры: номинальные – при влажности

20 %; фактические – в момент измерения; стандартные – по действующим

стандартам. Стандартные размеры хвойных пиломатериалов по толщине и ши-

рине (ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры») приведены в

прил. 1. По требованию потребителя допускается изготовление и других разме-

ров, не приведенных в указанном стандарте.

Фактические (распиловочные) размеры сырых пиломатериалов всегда

больше номинальных на величину припуска на усушку (устанавливаются по

ГОСТ 6782.1-75 «Пилопродукция из древесины хвойных пород. Величина

усушки» и ГОСТ 6782.2-75 «Пилопродукция из древесины лиственных пород.

Величина усушки»). Значения припусков на усушку для основных древесных

пород приведены в прил. 2.

1.5. Измерение и учет пилопродукции

Правила измерения пиломатериалов изложены в ГОСТ 6564-84 «Пилома-

териалы и заготовки. Правила приемки, методы контроля, маркировка и транс-

портирование».

Длина пиломатериалов измеряется в метрах по наименьшему расстоянию

между торцами досок или заготовок с округлением до второго десятичного зна-

ка. Как правило, для пиломатериалов внутреннего потребления она варьирует

от 1,0 до 6,5 м с шагом 0,25 м для хвойных (0,1 м для лиственных). Для экс-

портных пиломатериалов северной сортировки по ГОСТ 26002-83 длина пило-

продукции варьирует от 0,9 до 6,3 м с шагом в 1 фут (0,3 м).

Толщину и ширину измеряют в миллиметрах в любом месте длины об-

резных пиломатериалов или заготовок, но не ближе 150 мм от торца, чтобы ис-

ключить погрешности за счет захода и выхода режущего инструмента. Округ-

ление до стандартных размеров производится в соответствии с требованиями

государственных стандартов. Например, ширина хвойных обрезных пиломате-

риалов варьирует от 75 до 275 мм с шагом 25 мм (см. прил. 1).

У необрезных и односторонне-обрезных пиломатериалов ширина опреде-

ляется на середине длины как полусумма ширин на внутренней и наружной

пластях без учета коры и луба. При округлении до стандартного размера доли

до 5 мм не учитываются, а доли 5 мм и более округляют до 10 мм. При этом не-

обходимо учитывать требования стандартов на необрезные пиломатериалы:

ширина варьирует от 50 мм и более с градацией 10 мм. Верхний предел, в отли-

чие от обрезных пиломатериалов, не ограничивается. При этом минимальная

ширина на узкой пласти необрезной доски в зависимости от толщины пилома-

териалов принимает следующие значения: при толщине 16…50 мм – 50 мм;

50…100 мм – 60 мм; 100…300 – 0,6 толщины доски.

У обрезных пиломатериалов с непараллельными кромками номинальная

ширина определяется на середине длины доски или заготовки на пласти, не со-

держащей обзола.

Объем обрезных пиломатериалов вычисляется как произведение номи-

нальных размеров по толщине, ширине и длине. Результаты вычисления одного

метра длины или одной доски округляют до 0,000001 м

, а партии досок – до

0,001 м

Правила учета объема необрезных пиломатериалов хвойных и листвен-

ных пород регламентированы ОСТ 13-24-86 «Доски необрезные. Способы уче-

та объема». Возможны три способа учета объема: пакетный, поштучный и спо-

соб выборок. Рассмотрим кратко эти способы.

1. Пакетный способ учета является основным и применяется для учета

объема любых уложенных в пакеты необрезных досок кроме спецсортиментов

(авиационных, резонансных, палубных и шлюпочных) и досок ценных пород

(дуба, бука, ясеня, ильма, клена, вяза и граба).

Пакет досок должен отвечать следующим требованиям:

• торцы досок с одной стороны должны быть выровнены;

• доски в горизонтальных рядах должны быть уложены вплотную друг к

другу без нахлеста одна на другую;

• пакет должен иметь одинаковую ширину по всей длине, боковые сторо-

ны пакета должны быть вертикальными.

Складочный объем досок определяется как произведение высоты, шири-

ны и длины пакета, а объем пакета в плотных кубических метрах определяется

умножением найденного складочного объема на коэффициент плотности ук-

ладки. Значения коэффициентов варьируют от 0,49 до 0,82 в зависимости от

породы, толщины и длины пиломатериалов (приведены в табл. 27 [32]).

