Составление плана раскроя брёвен на пиломатериалы

Введение

Лесопильное производство – основной крупнейший потребитель древесины. Распиловка бревен на пиломатериалы является первой технологической операцией механической обработки древесины. В результате выполнения этой операции получаются пиломатериалы (брусья, доски, бруски, заготовки), которые широко используются в различных отраслях производства (в производстве строительных материалов, в производстве мебели, тары, музыкальных инструментов и т. д.).

Одно с основных направлений повышения эффективности лесопильного производства – рациональное и комплексное использование сырья с целью получения наибольшего объемного выхода спецификационных пиломатериалов высокого качества. Одновременно необходимо обеспечить более полное и эффективное использование отходов производства, которые неизбежны при раскрое древесины.

От того, как рационально использовано сырье на первой стадии обработки, в значительной степени зависит эффективность всего лесопильно-деревообрабатывающего производства.

Современные технологические процессы лесопильного производства предусматривают применение высокопроизводительного оборудования, которое обеспечивает рациональный раскрой сырья, высокое качество пилопродукции и безопасные условия труда. В лесопилении все шире применяются автоматизированные системы для измерения и учета лесоматериалов и их оптимального раскроя с использованием электронно-вычислительной техники. Все это требует специальных знаний, которыми должны владеть специалисты лесопильных предприятий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Составление плана раскроя  брёвен на пиломатериалы

1.1 Составление поставов

Составление плана раскроя брёвен на пиломатериалы начинают с составления рациональных поставов для распиловки брёвен, размеры которых указаны в спецификации сырья, на пиломатериалы, размеры указаны в соответствующей спецификации.

При составлении поставов пользуются графиками проф. Батина Н.А. [1].

При составлении поставов необходимо выполнить следующие основные требования:

– толщина бруса принимается (0,6 – 0,8) d с учетом размеров досок по ширине, которых требуется по спецификации пиломатериалов;

– в одном поставе доски по толщине  должны отличаться не менее чем на 5мм;

– поставы должны быть симметричными относительно центра бревна;

– охват диаметра бревна поставом должен составить (0,95 – 1,05)d.

Способ распиловки выбирают в зависимости от параметров и качества сырья и пилопродукции, технических требований к пиломатериалам (например, в отношении к расположению годичных слоёв–радиальные или тангенциальные пиломатериалы). Основными способами распиловки брёвен являются:

• развальный;
• брусо-развальный;
• развально-сегментный;
• брусо-сегментный;
• секторный;
• круговой.

Составление и расчёт постава покажем на примере.

 

 

 

 

1. Для бревна диаметром  d=18 см, длинной L=5 м и сбегом c=0,74 см/м.

Рисунок 1 – Схема постава на распиловку бревна вразвал

Толщину первой доски определяем по графику N1=(3+1)-1=3, это значит 3, соответственно толщину второй доски – по графику 2, третей – 1.

Для определения толщины доски необходимо знать расстояние от центра постава до внутренней пласти доски. Для первой доски это расстояние равно:

                          с1 = 0,5s = 0,5 × 3,6 = 1,8 мм.                                   (1)

тогда стандартная толщина

а1=40 мм

Для второй доски:

                 с2 = с1 + (а1 + у1 + s) = 1,8 + (40 + 1,4 + 3,6) = 46,8 мм.                  (2)

а2=22 мм

Для третей доски:

             с3 = с2 + (а2 + у2 + s) = 46,8+ (22 + 0,8 + 3,6) = 73,2 мм.                (3)

а3=16мм

 

 

Общая ширина этого постава:

Еп = 2 ((а1 + у1 + s : 2) + (а2 + у2 + s) + (а3 + у3 + s) = 2 ((40 +1,4 + 
+ 3,6 : 2) + (22 + 0,8 + 3,6) + (16 + 0,6 + 3,6)) = 179,6 мм = 0,99   (4)

Таким образом, составленный постав имеет вид 16-22-40-40- 22-16.

2. Для бревна диаметром  d=26 см, длинной L=5 м и сбегом c=0,98 см/м.

По таблицам проф. Батина Н.А. находим, что число пар досок в первом проходе 1 , во втором проходе 2.

I проход: в соответствии со спецификацией принимаем толщину бруса 200 мм. Расход ширины постава для бруса (Ебр) будет равен толщине бруса с учетом припуска на усушку.

                          Ебр= абр+убр=200+7=207 мм                               (5)

Толщину второй боковой доски (а2) определяем следующим образом:

               с2= (hбр+yбр)/2+s= (150+7)/2+3,6=107,1мм                    (6)

N2=(3+1)–2=2, значит толщину доски определяем по второму графику Батина.

