Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 17
1.1. Анализ применения заготовок и деталей из древесины березы в строительстве 17
1.2. Анализ существующих способов продольного раскроя круглых лесоматериалов 20
1.3. Обзор и анализ работ по раскрою пиломатериалов на заготовки 27
1.4. Анализ размерно-качественных характеристик пиломатериалов, влияющих на выход заготовок 29
1.5. Обоснование целей и задач диссертационной работы 43
2. Математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов из древесины березы 44
2.1. Решение задачи по определению выхода заготовок из пиломатериалов 44
2.2. Разработка оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки 55
2.3. Выводы по второй главе 59
3. Экспериментальные исследования влияния размерно качественных характеристик необрезных пиломатериалов на выход заготовок 60
3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований 60
3.2. Методика проведения экспериментальных исследований
3.2.1. Исходные материалы и их характеристика 61
3.2.2. Организация и методика проведения эксперимента 61
3.3. Статистический анализ и уравнения регрессии 68
3.3.1.Выбор варьируемых факторов и уровней их варьирования 68
3.3.2. Выбор плана эксперимента 69
3.3.3. Определение количества опытов 72
3.3.4. Определение необходимого объема выборки з
3.4. Анализ результатов экспериментальных исследований 74
3.5. Обработка результатов экспериментальных исследований 79
3.5.1. Нахождение уравнений регрессии для объемного выхода заготовок с заданными ограничениями 79
3.5.2. Нахождение уравнений регрессии для объемного выхода заготовок свободных размеров длины 85
3.5.3. Нахождение объемного выхода коротких заготовок из заготовок свободных размеров длины в исследуемой партии пиломатериалов через функцию плотности распределения 91
3.6. Выводы по третьей главе 106
Разработка и изготовление технологического оборудования по производству паркетной доски из низкосортной древесины березы 107
4.1. Основные задачи, программа и методика испытаний 107
4.2. Порядок проведения приемочных испытаний 112
4.2.1. Проверка механизмов, технических характеристик, испытание экспериментальных образцов на холостом ходу 112
4.2.2. Анализ результатов испытаний 114
4.3. Технология производства паркетной доски из низкосортной древесины 118
4.3.1. Общая характеристика оборудования, необходимого для выпуска паркетной доски 123
4.4. Перспективы применения и дальнейшие пути совершенствования конструкции 131
4.5. Выводы по четвертой главе 132
Технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследований 133
5.1. Расчет капитальных вложений 133
5.2. Расчет себестоимости продукции 134
5.2.1. Расчет стоимости сырья, материалов и возвратных отходов 134
5.2.2. Расчет электроэнергии 135
5.2.3.Расчет фонда рабочего времени оборудования 136
5.2.4. Расчет численности, часового и годового фондов заработной платы работающих на производстве 137
5.2.5. Расчет расходов по содержанию и эксплуатации оборудования... 140
5.2.6. Расчет цеховых расходов по производству паркетной доски 141
5.2.7. Расчет себестоимости паркетной доски
5.3. Расчет эффективности проекта по изготовлению паркетной доски 143
5.4. Организация исходных данных и решение оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки 144
5.5. Определение области эффективного использования пиломатериалов различного качества 149
5.6. Выводы по пятой главе 150
Заключение.
Общие выводы и основные результаты исследований 151
Список использованных источников
- Анализ размерно-качественных характеристик пиломатериалов, влияющих на выход заготовок
- Разработка оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки
- Организация и методика проведения эксперимента
- Технология производства паркетной доски из низкосортной древесины
Введение к работе
Актуальность исследования. В целях удовлетворения потребностей внутреннего рынка в высококачественной и конкурентоспособной лесобумажной продукции отечественного производства и снижения доли импортируемой продукции, согласно одной из основных задач Подпрограммы «Лесопромышленный комплекс» Государственной программы Российской Федерации "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности" на период до 2020 года является увеличение переработки низкосортной древесины1.
Для стимулирования развития энергоэффективных и экологически чистых технологий и материалов, создания условий для их использования в жилищном строительстве2 необходимо, в первую очередь, создавать новые технологии производства заготовок и изделий из низкосортной древесины.
Специфика домостроения, в частности, деревянного, ориентирует производство домов и комплектов деталей домов, преимущественно на использование пиломатериалов хвойных пород, при этом пиломатериалы мягких лиственных пород и березы используются в незначительных объемах.
