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

Подождите немного. Документ загружается.

3.3. Выход пилопродукции

При переработке пиловочного сырья в пилопродукцию неизбежны поте-

ри и отходы древесины. Величина их меняется в зависимости от различных

факторов (толщина режущего инструмента, способ раскроя, размеры пиловоч-

ных бревен, их форма, применяемые постава и др.).

К потерям относят припуски на усушку и распыл древесины. К отходам

древесины относят опилки, рейки, горбыли, торцовые срезки и вырезки де-

фектных мест.

Для оценки степени и рациональности использования пиловочного сырья

при его переработке в пилопродукцию служат объемный, посортный, стоимо-

стный и спецификационный выходы, а также коэффициент комплексного ис-

пользования сырья.

Объемный выход пилопродукции (Р) – это отношение объема выработан-

ной или подлежащей выработке пилопродукции (V

) к объему распиленного

или подлежащего распиловке сырья (

), выраженное в процентах:

Р =

100. (3.3)

Так как в себестоимости пиленой продукции затраты на сырье составля-

ют до 80 % всех затрат на еѐ выработку, этот показатель является основным

критерием рациональности раскроя.

Посортный выход пиломатериалов (Р

) – это выход пиломатериалов по

сортам, выраженный в процентах от объема распиленного сырья:

пi

100, (3.4)

где

– объем пиломатериалов определенного сорта и сортимента, м³.

Суммарный выход всех сортов и сортиментов дает объемный выход пи-

лопродукции:

. (3.5)

Иногда выделяют отдельно также посортный состав пиломатериалов,

под которым понимается распределение выхода пиломатериалов по сортам и

сортиментам, выраженное в процентах от общего объема пиломатериалов:

пi

100, (3.6)

где

– доля каждого сорта и сортимента пиломатериалов в общем объеме, %.

Для оценки качественного состава пилопродукции введены также ценно-

стные коэффициенты сортности (К

), значения которых зависят от породы дре-

весины, назначения и сорта пилопродукции. Они используются также при раз-

работке прейскурантов цен на пилопродукцию.

Стоимостный выход пиломатериалов (Р

) – сравнительно новый показа-

тель, позволяет давать экономическую оценку эффективности раскроя пило-

вочного сырья на пиломатериалы [3, 8, 9, 20, 32, 35]. Под ним понимается

стоимость пилородукции, полученной из 1 м

пиловочного сырья, распиленно-

го по планируемым поставам. Стоимость пиломатериалов будет тем выше, чем

выше их качество (сортность).

Показатель Р

, характеризующий стоимостный выход пиломатериалов,

определяется по формуле [32]

срc

, (3.7)

где

ср

– средневзвешенный ценностный коэффициент выработанных пилома-

териалов, зависящий от их размеров, качества и назначения, определяемый по

следующей формуле [32]:

ср

, (3.8)

где V

– количество пиломатериалов i – го сорта, размера и назначения, м

(или

в процентах от общего объема); С

– ценностный коэффициент сортности, соот-

ветствующий пиломатериалам i-го сорта, размера и назначения.

За единицу ценностного коэффициента принимают стоимость 1 м

обрез-

ных хвойных (кроме лиственницы) пиломатериалов 3-го сорта по ГОСТ 8486-86

толщиной 25…32 мм, длиной 2,0…6,5 м. По отношению к этим пиломатериа-

лам рассчитаны ценностные коэффициенты для других сортов и размеров.

Спецификационный выход (

сп

) – это отношение объема пиломатериалов,

выработанных в соответствии с заданной спецификацией, к общему объему по-

лученных пиломатериалов, выраженное в процентах:

сп

100, (3.9)

где

– объем спецификационных пиломатериалов, м³.

Коэффициент комплексного использования сырья (

исп

) – это отношение

суммарного объема пиломатериалов, другой пилопродукции, технологической

щепы, технологических опилок и других отходов, реализованных на сторону

или использованных на производство пара и электроэнергии, к объему распи-

ленного сырья:

ПЭРОПЩДПП

исп

VVVVVV

, (3.10)

где V

ДП

– объем другой, кроме пиломатериалов, пилопродукции (обапола, тар-

ной дощечки и т.д.), вырабатываемой из кусковых отходов лесопиления, м³;

– объем технологической щепы всех видов, м³; V

ОП

– объем технологических

опилок, м³; V

– объем реализованных отходов, м³; V

ПЭ

– объем отходов, ис-

пользованных на производство пара и электроэнергии, м³.