а2=22 мм; у2=0,8

 Eп=( hб+yб)+2*(a2+y2+S)                                                                                          (7)

Eп=(200+7)+2*(22+0,8+3,6) = 259,6 мм

Еп1/d=259,6/260=0,99

II проход. Ширина пласти бруса будет равна

             Вбр=

= = 157,3 мм             (8)

Пласть бруса следует использовать более полно для получения длинномерных спецификационных досок. При этом толщины средних и центральных досок следует принимать с учетом данных табл.3 приложения [3]. В постав включаем 4 доски: две толщиной 40 мм, вторые две толщиной 32 мм.

Е=2(40+1,4+3,6/2)+2(32+1,1+3,6)=159,8

Определим толщину третьей пары досок:

С3=Е12/2+s=159,8/2+3,6= 83,5мм

N3=(4+1)–3=2, значит толщину третьей пары досок определяем по второму

графику.

а3=25 мм; у3=0,8 мм; s=3,6 мм;

Определим толщину четвертой пары досок

С4=С3+а3+у3+S=83,5+25+0,8+3,6=112,9

N4=(4+1)-4=1, значит толщину четвертой пары досок определяем по первому графику

а4=19; у4=0,7; S=3,6

Е1,2+2(a4+y4+s)+2(а4+у4+S)=159.8+2(25+0.8+3,6)+2(19+0,7+3,6)=265,2мм

Еп 2/d=265,2/260=1,02

I проход

200/1–22/2

II проход

40/2–32/2–25/2 19/2

3. Для бревна диаметром  d=32 см, длинной L=5 м и сбегом c=1,14 см/м.

По таблицам проф. Батина Н.А. находим, что число пар досок в первом проходе 1, во втором проходе 4.

I проход: в соответствии  со спецификацией принимаем толщину бруса 250 мм. Расход ширины постава для бруса (Ебр) будет равен толщине бруса с учетом припуска на усушку.

Ебр= абр+убр=250+8,4=258,4 мм

Толщину второй боковой доски (а2) определяем следующим образом:

с2= (hбр+yбр)/2+s= (250+8,4)/2+3,6=132,8 мм

N2=(2+1)–2=1, значит толщину доски определяем по второму графику Батина.

а2=25 мм; у2=0,8 мм; s=3,6 мм;

Eп=(250+8,4)+2*(25+0,8+3,6) = 317,2 мм

Еп1/d=317,2/320=0,99

II проход. Ширина пласти бруса будет равна:

Вбр= = =188,7 мм

Пласть бруса следует использовать более полно для получения длинномерных спецификационных досок. При этом толщины средних и центральных досок следует принимать с учетом данных табл.3 приложения [3]. Для нашего случая принимаем две центральные доски по 50 мм и две боковые доски по 40 мм.

Е12=2(a1+y1+s/2)+2( a2+y2+s)=2(50+1,8+3,6/2)+2(40+1,4+3,6)=197,2 мм

Определим толщину третьей пары досок:

С3= Е12/2+3,6=197,2/2+3,6=102,2 мм

N3=(4+1)–3=2, значит толщину третьей пары досок определяем по второму графику Батина.

а3=25 мм; у3=0,9 мм; s=3,6 мм;

Определим толщину четвёртой пары досок:

С4= С3+2(a3+y3 +s)=102,2+2(25+0,9+3,6)=161,2 мм

N4=(4+1)–4=1, значит толщину четвёртой пары досок определяем по первому графику Батина.

а5=25 мм; у5=0,9 мм; s=3,6 мм;

Еп 2= Е1,2+2(a3+y3+s)+2(а4+у4+s)=197,2+2(25+0,9+3,6)+2(25+0,9+3,6)=

=315 мм

Еп 2/d=315/320=0,98

I проход

250/1–25/2

II проход

50/2–40/2–25/2-25/2

1.2 Расчёт постава на выпиловку обрезных досок

1. Определяем диаметр  бревна в комлевом торце:

Сначала определяем ширину пифогарической зоны:

                                                                                (9)

Для этого определяем диаметр бревна в комлевом торце:

                                 D=d+c∙L=18+0,74∙5=21,7 см                              (10)

Затем определяем расстояние между симметричными пластями досок в поставе:

Е1=S+2(а1+у1)=3,6+2(40+1,4)=86,4 мм                     

Е2=Е1+2(а2+у2+S)=86,4+2(22+0,8+3,6)=139,2 мм                 

Е3=Е2+2(а3+у3+s)=139,2+2(16+0,6+3,6)=179,6 мм                 

Из расчёта видно, что первая и вторая доски находятся в пифагорической зоне (Е1 ‹Екр; Е2 ‹Екр), а третья – в параболической зоне (Е3›Екр).  Значит первая и вторая доски будут иметь длину, равную длине бревна, это значит 5 м, а третья доска должна быть укорочена.