С учетом выше изложенного необходимо проведение исследований и разработка технологии, при которой достигаются наилучшие качественные показатели получаемой продукции из древесины березы для домостроения.
Цель и задачи исследования. Основной целью проводимого исследования является разработка эффективной ресурсосберегающей технологии производства заготовок из древесины березы для домостроения на основе теории раскроя и математических методов оптимизации.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
-
Разработка оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
-
Определение влияния качественных характеристик березовых пиломатериалов на объемный выход заготовок для домостроения.
Практическим результатом диссертационной работы является разработка технологии и оборудования, позволяющего эффективно перерабатывать древесину березы, с получением из нее заготовок для домостроения.
Методы исследования. Экспериментальные работы по
1 Распоряжение Правительства РФ от 30.01.2013 N 91-р "Об утверждении государственной программы
Российской Федерации "Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности"
2 Федеральный закон Российской Федерации от 24 июля 2008 г. N 161-ФЗ (ред. от 30.12.2012) "О
содействии развитию жилищного строительства"
определению объемного выхода заготовок из пиломатериалов проводились в ООО «Лесопромышленная компания «НАВЛЯ» Брянской области, Навлинского района, п. Клюковники. Круглые березовые лесоматериалы, распиленные ленточнопильным станком «SERRA Bavaria» на пиломатериалы, подавались на специально отведенный участок, где проводились измерения их размерно-качественных характеристик путем оцифровывания каждой доски, с дальнейшей обработкой полученных данных в компьютерной программе «AutoCAD» и в программе специально разработанной в рамках данного исследования «BoardCheck».
Обработка полученных в ходе экспериментальных работ данных осуществлялась математическими методами с получением уравнений регрессии для нахождения коэффициентов объемного выхода заготовок.
Научные положения, выносимые на защиту. Оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
Уравнения регрессии для нахождения объемного выхода заготовок, вырабатываемых при поперечном способе раскроя пиломатериалов.
Научная новизна результатов работы. Разработана и получена в явном виде оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для нахождения максимального значения валовой прибыли.
Получены уравнения регрессии для нахождения коэффициентов объемного выхода основных заготовок, заготовок свободных размеров длины при поперечном способе раскроя березовых обрезных пиломатериалов.
Достоверность и обоснованность научных результатов. Полученные в ходе выполнения работы научные положения, выводы определяются большим объемом проанализированного материала, а также глубиной и системностью применяемого комплексного анализа, обеспечиваются разнообразием источников информации, использовании комплекса методик и подтверждаются совпадением основных результатов теоретических и экспериментальных исследований. Адекватность математических моделей, полученных в работе, проверена и подтверждена критериями, в соответствии с общепринятой в научной практике точностью. Полученные автором решения внедрены в конкретные разработки, образцы техники и технологические процессы. На все разработанные и изготовленные в рамках выполнения работы опытно-промышленные образцы оборудования и программные продукты получены авторские свидетельства, зарегистрированные в Федеральной службе интеллектуальной собственности по патентам и товарным знакам.
Личный вклад диссертанта в решение поставленных задач. Автором разработана оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки для домостроения.
Разработана программа и методика испытаний, технические условия, руководства по эксплуатации на опытно-промышленные образцы оборудования, техническое задание на программу ЭВМ «BoardCheck для моделирования процесса поперечного раскроя пиломатериалов».
Автор непосредственно участвовал в предварительных и приемочных испытаниях разработанного оборудования.
Автором проведены процедуры подачи заявок на патенты в «РОСПАТЕНТ» и сертификации выпускаемой на оборудовании продукции из березовых пиломатериалов.
Экспериментальные работы по определению объемного выхода заготовок пиломатериалов проводились автором самостоятельно.
Практическая значимость работы. Разработана технология и изготовлен комплект технологического оборудования, для изготовления цельномассивной доски пола.
Получена оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки, которая позволяет рассчитывать оптимальные планы раскроя и находить максимальное значение валовой прибыли.
Разработана программа ЭВМ «BoardCheck» для моделирования процесса поперечного раскроя пиломатериалов», которая предназначена для расчета объемного выхода основных заготовок, при использовании поперечного способа раскроя.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Основные результаты диссертационной работы соответствуют п. 1 «Исследование свойств и строения древесины как объектов обработки (технологических воздействий)» и п. 2 «Разработка теории и методов технологического воздействия на объекты с целью получения высококачественной и экологически чистой продукции» из паспорта специальности 05.21.05 «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки».