2. Поштучным способом определяется объем любых партий необрезных

досок, специальных сортиментов, досок ценных пород, партий необрезных до-

сок всех пород и размеров объемом не более 10 м

, а также при возникшем раз-

ногласии сторон. Способ заключается в определении объема каждой доски и

суммировании этих объемов.

При поштучном способе учета измеряют размеры необрезных досок,

причем толщина принимается номинальная, соответствующая стандартной, а

ширина – фактическая, с учетом припуска на усушку. Если влажность превы-

шает 20 %, вводят дополнительно поправочный коэффициент, учитывающий

припуск на усушку по ширине доски: для хвойных пород – 0,96; для листвен-

ных – 0,95.

3. Способ выборок заключается в определении объема выборки досок или

пакетов с распространением средних результатов на всю партию. Отбор досок

или пакетов в выборку производят случайным образом из разных мест партии.

Выборочное определение среднего объема доски или пакета производят для

однородных по размерам пакетов из досок одной толщины. Отобранные для

выборки пакеты должны отвечать описанным выше требованиям.

Объемы выборок необрезных пиломатериалов зависят от состава партии

и могут варьировать от 3 до 7 % от сдаваемой партии. Например, если в партии

доски одной длины, то рекомендуется выборка объемом не менее 3 % сдавае-

мой партии, но не менее 60 досок или не менее трех пакетов.

Контрольные вопросы

1. Назовите основные виды пиленой продукции.

2. Назовите основные элементы пиленой продукции.

3. По каким признакам классифицируется пилопродукция?

4. Каковы принципиальные отличия между брусом, бруском и доской?

5. Что понимается под фактическими, номинальными и стандартными

размерами пиломатериалов?

6. Что понимается под припусками на усушку и как они определяются?

7. Назовите действующие в России стандарты на пиломатериалы хвойных

и лиственных пород. Что они определяют?

8. Что вам известно об европейских стандартах? Кто их разрабатывает?

9. Каковы особенности системы JAS? В какой стране она действует?

10. Назовите основные сортообразующие пороки пиломатериалов.

11. Как определяются размеры обрезных и необрезных пиломатериалов?

12. Как определяется объем обрезных пиломатериалов с параллельными и

непараллельными кромками?

13. Назовите способы учета объема пиломатериалов.

14. Как измеряют ширину обрезных и необрезных пиломатериалов?

15. Как определяется объем необрезных пиломатериалов?

2. СЫРЬЕ ДЛЯ ЛЕСОПИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Стандарты на круглые лесоматериалы хвойных

и лиственных пород

Круглые лесоматериалы лиственных и хвойных пород в зависимости от

размеров, породы и сорта предназначаются для распиловки, строгания, луще-

ния, выработки целлюлозы и древесной массы или для использования в круг-

лом виде. Сырьем лесопильного производства являют пиловочные бревна или

пиловочник. В России с 1960 г. действуют унифицированные стандарты на пи-

ловочное сырье (ГОСТ 9463-88 «Лесоматериалы круглые хвойных пород. Тех-

нические условия»; ГОСТ 9462-88 «Лесоматериалы круглые лиственных пород.

Технические условия»), что позволило резко уменьшить число стандартов.

Правила приемки и учет лесоматериалов, измерение размеров и опреде-

ление объемов лесоматериалов регламентированы ГОСТ 2292-88 «Лесомате-

риалы круглые. Маркировка, сортировка, транспортирование, методы измере-

ния и приемки». В соответствии с этим стандартом толщину круглых лесомате-

риалов определяют как среднеарифметическое значение результатов измерения

диаметров в двух взаимно перпендикулярных направлениях в вершинном торце

(у лесоматериалов диаметром до 18 см допускается измерять только один диа-

метр – в горизонтальном направлении). У деловых сортиментов он замеряется

без коры, а у дров – с корой. Место измерения диаметров лесоматериалов не

должно совпадать с местным утолщением, вызванным расположением сучьев

или другими пороками древесины.