Все указанные выше показатели делятся на плановые, установленные с

учетом планируемого состава пилопродукции, характеристики сырья, структу-

ры технологического процесса, нормативов расхода сырья и нормативов по-

сортного состава пиломатериалов из этого сырья, и отчетные, полученные по

результатам работы предприятия за определенный период.

3.4. Способы раскроя пиловочного сырья

Под распиловкой бревен понимается продольное деление бревен одной

или несколькими пилами на пиломатериалы. По количеству одновременно ра-

ботающих пил в станке принято различать индивидуальный и групповой виды

распиловки пиловочных бревен. В едином технологическом потоке могут соче-

таться индивидуальная и групповая распиловки.

При индивидуальной распиловке каждое бревно распиливают последова-

тельно одной пилой, назначая каждый последующий пропил с учетом особен-

ностей формы и качества распиливаемого бревна. Выполняется она на одно-

пильных станках (круглопильных и ленточнопильных) и на горизонтальных ле-

сопильных рамах.

При групповой распиловке пиловочные бревна распиливают поставом

(набором) пил без учета особенностей каждого отдельного бревна. Осуществ-

ляют еѐ на вертикальных лесопильных рамах, многопильных, круглопильных,

фрезернопильных и фрезерно-брусующих станках. Групповая распиловка бре-

вен более производительна, поэтому широко применяется в практике.

Все перечисленные виды распиловки могут быть выполнены различными

способами, применяемыми для выработки пилопродукции общего и специаль-

ного назначения.

Выбор способа раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы обуслов-

ливается размерами и качеством заданной продукции и техническими требова-

ниями к ней. Для получения радиальной и тангенциальной продукции исполь-

зуют секторный, развально-сегментный, брусово-сегментный способы. А для

выработки продукции со смешанной ориентацией пластей целесообразнее при-

менять развальный и брусово-развальный способы. Последний способ раскроя

рекомендуется применять при раскрое пиловочных бревен диаметром 18 см и

более. В первом проходе могут вырабатываться один, два и даже три бруса.

На международном рынке повышенным спросом пользуется поставка пи-

ломатериалов в связке («в буль») [32]: бревно распилено вразвал, а выпиленные

доски через небольшие прокладки связывают в бревно, чтобы они не рассыпа-

лись при транспортировке. Достоинством такого способа является то, что по-

добранные таким образом пиломатериалы обладают одной прочностью, струк-

турой и влажностью.

Кроме указанных выше способов раскроя пиловочного сырья на пилома-

териалы в соответствии с ГОСТ 17747–72 может применяться также круговой,

комбинированный, сегментный и развально-секторный. Сравнительно недавно

появился еще один способ раскроя тонкомерного сырья, позволяющий после

его оцилиндровки, раскроя на четыре сектора и склеивания их получать четы-

рехкантный пустотелый клееный брус для деревянного домостроения.

Классифицируя способы раскроя, необходимо отметить, что распиловка

может быть:

а) ориентированной (для получения радиальной и тангенциальной про-

дукции);

б) смешанной;

в) групповой;

г) индивидуальной;

д) вершинным торцом вперед;

е) комлевым торцом вперед;

ж) параллельно оси бревна;

з) параллельно образующей бревна.

В последние годы все более широкое применение находит агрегатная пе-

реработка пиловочного сырья на пиломатериалы и технологическую щепу. Та-

кая переработка производительнее традиционных способов распиловки бревен

и позволяет повысить коэффициент комплексного использования сырья до

0,8…0,82. Схемы агрегатной переработки аналогичны распиловке бревен раз-

вальным и брусово-развальным способом.

3.5. Понятие о поставах, их запись

При раскрое пиловочника на лесопильных рамах под поставом понима-

ется набор пил, межпильных и зажимных прокладок, устанавливаемых в пиль-

ную рамку, для получения пиломатериалов заданных размеров.