Определяем ширину досок:

                       

мм                            (11)

 мм                           

Если отнять припуски на усушку по ширине, тогда стандартные размеры этих досок будут соответственно 160 мм и 110 мм. Крайние боковые доски необходимо укоротить. Оптимальную ширину этих досок определяем по формуле:

 

                   

мм                          (12)

Принимает стандартную толщину этой доски 70 мм, а с припуском на усушку ширина третьей доски будет 70+2,5=72,5 мм. Расчетный диаметр определяем по формуле:

                 

мм                           (13)

Затем определяем длину укороченной доски:

                      

м                                  (14)

Стандартная длина этой доски будет 3 м. Таким образом, в расчёта постава получили следующие размеры обрезных досок (в метрах) и их объёмы:

V1= a1∙b1∙l1∙n= 0,040*0,16*5*2 = 0,064 м3          

V2= a2∙b2∙l2∙n= 0,022*0,11*5*2 = 0,0242 м3

V3= a3∙b3∙l3∙n= 0,016*0,07*3*2 = 0,00672 м3

Vп/п =V1+V2+V3= 0,064 + 0,0242 + 0,00672 = 0,09492 м3.

Объёмный выход пиломатериалов из бревна составляет:

                            

%                                   (15)

2. Определяем диаметр  бревна в комлевом торце:

D=d+c∙L=26+0,98∙5=30,9 см                              

Значение Екр выбираем по таблице 5 приложения

Екр=232 мм

Затем определяем расстояние между симметричными пластями досок в поставе:

Для первого прохода:

Ебр=hбр+убр=200+7=207 мм < Екр

Е2=Ебр+2(а2+у2+s)=207+2(22+0,8+3,6)=259,8 мм < Екр

Определяем ширину досок:

B2=√(D2-E32)/3=√(3092-259,82)/3=96,5 мм

Стандартную ширину принимаем 90 мм, а с учетом усушки ширина составит 90+3,1=93,1 мм.

Определяем расчетный диаметр:

dp=√b32+E32=√93,12+259,82=275,9 мм

Определяем длину этих досок:

l=(D-dp)/c=(30,9-27,6)/0,98=3,36 м

Стандартную длину принимаем 3,25 м.

Определяем размеры и объем крайних досок во I проходе:

V2=a2∙b2∙l2∙n=0,022∙0,09∙3,25∙2=0,01287 м3              

Для второго прохода:

Е1=S+2(a1+y1)=3,6+2(40+1,4)=86,4 мм < Екр

Е2=Е1+2(a2+y2+s)=86,4+2(32+1,1+3,6)= 159,8 мм < Екр

Е3= Е2+2(a3+y3+s)=159,8+2(25+0,9+3,6)=218,8 мм < Екр

Е4= Е3+2(a4+y4+s)=218,8+(19+0,7+3,6)=265,4 мм > Екр

Определяем ширину досок:

 мм

Стандартную ширину принимаем 90 мм, а с учетом усушки ширина составит 90+3,1=93,1 мм.

Определяем расчетный диаметр:

dp=√b42+E42=√93,12+265,42=281,2 мм

Определяем длину этих досок:

l=(D-dp)/c=(30,9-28,12)/0,98=2,83 м

Стандартную длину принимаем 2,75 м.

Определяем размеры и объем крайних досок во II проходе:

V1= a1∙b1∙l1∙n=0,040∙0,24∙5∙2=0,096 м3

V2= a2∙b2∙l2∙n=0,032∙0,2∙5∙2=0,064 м3

V3= a3∙b3∙l3∙n=0,025∙0,15∙5∙2=0,0375 м3

V4= a4∙b4∙l4∙n=0,19∙0,09∙2,75∙2=0,009405 м3

Vп/п =V1+V2+V3+V2+V3=0,096 +0,064 +0,0375+0,009405 +0,01287=0,219775 м3.

Объёмный выход пиломатериалов из бревна составляет:

    %

3. Определяем диаметр  бревна в комлевом торце:

D = d + c · L = 32 + 1,14 · 5 = 37,7 см

Значение Екр выбираем по таблице 5 приложения

Екр=287 мм

Затем определяем расстояние между симметричными пластями досок в поставе:

Для первого прохода:

Ебр=hбр+убр=250+8,4=258,4 мм < Екр

Е2=Ебр+2(а2+у2+s)=258,4+2(25+0,9+3,6)=317,4 мм > Екр

Определяем ширину досок:

b2 мм

Стандартную ширину принимаем 110 мм, а с учетом усушки ширина составит 110+3,8=113,8 мм.

Определяем расчетный диаметр:

dp=√b22+E22=√113,82+317,42=337 мм

Определяем длину этих досок:

l=(D-dp)/c=(37,7-33,7)/1,14=3,5 м

Стандартную длину принимаем 3,5 м.

Определяем размеры и объем крайних досок во I проходе:

V2=a2∙b2∙l2∙n=0,025∙0,11∙3,5∙2=0,01925 м3              

Для второго прохода:

Е1=S+2(a1+y1)=3,6+2(50+1,8)=107,2 мм < Екр

Е2=Е1+2(a2+y2+s)=107,2+2(40+1,4+3,6)=197,2 мм < Екр