Значение толщины круглых лесоматериалов 14 см и более округляют до

четного числа, при этом доли менее целого нечетного числа не учитываются, а

целое нечетное число и доли более нечетного округляют до большего целого

числа. Значение толщины круглых лесоматериалов менее 14 см округляют до

целого числа, при этом доли менее 0,5 см не учитывают, а доли 0,5 см и более

приравнивают к большему целому числу.

В соответствии с ГОСТ 9463-88 лесоматериалы хвойных пород для рас-

пиловки должны иметь толщину 14 см и более. Установлены две группы пило-

вочных бревен по толщине: средние (14…24 см) и крупные (26 см и более).

Длина бревен: 3,0…6,5 м с градацией по длине 0,25 м – для выработки хвойных

пиломатериалов общего назначения, лиственных – 2…6 м с градацией 0,25 м;

4…8 м с градацией 0,25 м – для выработки пиломатериалов черноморской сор-

тировки, поставляемых на экспорт; 4…7 м с градацией 0,3 м – для выработки

экспортных пиломатериалов северной и балтийской сортировок; 3,0…6,5 м с

градацией по длине 0,25 м – для выработки хвойных авиационных, резонанс-

ных, карандашных пиломатериалов. Пиловочные бревна должны иметь при-

пуск по длине от 0,03 до 0,05 м, который при определении объема в расчет не

принимается.

Длину пиловочника измеряют по наименьшему расстоянию между тор-

цами в метрах, с округлением до 1 см. При определении объема припуски и до-

пускаемые отклонения по длине в расчет не принимают. При нарушении града-

ции длины (включая минимальный припуск) объем бревна определяется по

ближайшей меньшей длине, установленной в стандартах на лесоматериалы.

Условные обозначения реквизитов маркировки: сорт – арабскими или

римскими цифрами; толщина в сантиметрах – арабскими цифрами (только по-

следняя цифра диаметра).

2.2. Форма пиловочных бревен и определение их объемов

Изучением формы древесного ствола и его частей занимается специаль-

ная наука – лесная таксация. По еѐ данным преобладающая часть стволов и их

составляющих близка к формам правильных геометрических тел, только оди-

ночно растущие деревья имеют неправильную форму. Кривые, характеризую-

щие образующие частей ствола, точнее всего выражаются уравнением:

Cxy

, (2.1)

где y – радиус поперечного сечения ствола; С – постоянный коэффициент па-

раметрического уравнения; x – расстояние от начала координат до плоскости

сечения; a, b – показатели степени.

По данным Н.П. Анучина [5, 29], показатель степени b варьирует от 0

до 3, при этом уравнения образующей ствола на отдельных участках могут

быть представлены в следующем виде:

– уравнение прямой, параллельной оси абсцисс, при вращении ко-

торой вокруг оси абсцисс образуется цилиндр;

Cxy

– уравнение параболы второго порядка, при вращении которой во-

круг оси абсцисс образуется параболоид вращения второго порядка;

Cxy

– уравнение прямой, пересекающейся с осью абсцисс, при враще-

нии которой вокруг оси абсцисс образуется конус;

Cxy

– уравнение параболы Нейля, при вращении которой вокруг оси

абсцисс образуется нейлоид.

Таким образом, отдельные части ствола приближаются к форме назван-

ных выше правильных полных и усеченных стереометрических тел вращения:

нижняя часть ствола – к нейлоиду, серединная часть – к цилиндру и усеченно-

му параболоиду вращения второго порядка, вершинная часть – к конусу или

усеченному конусу.

Следует отметить, что форма древесного ствола зависит от целого ряда

факторов (породы, возраста, условий местопроизрастания и внешней среды,

при которых росло и развивалось дерево), она разнообразна и не может быть

однозначно выраженной через стереометрические тела вращения. Теоретиче-

ские основы моделирования формы развивались и по другим направлениям.

Метцгер и Козицын считали, что формирование древесного ствола про-

исходит по законам строительной механики, вследствие чего дерево должно

противостоять опрокидывающей силе ветра, направленной на точку приложе-

ния силы в центре кроны. Немецкий ученый Гогенадль считал, что ствол дол-

жен противостоять раздавливанию собственным весом в соответствии с зако-

нами строительной механики, поэтому образующая описывается логарифмиче-

ской кривой.