Применение другого оборудования (круглопильных и ленточнопильных

станков) вносит корректировку: постав – это план-схема раскроя однородных

по размеру и качеству древесины бревен на пиленую продукцию заданных раз-

меров и качества.

Постав по расположению линий пропилов относительно его оси (как пра-

вило, центра бревна) может быть симметричным, при этом линии пропилов

попарно симметричны его оси, и несимметричным. Последний применяется

только в особых случаях, например для выпиливания шпал и других брусьев.

По числу выпиливаемых из бревна досок или брусьев постав бывает чет-

ным и нечетным. В четных симметричных поставах в середине постава выра-

батываются две центральные доски, в нечетных – одна сердцевинная доска. Все

остальные доски принято называть боковыми.

В лесопилении принято выделять расчетный, максимальный и опти-

мальный постав. Понятие расчетного постава дано выше, под максимальным

понимается постав, обеспечивающий наибольший объемный выход пиломате-

риалов. Оптимальный постав – обеспечивающий наибольший выход специфи-

кационных пиломатериалов.

В зависимости от применяемого способа раскроя различают развальный и

брусовый поставы. Запись поставов ведут по номинальным размерам пиломате-

риалов, т.е. без припусков на усушку, которые, соответственно, будут учтены

при расчете поставов. Известны следующие виды записи поставов:

а) в виде цифрового ряда, указывающего толщину досок в миллиметрах в

порядке расположения их в поставе, например:

25 – 25 – 50 – 50 – 50 – 25 – 25 – 25;

б) в виде ряда дробей, числитель которых указывает толщину досок, а зна-

менатель – количество этих досок в порядке расположения их в поставе слева

направо или от оси к периферии:

или

;

в) в виде построчного заполнения ведомости поставов с указанием числа и

толщины досок в порядке расположения их в поставе от оси к периферии:

3 доски – 50 мм; 2 доски – 25 мм;

г) в виде ряда дробей, числитель которых указывает толщину, а знамена-

тель – ширину доски в миллиметрах:

100

125

150

175

150

125

100

;

д) при записи поставов по брусово-развальному или развально-

сегментному способам указываются поставы в каждом из проходов. Например,

для брусово-развального способа постав записывается следующим образом:

I проход:

150

;

II проход:

;

е) при выработке экспортных пиломатериалов северной сортировки иногда

размеры приводятся в дюймах ( ). Например, для указанного выше постава

второго прохода будет сделана следующая запись:

1 - 1

- 2

- 1

- 1 .

На основании приведенной выше записи постава в пильной рамке лесо-

пильной рамы (а на многопильном круглопильном станке – на пильном валу)

в указанной последовательности ставятся пилы с межпильными прокладками

соответствующих размеров: толщина их равна сумме величин номинальной

толщины соответствующей доски, припуска на усушку по толщине доски и

двустороннего уширения зубьев пилы на плющение или развод. При этом ко-

личество пил равно количеству досок в поставе плюс единица.

При индивидуальном раскрое пиловочного сырья на ленточнопильных

станках под поставом понимается последовательность выработки пиломатериа-

лов заданных толщин в порядке их условной записи.

3.6. Методика расчета поставов

Расчет поставов сводится к определению трех размеров пиломатериалов:

толщины, ширины и длины. При заданной толщине рассчитываются только

ширина и длина доски.

Для расчета поставов применяются следующие методы: аналитический,

табличный, графический и по моделям или шаблонам. Наиболее широко при-

меняется графический метод. Дадим лишь краткое описание последовательно-

сти расчета по указанным методам для основных способов раскроя пиловочно-

го сырья на пиломатериалы. Более подробно методика расчета поставов дана в

источниках [3, 5, 7, 11, 19, 21, 24, 28, 31, 32].

3.6.1. Аналитический метод расчета

В основе аналитического метода расчета поставов лежат формулы (3.1),

(3.2), позволяющие с достаточно высокой точностью определить размеры пи-

ломатериалов. Воспользуемся приведенными формулами теории максимальных

поставов [19, 28].