Реализация результатов работы. На основании диссертационного исследования автора, в производственной компании ООО «КБ Крапухина» было разработано специализированное оборудование для переработки низкосортной древесины березы.
Результаты работы автора были использованы в производстве ООО «ЛПК «НАВЛЯ» при оптимизации процессов получения пилопродукции.
Предложенные в диссертационной работе технология и оборудование, позволяющие перерабатывать низкосортную древесину, с получением из нее продукции с высокой добавленной стоимостью, а, именно, цельномассивной доски пола, были использованы в рамках приоритетного инвестиционного проекта «Организация лесозаготовок и комплексной переработки древесины в Брянской области» (Приказ
Министерства промышленности и торговли Российской Федерации №17 от 26.01.2009г.). В рамках приоритетного инвестиционного проекта по предложенной автором технологии предполагается выпуск цельномассивной доски пола (паркетной доски) в объеме 100,0 тыс. м .
Отдельные разделы диссертационной работы, в которых приводится методика проведения экспериментальных исследований, определяется порядок организации проведения эксперимента, осуществляется анализ результатов экспериментальных исследований, используются при подготовке магистерских работ на кафедре «Технологии деревоперерабатывающих производств» ФГБОУ ВПО «МГУЛ».
Внедрение результатов подтверждается документально организациями, которые в своей деятельности применили эти результаты.
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования были использованы при написании и сдаче научно-технических отчетов:
«Проведение предварительных и приемочных испытаний «Линия по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/06/5 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.]-М., 2009.-120 с;
«Проведение приемочных испытаний линии по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/07/17 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] -М., 2009. - 135 с;
«Завершение строительно-монтажных работ по запуску в эксплуатацию линии по переработке тонкомерной древесины, производству паркетной доски и обшивочных погонажных изделий. Опытная партия продукции, сертификация продукции: отчет о НИОКР»: № 01/09/В-01/09-07/08/24 / Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. И.В. Воскобойников; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] -М., 2009. - 24 с;
«Анализ современного состояния технологий и оборудования для продольного раскроя лесоматериалов, в том числе короткомерных с наличием кривизны и других погрешностей геометрических форм древесины. Проведение патентных исследований оборудования для продольного раскроя короткомерных лесоматериалов: отчет о НИОКР»: № 06/11/11411.0816900.19.006/01/8 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного
комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [идр.]-М.,2011.-162с;
«Разработка инновационной технологии продольного раскроя
короткомерных лесоматериалов, в том числе с наличием кривизны и
других погрешностей формы. Создание экспериментального образца
станка для продольного раскроя короткомерных лесоматериалов.
Разработка технологии комбинированной механической обработки
деревянных материалов и заготовок фрезами и шлифовальными лентами с
обеспечением повышения качества и точности продукции. Акты
изготовления экспериментального образца станка для продольного раскроя
короткомерных лесоматериалов, протоколы его испытаний. Исследования,
разработка конструкции и оснастки для отработки процессов финишной
механической обработки острых прямоугольных кромок, удаления
шлифовальной древесной пыли и мелко размерных частиц, удаления
частично отслоившегося от массива ворса древесных волокон
обрабатываемых заготовок с целью повышения товарно-потребительских
характеристик: отчет о НИОКР»: №
06/11/11411.0816900.19.006/02/9 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] -М., 2011. -232 с;
«Анализ современного состояния технологий деревянного домостроения и оборудования для механической обработки деталей деревянных домов. Проведение патентных исследований оборудования для механической обработки деталей деревянных домов: отчет о НИОКР»: № 06/12/12411.0816900.19.065/01/10 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.] -М., 2012. - 198 с;
«Разработка инновационной ресурсо- и энергосберегающей технологии высокопроизводительной механической обработки деталей быстросборных деревянных домов. Создание экспериментальной установки механической обработки бревен переменного профиля для производства быстросборных деревянных домов: отчет о НИОКР»: № 06/12/12411.0816900.19.065/02/11 Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ФГУП «ГНЦ ЛПК»); рук. В.А. Косарев; исполн. Е.В. Кравцов [и др.]-М., 2012.-175 с.