Австрийский лесовод А. Шиффель, В.К. Захаров, В.С. Петровский пред-

лагают характеризовать форму при помощи относительных диаметров по отно-

сительным высотам. В качестве базового диаметра принимается диаметр на се-

редине длины хлыста

5.0

. В этом случае исключается влияние чрезмерной

сбежистости в комлевой части на результаты расчетов. Эта методика позволяет

получить наиболее точные уравнения образующей стволов всего диапазона ко-

эффициентов формы и разрядов высот, что подтверждают и натурные провер-

ки: максимально возможные ошибки не превышают 1,5 см.

Существующие таблицы лесной таксации, дающие ошибки до ±15 %, а

также еѐ теоретические положения не могут дать точной математической моде-

ли стволов, хотя и облегчают поиск. Под математической моделью древесного

ствола понимается уравнение связи между диаметром ствола и расстоянием от

шейки корня до этого сечения.

Ствол дерева представляет собой тело вращения сложной формы вслед-

ствие сложности образующей. Форма пиловочника характеризуется сбежисто-

стью, то есть уменьшением диаметра от комля к вершине. Средний сбег опре-

деляется по формуле

, (2.2)

где D – диаметр бревна в комле, см; d – диаметр бревна в вершине, см; L – дли-

на бревна, м.

Для определения объемов круглых лесоматериалов в настоящее время

действуют два стандарта: ГОСТ 2708-75 «Лесоматериалы круглые. Таблицы

объемов»; ОСТ 13-303-92 «Лесоматериалы круглые. Методы поштучного изме-

рения объема». В ОСТ стандартизованы методы срединного сечения, концевых

сечений, верхнего диаметра и среднего сбега, суммирование объемов цилинд-

ров, верхнего диаметра и нормального сбега.

Международным стандартом и стандартами многих стран Европы в каче-

стве модели принят цилиндр с диаметром, равным диаметру бревна на середине

длины (

). В России этот метод известен как метод срединного сечения, в Ев-

ропе – метод Губера. Объем бревен при этом определяется по формуле

100004

1415,3

. (2.3)

Метод концевых сечений (метод Смалиана) предусматривает измерение

диаметров в вершинном (d) и комлевом (D) торцах и длины бревна (L). Объем

при этом вычисляется по формуле

100008

)(1415,3

DdL

. (2.4)

Для автоматического измерения бревен используется метод суммирова-

ния объемов цилиндров, при котором измеряются автоматически диаметры

через равные отрезки длиной



, не превышающие 0,2 м. Объем бревна при этом

равен:

100004

1415,3



. (2.5)

По стандартизованному в ОСТ 13-303-92 методу вершинного диаметра и

среднего сбега объем бревна вычисляется по формуле

210

100008

1415,3

LLbdbbdd

, (2.6)

где

Lbdbb

210

– формула сбега бревна.

В практике лесопиления объем пиловочника определяется по ГОСТ 2708-75

на основании диаметра бревна в вершине и длины бревна (прил. 3). Как отме-

чалось в разд. 1.3, применение указанного стандарта ведет к большим погреш-

ностям при определении объема, поэтому следует пользоваться уже утвер-

жденным руководящим документом РД 13-2-3-97.

2.3. Качество пиловочника

и основные сортообразующие пороки

Качество пиловочных бревен определяется наличием в них пороков дре-

весины (сучков всех видов, синевы, трещин, червоточины, гнили и др.) и их

размеров. При установлении размеров указанных пороков и дефектов древеси-

ны руководствуются ГОСТ 2140-81 «Пороки древесины. Классификация, тер-

мины и определения, способы измерения».

В зависимости от качества древесины лесоматериалы лиственных и хвой-

ных пород заготавливают 1, 2 и 3-го сортов, при этом регламентируются сле-

дующие группы толщин (диаметров):

• мелкие – от 6 до 13 см (включительно) с градацией по толщине 1 см;

• средние – от 14 до 24 см (включительно) с градацией по толщине 2 см;

• крупные – от 26 см и более с градацией 2 см.