Подставив в приведенную формулу (3.1)

, получим формулу для

расчета ширины доски в вершинном торце:

4adb

. (3.11)

Вырабатываемые пиломатериалы классифицируются на обрезные и необ-

резные. Обрезные доски вырабатываются из необрезных и представляют собой

параллелепипед, ширина которого равна ширине необрезной доски в вершин-

ном торце на узкой (наружной) пласти.

Принято выделять три вида размеров: фактические, номинальные и стан-

дартные. Под фактическими размерами понимаются размеры в момент замера.

Они превышают номинальные на величину припуска на усушку. Номинальные

размеры для пиломатериалов хвойных и лиственных пород устанавливаются

при влажности 20 %. Для определения номинальных размеров нужно от факти-

ческих отнять припуск на усушку. Значения припусков для различных пород

приведены в прил. 2.

Под стандартными размерами понимаются размеры по действующим

стандартам (ГОСТ 24454-80), в прил. 1 приведены значения стандартных ши-

рин обрезных хвойных пиломатериалов.

Длина хвойных пиломатериалов внутреннего потребления варьирует от

1,0 до 6,5 м с градацией 0,25 м.

Размеры пиломатериалов лиственных пород устанавливаются по ГОСТ

2695-83:

по длине: из твердых лиственных пород – от 0,5 до 6,5 м с градацией 0,1

м; от 2,0 до 6,5 м с градацией 0,25 м – для мягких лиственных пород;

по толщине: 19, 22, 25, 32, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм;

по ширине: обрезные – 60, 70, 80, 90, 100, 110, 130, 150, 180, 200 мм;

необрезные и односторонне-обрезные – 50 мм и более с градацией 10 мм.

Ширина узкой пласти в необрезных пиломатериалах не должна быть ме-

нее 40 мм, в то время как для хвойных – 50 мм.

Доски по местоположению их относительно продольной оси бревна и

центра постава классифицируются на сердцевинные, центральные и боковые.

Рассмотрим порядок расчета размеров необрезных пиломатериалов аналитиче-

ским методом в соответствии с приведенным рис. 3.1.

а)

б)

a a

Рис. 3.1. Определение ширины обрезной доски:

а – сердцевинной; б – центральной

Для сердцевинной доски ширина

)( Utd

, (3.12)

где

– номинальная толщина сердцевинной доски, мм;

– припуск на усушку.

Для центральной доски ширина

,])(2[

рцц

ПUtdb

(3.13)

где t

– номинальная толщина центральной доски, мм; П

– ширина пропила.

В данном пособии в расчетах ширина пропила при толщине пилы 2,0 мм,

уширении на сторону на развод и плющение 0,7 мм принимается равной 3,4 мм.

При необходимости, например при использовании в качестве головного брев-

нопильного оборудования ленточнопильных или круглопильных станков, зна-

чение ширины пропила необходимо скорректировать.

Аналогично определяется ширина боковых досок. Длина пиломатериалов

определяется по формуле (3.2). В пифагорической зоне она принимается равной

длине бревна. Под пифагорической зоной понимается зона, в которой доски

обеспечивают максимальный объем без укорочения, в отличие от параболиче-

ской зоны, в которой все доски должны торцеваться. Границы между зонами

определяются критическим расстоянием (а

кр

)5,05,1(10

Dda

кр

. (3.14)

Комлевой диаметр при этом определяется через вершинный диаметр с

учетом сбега (S):

LSdD

. (3.15)

Найденные расчетным путем значения являются фактическими, от них

отнимается припуск на усушку и проводится округление до стандартных раз-

меров в соответствии с прил. 1.

Аналитический метод расчета поставов является самым точным, но отли-

чается трудоемкостью. Применяется он в основном для научных целей, когда

требуется повышенная точность получаемых результатов. Авторы пособия этот

метод положили в основу алгоритма при составлении программ для автомати-

зированного расчета поставов. Более подробно об этом написано в источниках

[3, 14, 20, 28].