Анализ размерно-качественных характеристик пиломатериалов, влияющих на выход заготовок
Продукция лесопильно-деревообрабатывающей промышленности является массовым материалом многоцелевого назначения, широкого спроса и номенклатуры. Во многих сферах потребления пилопродукция и производимые из неё изделия деревообработки (столярно-строительные изделия, в том числе оконные и дверные блоки, погонажные изделия и т.п.) являются предпочтительными перед другими аналогичными материалами. Около 50% деловой древесины, заготавливаемой в мире, используется в лесопильно-деревообрабатывающем производстве.
Древесина березы характеризуется сравнительно высокой прочностью, твердостью, ударной вязкостью. Древесина березы находит многообразное применение (лущеный шпон для фанеры, ружейные ложа, лыжи, строительные детали, плиты, целлюлоза, паркет, фурфурол, сырье для сухой перегонки и углежжения, используется как декоративный материал, возможно ее применение и в машиностроении). В отличие от других пород древесины береза не имеет существенных отличий в свойствах радиального и тангенциального распилов, но очень подвержена влиянию влаги. Древесина березы при травлении хорошо окрашивается под более ценные породы, открывая практически неограниченные возможности для дизайна. Хорошо удерживает шурупы и гвозди.
Уплотненная и модифицированная древесина березы может применяться в качестве подшипников трения в малонагруженных механизмах. Так например, у модифицированной метилметакрилатом древесины прочностные показатели значительно увеличиваются (сжатие вдоль волокон до 2 раз; скалывание вдоль волокон в 1,2- 1,5 раза), повышается био-влаго-огнестойкость.
Один из главных моментов процесса модификации - древесина приобретает способность к прессованию (до плотности 1200 кг/м. куб.) и к изгибанию, чем представляется возможность применения нетрадиционных методов механической обработки при выпуске конечного изделия.
По существующей нормативно-технической документации допускаемый уровень применения лиственных пиломатериалов в производстве деревянных панельных и домов со стенами полном отборе специальных сортиментов (лыжный, фанерный, из местных строительных материалов составляет 60%, в домах из бруса - до 35-40%. Применение древесины мягких лиственных пород сдерживается следующими факторами: низким качеством пиловочного сырья и соответственно низким выходом пиломатериалов и заготовок (по нормативам расход лиственных пиломатериалов на заготовки в 1,4-4,6 раз выше, чем хвойных); более высокой трудоемкостью переработки по сравнению с хвойной древесиной (в 1,2-4,3 раза); необходимостью склеивания пиломатериалов по длине и сечению из-за практической невозможности получения длинномерных и толстых пиломатериалов и заготовок. Объемный и посортный выход лиственного пиловочника зависит от степени отбора специальных сортиментов из хлыстов. Так, при спичечный кряж и др.) при раскряжевке хлыстов 85% пиловочника получается 3 и 4 сортов, при частичном отборе - 75%.
Таким образом, выход пиломатериалов древесины березы 2-3 сорта, из которых можно получить заготовки для домов преимущественно III группы качества, составляет около 80%.
При раскрое пиломатериалов из древесины березы на заготовки для домостроения объем заготовок длиной до 2 м составляет около 85%. В конструкциях деревянных домов каркасно-панельных конструкций объем деталей такой длины не превышает 20-30%. [22].
Согласно ГОСТ 11047-90 [6] допускается изготавливать детали из древесины лиственных пород. По согласованию изготовителя и потребителя допускается применение лиственных пород для других деталей при соблюдении требований долговечности и формоустоичивости. Перечень деталей, допускаемых к изготовлению из древесины лиственных пород, приведен в таблице 1.2.
Разработка оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки
Значение рационального раскроя промышленных материалов, как важного источника экономии затрат отмечалось неоднократно в технической литературе и периодической печати [14].
Постановка и некоторый общий подход к анализу вопроса о рациональном раскрое были даны в 1939 г. проф., д.ф.-м.н. Леонидом Витальевичем Канторовичем, где рассматривались производственные вопросы различного характера, в которых требовалось среди многих возможных вариантов решения выбрать наивыгоднейший.[14]. В дальнейшем работу в этом направлении Канторович продолжил совместно с профессором, д.ф.-м.н. Виктором Абрамовичем Залгаллером. В этой работе были даны общие методы решения задач рационального раскроя, а также был решен вопрос раскроя одномерных, однородных по качеству материалов методом линейного программирования.