В пиловочных бревнах встречается большое количество пороков и их

разновидностей, наиболее значимыми из них являются: сучки различного вида,

грибные поражения, трещины, червоточина, наклон волокон, кривизна, сердце-

вина ствола. Некоторые из этих пороков возникают в процессе роста дерева

(сучки, наклон волокон и сердцевина), а грибные поражения, трещины, черво-

точина могут возникать и развиваться также в период транспортирования и

хранения древесины на складах).

Наибольшее влияние на сортность пилопродукции оказывают сучки, ко-

торые представляют собой часть ветви в теле ствола. Размеры сучков и их со-

стояние изменяются по радиусу ствола. Здоровые сучки в стволе имеют кону-

сообразную форму, обращенную вершиной к сердцевине ствола. Постепенное

увеличение диаметра сучка от центра к периферии ствола происходит вследст-

вие нарастания годичных слоев.

Внутри ствола растущего дерева принято выделять три зоны различных

по качеству сучков [3, 29]. Сердцевину ствола по всей его длине охватывает зо-

на здоровых сросшихся с древесиной сучков. Эту зону затем окружает в виде

конуса зона отмерших, чаще всего загнивших сучков. В нижней, комлевой час-

ти ствола к зоне отмерших сучков прилегает бессучковая или малосучковая зо-

на. Таким образом, в растущем дереве можно выделить четыре зоны качества

древесины (с учетом сердцевины ствола), а качество древесины снижается от

комлевой части к вершине и от периферии ствола к центру.

При раскряжевке хлыстов на сортименты получается несколько бревен,

каждое из которых будет характеризоваться различной степенью насыщенно-

сти сучками и может быть отнесено по качеству древесины согласно стандарту

к соответствующему сорту.

Контрольные вопросы

1. Что такое сбег и как определяется средний сбег бревен?

2. Что определяют стандарты на круглые лесоматериалы?

3. Как регламентированы размеры пиловочных бревен по толщине и длине?

4. Как измеряют диаметр и длину пиловочных бревен?

5. Как определяется объем пиловочника?

6. Каковы требования европейских стандартов на определение объема

бревен?

7. Назовите самые распространенные древесные породы на Дальнем Востоке.

8. Чем характеризуется форма пиловочных бревен?

9. Как формируется древесный ствол с точки зрения строительной механики?

10. Изобразите форму пиловочных бревен как отдельных частей древес-

ного ствола в виде стереометрических тел вращения.

11. Перечислите основные сортообразующие пороки в пиловочном сырье.

12. Поясните, как измеряют различные пороки древесины и дефекты об-

работки.

13. Какие зоны по качеству древесины можно выделить в древесном стволе?

14. Поясните, как сказывается месторасположение доски в бревне и место

вырезки бревна из хлыста на объемном и качественном выходе пилопродукции.

3. РАСКРОЙ ПИЛОВОЧНОГО СЫРЬЯ

НА ПИЛОПРОДУКЦИЮ

3.1. Теория раскроя пиловочника на пиломатериалы

В России ещѐ в 30-х гг. прошлого века были заложены основы теории

раскроя пиловочного сырья. Основоположником этой теории Х.Л. Фельдманом

и его последователями Д.Ф. Шапиро, Г.Г. Титковым, А.Н. Песоцким, М.Н. Гу-

терманом, В.А. Залгаллером, Г.Д. Власовым, Н.А. Батиным, П.П. Аксеновым,

В.Ф. Ветшевой, С.Н. Рыкуниным, М.С. Розенблитом и многими другими созда-

на стройная система, ориентированная прежде всего на максимизацию объем-

ного и качественного выхода обрезных пиломатериалов [1…3, 6, 10, 17, 22, 23].

Но и в настоящее время эта теория не может дать ответа на многие проблемы

технологии лесопиления, поэтому требуется дальнейшее углубление и совер-

шенствование теории раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы. Это свя-

зано с техническим прогрессом, изменением размерно-качественной характери-

стики поступающего в раскрой пиловочного сырья и его породного состава,

ужесточением требований экологов, изменением действующих стандартов на

сырьѐ и пиленую продукцию и многими другими факторами.