3.6.2. Особенности расчета поставов на необрезные пиломатериалы

аналитическим методом

В соответствии с действующими стандартами под номинальной шириной

необрезной доски понимается полусумма ширин на внутренней (b

вн

) и наруж-

ной (b

) пластях на середине длины доски при влажности 20 %, т.е.

b = 0,5(b

вн

Для удобства расчетов воспользуемся сечением бревна на середине дли-

ны. Оперируя с диаметром бревна на середине длины (

ср

), можем воспользо-

ваться приведенными выше формулами (3.12, 3.13). При этом

ср

определяется

по формуле

.5,0 LSdd

ср

(3.16)

При выработке необрезных пиломатериалов границы между пифагориче-

ской и параболической зонами определяются по формуле

,)(

min

Ubda

кр

(3.17)

где

min

– минимальная ширина необрезной доски на наружной пласти.

При этом диаметр бревна в вершине подставляется в миллиметрах.

Воспользовавшись приведенной выше методикой, выведем формулы для

определения размеров сердцевинной, центральной и боковой досок. Для серд-

цевинной и центральной досок длина доски всегда равна длине бревна (

), а

ширина

)(5,0

нвн

bbb

. При этом

вн

определяются по формулам:

доска сердцевинная –

)( Utdbb

ссрнвн

; (3.18)

доска центральная –

ср

вн

, так как один из катетов равен ширине пропила (3,4 мм) и им

можно пренебречь;

)(2

рцсрн

ПUtdb

. (3.19)

Ширина боковых досок, выработанных вслед за сердцевинной и цен-

тральной досками, определяется аналогично:

доска боковая, выработанная за сердцевинной, –

,2)(

рсср

вн

ПUtdb

(3.20)

)(2)(

рбсср

ПUtUtdb

; (3.21)

доска боковая, выработанная за центральными, –

,3)(2

рцср

вн

ПUtdb

(3.22)

)(2)(2

рбрцср

ПUtПUtdb

. (3.23)

Аналогично определяются размеры и последующих боковых досок. Как

видно из приведенного, аналитический метод хотя и обеспечивает высокую

точность расчетов, но отличается повышенной трудоемкостью и требует боль-

шого внимания и аккуратности.

3.6.3. Применение графического метода расчета в лесопилении

В основе графического метода лежит применение графика-квадранта

(прил. 4), который прост по устройству, обеспечивает требуемую точность рас-

четов и является универсальным. Он позволяет решать следующие задачи: вес-

ти расчет поставов по развальному, развально-сегментному и брусово-

развальному способам на обрезные, односторонне-обрезные и необрезные пи-

ломатериалы, определять оптимальные размеры по ширине и длине обрезных и

необрезных пиломатериалов, рассчитывать обзол по толщине, ширине и длине

обрезных пиломатериалов.

Для пользования графиком-квадрантом при расчете поставов на обрезные

пиломатериалы достаточно знать два основных приема, приведенных на рис. 3.2.

В пифагорической зоне длина доски равна длине бревна. Зная расстояние

от центра бревна до плоскости пропила

)(

, определим расчетную ширину дос-

ки

)(

, как показано на рис. 3.2, а. От полученного значения отнимается при-

пуск на усушку, размер округляется до ближайшего стандартного значения.

а)

б)

Рис. 3.2. Последовательность расчета размеров

обрезных пиломатериалов по графику-квадранту:

а – в пифагорической зоне; б – в параболической

В параболической зоне, когда

крi

aa 5,0

, руководствуемся вторым прие-

мом (рис. 3.2, б). Зная расстояние от центра и допуская стандартную ширину,

близкую к минимальной по действующим стандартам (75, 100 или 125 мм), ус-

танавливаем диаметр окружности

, в которой доска имела бы заданную ши-

рину. Определив

, найдем длину доски

. (3.24)

Для удобства расчетов обычно пользуются типовой формой, приведенной

в прил. 5. Расход ширины постава устанавливаем из таблиц (прил. 6…8) в зави-

симости от породы. При этом эти значения для досок различной вырезки из

бревна включают в себя: для сердцевинной доски –

)(5,0 Ut

, для централь-

ной доски –

рц

ПUt 5,0

, для боковой доски –

рб

ПUt

При помощи графика-квадранта может определяться также обзол по тол-

щине

)( t

, ширине

)( b

и длине

)( l

. Под обзолом понимается непропил по

кромке. Поиск обзола проводится в соответствии с процедурой, приведенной на

рис. 3.3.