Поперечный раскрой пиломатериалов во многом похож с раскроем любых одномерных материалов. Однако в отличие от материалов рулонных или прокатного профиля, пиломатериалы даже одной сортности, вследствие наличия пороков древесины, имеют неоднородное качество по длине, чем в свою очередь не соответствуют требованиям по качеству, предъявляемому к заготовкам. В связи с чем возникает проблема рационального раскроя, так называемой оптимизации со многими переменными (длина заготовок и т.д.), включающими, в том числе и случайные переменные, такие как распределение пороков. Решение данной проблемы заключается в получении из пиломатериалов заготовок требуемых размеров и качества с минимальными отходами [21].
Для построения оптимизационной математической модели процесса поперечного раскроя пиломатериалов требуется информация о выходе заготовок из пиломатериалов, которая необходима для определения их оптимальной дробности при нахождении оптимального плана раскроя.
Коэффициенты объемного выхода заготовок из пиломатериалов, вырабатываемых при поперечном способе раскроя, определяем воспользовавшись полиномиальной моделью второго порядка для трех факторов (3.1).
Воспользовавшись функцией плотности распределения для заготовок свободных размеров длины, определим коэффициенты объемного выхода коротких заготовок, вырабатываемых из этих заготовок.
Имея информацию о коэффициентах объемного выхода основной и коротких заготовок, а также технико-экономические показатели процесса (включая цены на пиломатериалы и заготовки, прибыль от реализации, чистую прибыль и себестоимость), можем воспользоваться методом линейного программирования для нахождения оптимальной технологии производства заготовок.
Оптимизационную математическую модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки представим в виде целевой функции: где Qn — объем пиломатериалов, необходимый для выработки основной заготовки, заданной группы качества, м3; х- объем пиломатериалов заданной группы качества, м3. Для получения математической модели в явном виде необходимо иметь не только полную информацию по отдельным процессам, но и найти по ним наиболее вероятные решения [45]. В основе таких решений могут быть положены как теоретические и экспериментальные обоснования способов пиловочного сырья и пиломатериалов, регрессионные уравнения по определению выхода заготовок, так и технико-экономические показатели процесса, например, валовая прибыль
Получена оптимизационная математическая модель процесса поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки, учитывающая размерно-качественные характеристики пиломатериалов и заготовок, является обобщенной математической моделью, описывающей технологический процесс поперечного раскроя пиломатериалов на заготовки. Использование математической модели позволяет находить дробность сортировки пиломатериалов, оптимальные планы раскроя пиломатериалов на заготовки и разработку технологии производства заготовок из древесины березы для домостроения по выбранному критерию оптимизации - валовой прибыли.
Организация и методика проведения эксперимента
Для каждого размера основной заготовки строим графики функции распределения длины заготовок свободных размеров, получаемых при вырезке основных заготовок с заданными размерно-качественными характеристиками (рисунок 3.17 - 3.27). Порядок построения графика: - на оси / откладываем длины заготовок свободных размеров, мм; - на оси г] откладываем значения частоты встречаемости заготовок свободных размеров длины, %.
Далее расчет осуществляется для каждого размера заготовок отдельно. Более подробно рассмотрен расчет выхода коротких заготовок из заготовок свободных размеров длины на примере заготовок с размерами по длине 200, 300 и 400 мм, вырабатываемых из этих заготовок, полученных после выработки основной заготовки, длиной 500 мм и насыщенностью сучками пласти заготовки 0,7%, с диаметром допускаемых сучков 15 мм.