В развитии теории раскроя пиловочного сырья на пилопродукцию можно

выделить три этапа. На первом этапе решается задача получения из бревен мак-

симального объемного выхода длинномерных обрезных пиломатериалов; при

этом теория раскроя названа теорией максимальных поставов. На втором этапе

создается теория раскроя пиловочного сырья на пилопродукцию заданных раз-

меров; при этом решается задача получения наибольшего объемного выхода

спецификационных пиломатериалов.

В последующие годы (третий этап) была создана теория раскроя бревен

на пилопродукцию заданных размеров и качества, основоположником которой

был П.П. Аксенов, взявший за основу принцип безусловности выработки пило-

продукции требуемых размеров и качества [1, 29]. В развитие этого направле-

ния теории внесли свой вклад Ю.Р. Бокщанин, Г.Е. Елькин, М.В. Колобова,

Г.П. Лапин, Р.И. Мацюк, М.С. Розенблит, С.Н. Рыкунин, Ю.П. Тюкина,

В.С. Шалаев и др. [3, 22…24, 31, 33, 35].

При совершенствовании метода планирования раскроя пиловочного сы-

рья на пиломатериалы потребовалось провести дополнительные исследования

для конкретизации влияния различных факторов на объемный выход пилопро-

дукции. В этой работе велика роль А.Н. Песоцкого [17], который внес свой

вклад в теорию раскроя, наметил направление, в котором в последующем при-

няли участие многие исследователи: Н.А. Батин, В.Ф. Ветшева, Р.Е. Калитеев-

ский, И.П. Крашенинников, И.С. Межов, В.Г. Турушев, В.Р. Фергин и др.

[2, 6 … 9, 11 … 13, 33].

Публикация работ В.С. Петровского, А.А. Пижурина, М.С. Розенблита и

др. открыла новое важное направление в теории раскроя древесного ствола

[3, 5, 14, 18, 22, 23]. Появляется возможность создания более детерминирован-

ной модели древесного ствола и пиловочных бревен различной вырезки, по-

строения оптимизационных математических моделей. Представляют интерес в

этом направлении работы И.В. Соболева, Г.А. Степакова и др. [3, 6, 7, 25].

Заслуживают внимания также работы, направленные на совершенствова-

ние теории раскроя и технологии лесопиления применительно к условиям Си-

бири и Дальнего Востока: А.И. Айзенберга, С.А. Баранова, Ю.Р. Бокщанина,

В.Ф. Ветшевой, В.Ф. Домницкого, С.К. Иванова, А.С. Козака, П.В. Любиной,

Л.Н. Малыгина, К.А. Тарант, Ф.Т. Тюрикова, В.Г. Уласовца, С.П. Юна и др.

Краткий обзор этих работ представлен в монографиях авторов этого учебного

пособия [3, 20].

В теории максимальных поставов бревна принимают по форме за парабо-

лоид вращения, всякую секущую плоскость параллельно оси бревна – за пара-

болу (усеченную или полную), а форму поперечного сечения – за круг. Это по-

зволяет вывести формулы для определения размеров пиломатериалов в любой

секущей плоскости:

/22

)(

xdD

; (3.1)

L

, (3.2)

где

– ширина пласти необрезной доски; D – диаметр бревна в комлевой части;

d – диаметр бревна в вершине;

– расстояние от вершинного торца до секу-

щей плоскости, в которой определяются размеры доски; a – расстояние от цен-

тра бревна до плоскости пропила; L – длина бревна;



– длина доски.

Эти универсальные формулы и положены в основу всех последующих

расчетов в лесопилении. Более подробно этот вопрос изложен в источниках

[1…3, 6…11, 17, 35].

3.2. Критерии рационального раскроя

В современных условиях для обеспечения рационального раскроя пило-

вочного сырья должны выполняться следующие основные условия:

1. Максимальный объемный выход пиломатериалов из пиловочного сырья.

2. Максимально высокое качество вырабатываемых пиломатериалов.

3. Максимальный выход пиломатериалов и другой продукции, получае-

мой в процессе переработки отходов лесопиления, в стоимостном выражении.

4. Выполнение заданной спецификации пиломатериалов по размерам и

качеству.

В качестве пятого условия можно рассматривать специализацию лесо-

пильных потоков по сечениям, что позволяет снизить количество типоразмеров

и повысить объемный выход в параболической зоне за счет выработки более

тонких досок.