Полученные отрезки свободных размеров условно разделим на 7 классов с градацией размеров по длине, равной 50 мм. Среднюю расчетную длину коротких заготовок определим по формуле (2.15): 500 + 150 Іср.р = 2 = 325мм Средняя длина коротких заготовок, полученная экспериментальным путем равна 268 мм. Полученные расчетное и экспериментальное значения средней длины коротких заготовок откладываем на графике (рисунок 3.17) на оси /. Частоту встречаемости заготовок на участке от 200 до 300 мм, в %, определим по формуле (2.19): „==14,3%. Тогда общая площадь распределения заготовок свободных размеров длины будет определяться: Sodm = (500 -150) 14,3 = 5№5мм % Так как расчетная длина заготовок свободных размеров делит полученный прямоугольник на две равные по площади части, то экспериментальная длина этих участков делит образованную трапецию на две равные по площади части: Sn,Pan = 5005 / 2 = 2502,5лш %
Для построения распределения длин заготовок свободных размеров, полученного по экспериментальному значению средней длины коротких заготовок необходимо произвести вычисления, по аналогии с расчетными значениями средней длины коротких заготовок. Тогда средняя расчетная длина коротких заготовок будет равна 209 мм. Частота встречаемости составит 21,2% (268-150=118 мм, 2502,5/118=21,2%).
Полученные расчетную и экспериментальную значения частоты встречаемости коротких заготовок откладываем на графике (рисунок 3.17) на оси rj. Через отмеченные на графике две точки пересечения частот встречаемости и средней длины коротких заготовок строим прямую, описывающую распределение размеров длин заготовок свободных размеров.
График функции распределения заготовок свободных размеров длины, получаемых при выработке основных заготовок с заданными размерно-качественными характеристиками (L = 500мм, Y- 0,7%, d= 15 мм) Для определения значений rj для коротких заготовок, длиной 200, 300 и 400 мм воспользуемся графическим методом. Тогда значения rj для каждой длины соответственно будет равны 18,8; 12,6 и 6,6%. Зная значения rj для каждой длины, найдем площади образованных фигур: 100-18,8 = 1880лш% (для заготовок длиной 200 мм) 100 12,6 = 1260мм % (для заготовок длиной 300 мм) 100 6,6 = 660мм % (для заготовок длиной 400 мм) Разделив найденные значения площади образованных фигур на значение общей площади распределения свободных по длинам заготовок, находим количество коротких заготовок, вырабатываемых из этих заготовок, %. (1880/5005)-100 = 37,5 (для заготовок длиной 200 мм) (1260 /5005) 100 = 25,2 (для заготовок длиной 300 мм) (660/5005) 100 = 13,2 (для заготовок длиной 400 мм) Выход коротких заготовок заданной длины определяем как произведение численного значения размеров коротких заготовок на коэффициент их объемного выхода из свободных по длинам заготовок, получим: 200-37,5 = 7500лш-% (для заготовок длиной 200 мм) 300-25,2 = 7560 мм % (для заготовок длиной 300 мм) 400 13,3 = 5320мм% (для заготовок длиной 400 мм) Общий объем вырабатываемых заготовок заданных размеров из заготовок свободных размеров длины определяем как частное от выхода коротких заготовок на общую длину этих заготовок, %, получим:
(7500 / 26800) 100 = 27,98% (для заготовок длиной 200 мм) (7560/26800)-100 = 28,21% (для заготовок длиной 300 мм) (5320/26800) 100 = 19,85% (для заготовок длиной 400 мм) Общая длина заготовок определяется как произведение экспериментальной длины заготовок на 100%.
Так как при расчете заготовок свободных размеров длины объемный выход принимался за 100%, а фактический их выход от общего объема перерабатываемых пиломатериалов с заданными размерно-качественными характеристиками составил 31,5%, то необходимо произвести перерасчет выхода коротких заготовок, исходя из фактического выхода. Следовательно, имеем: (27,98 31,5) /100 = 8,81 (для заготовок длиной 200 мм) (28,21 31,5) /100 = 8,88 (для заготовок длиной 300 мм) (19,85 31,5) /100 = 6,25 (для заготовок длиной 400 мм) Общий выход коротких заготовок из заготовок свободных размеров длины равен сумме объемных выходов вырабатываемых заготовок: 23,94%
Ниже представлены графики функций распределения заготовок свободных размеров длины, получаемых при выработке основных заготовок с заданными размерно-качественными характеристиками.
Технология производства паркетной доски из низкосортной древесины
Поскольку древесина березы имеет часто значительную кривизну и малый диаметр, то становится невозможным перерабатывать ее на пиломатериалы по повсеместно применяемым традиционным технологиям. Поэтому была поставлена задача - разработать технологическое оборудование для эффективного раскроя таких лесоматериалов на пиломатериалы требуемых размеров и последующего изготовления из них паркетной доски (рисунок 4.12) и отделочных материалов.
Предлагаемая технология обработки древесины березы происходит в несколько этапов: тонкомерная древесина березы на раскрой подается с ориентацией стрелы кривизны в плоскости пиления [22]. Для оптимального ведения производственного процесса пиловочное сырье на раскрой лучше подавать с длиной не более 3 м, для чего предусматривается возможность дополнительного поперечного раскроя. Продольный раскрой производится на многопильном круглопильном станке на необрезные пиломатериалы. В постав включаются доски одной толщины, в диапазоне 2(К28 мм (в зависимости от вида выпускаемой продукции). Параметры многопильного кругло-пильного станка позволяют перерабатывать круглые лесоматериалы с диаметром в верхнем торце от 10 см, длиной от 0,6 м и со стрелой кривизны до 2 см на 1 м длины.
Полученные в результате раскроя необрезные пиломатериалы, предварительно отсортированные по ширине и по качеству, поступают на участок формирования сушильных пакетов.
Высушенные пиломатериалы после технологической выдержки поступает на обработку на четырехсторонний продольнофрезерный станок [78, 37], в результате обработки на котором получаются калиброванные по ширине и толщине пиломатериалы. Четырехсторонний продольнофрезерный деревообрабатывающий станок имеет 6 рабочих узлов, расположенных по схеме (рисунок 4.10):
Технологическая схема фрезерно-пильного станка (ФПС-1) - первый нижний шпиндель, с установленными на нем через дистанционную втулку двумя пазовыми фрезами (1) - для формирования на нижней пласти необрезных заготовок базовых пазов (2) глубиной на величину припуска на последующее фрезерование; - правый обрабатывающий шпиндель (3) - для обработки правой об-зольной кромки заготовок и создания базы для прямолинейной подачи при последующей обработке; - левый обрабатывающий шпиндель (4) - для обработки левой обзоль-ной кромки заготовок и тем самым калибрования их по ширине; - первый нижний горизонтальный шпиндель (5) для снятия около 50% толщины припуска на обработку нижней пласти заготовок; - второй нижний горизонтальный шпиндель (6) - для снятия оставшихся 50% толщины припуска на обработку нижней пласти заготовок; - верхний горизонтальный калибровально-фрезерный шпиндель (7) — для калибрования заготовок (8) по толщине на заданный размер.
Калиброванные по ширине и толщине пиломатериалы подаются на участок поперечного раскроя (на линию оптимизации) для вырезки недопустимых пороков и для получения заготовок заданных размеров по длине. Эти заготовки распределяются на группы по размерам длины.
Размеры по ширине и толщине предварительно калиброванных заготовок предусматривают соответствующие минимальные припуски для окончательной обработки при формировании нужного поперечного сечения паркет 120 ных досок. Полученные калиброванные по ширине и толщине заготовки далее подаются на двухсторонний шипорезный станок для формирования поперечного паза и гребня.
После формирования поперечного паза и гребня заготовка поступает в четырехсторонний фрезерно-шлифовальный станок [39], на котором формируются продольный паз и гребень, фрезеруются компенсационные пазы, а также производится финишная обработка лицевой поверхности. Рабочие узлы станка расположены по следующей схеме (рисунок 4.11)
Технологическая схема фрезерно-шлифовального станка (ФШС-1) - первый нижний горизонтальный шпиндель, с установленными на нем через дистанционную втулку двумя пазовыми фрезами (1) - для предварительного фрезерования боковых кромок заготовок (7) на глубину до базы «паз - гребень» с целью предотвращения появления возможных сколов древесины при последующем фрезеровании указанных боковых кромок; - верхний горизонтальный шпиндель (2) - для формирования нижней пласти заготовки с образованием продольных компенсационных пазов в паркетной доске; - два оппозитно расположенных вертикальных шпинделя (3) - для фрезерования боковых кромок заготовок с изготовлением отмеченной выше базы «паз - гребень»; - три последовательно смонтированных ленточно-шлифовальных блока (4,5,6) - для калибрования и чистовой обработки паркетных досок. Базирование обрабатываемых заготовок при предварительном и окончательном калибровании - осуществляется по сформированной технологической базе гребень-паз.
Наклонные отверстия с зенковкой под головку самореза в полученном в результате обработки гребне паркетной [73], выполняются на дополнительном рабочем участке с помощью ручного электрифицированного инструмента с соответствующей технологической оснасткой.
