Раздел 1 Технологический раздел

1.1 Составление плана раскроя бревен

Составление поставов.

План раскроя – система поставов, которые обеспечивают использование спецификации пиломатериалов при условии рационального распиливания данного сырья. Для составления плана раскроя необходимо учитывать заданную спецификацию бревен по размерам и качеству, спецификацию пиломатериалов, которые необходимо выпилить, и нормативы сортового выхода пилопродукции.

Основными этапами составления плана раскроя являются:

1. cоставление поставов;

2. расчет поставов;

3. составление плана раскроя.

Составить постав – значит выбрать способ распиловки, определить количество досок в поставе, их местоположение и толщину. Поставы должны обеспечить рациональный раскрой бревен, выпиливание досок, которые отвечают спецификации и имеют высокое качество.

Теоретические исследования по раскрою бревен дают возможность сформулировать основные требования к составлению рациональных поставов:

1. При распиловке вразвал с центральной зоны бревна предусматривают выпиловку толстых досок, а по мере приближения к краю торца толщина досок в поставе уменьшается. При распиловке с брусовкой толщину выбирают в пределах 0,55 – 0,8 вершинного диаметра бревна с учетом спецификации пиломатериалов; толщину досок за брусом в первом проходе и толщину боковых досок за пределами пласти бруса определяют по приведенным графикам (рис.1 и 2) и принимают по возможности одинаковых размеров; толщину досок, которые выпиливают со средней части бруса во втором проходе, определяют с учетом качественных зон бревна и спецификации пиломатериалов. При этом желательно выпиливать толстые доски только одного – двух размеров по толщине.

Распиловка с брусовкой обеспечивает лучшее использование качественных зон бревна и меньшее рассеивание размеров пиломатериалов, чем распиловка вразвал. Объемный выход обрезных досок, особенно спецификационных, при распиловке с брусовкой увеличивается.

2. Поставы должны быть симметричными относительно центра бревна. Несимметричные поставы увеличивают количество размеров досок по ширине, усложняют их сортировку, создают неблагоприятные условия для работы лесопильной рамы.

3. В один постав не рекомендуется включать доски смежной толщины (16–19; 19–22; 22–25), так как при их сортировке усложняется размещение по размерам досок, толщина которых меньше чем на 5 мм.

4. Не рекомендуется составлять поставы с большим количеством пил, это значит выпиливать только тонкие доски, так как при перезагрузке лесорамы значительно снижается ее производительность. Оптимальное количество досок в поставе выбирают по табл.1 приложения.

5. В связи с тем, что сердцевинная часть доски имеет низкое качество, толщина центральных и сердцевинных досок должна быть принята не менее, чем указано в табл.2.

6. Ширина постава не должна превышать размера наибольшего граничного обхвата диаметра бревна поставом.

При составлении поставов используют графики и табл. Профессора М. А. Батина.

Сосновые брёвна диаметром 20 см и длиной 4 м распиливают на линии агрегатной переработки брёвен. Ширина пропила составляет 3 мм. Составить постав на распиловку этих брёвен вразвал.

По таблице 1(приложения) выбираем оптимальное количество досок в поставе(6 досок) и составляем схему постава.

Устанавливаем номер графика, по которому будем определять толщину досок, по формуле:

N=(m+1)-n (1.1)

где N – номер графика, по которому определяют толщину доски;

m - общее количество пар досок в поставе;

n - порядковый номер доски от центра торца бревна.

N₁= (3+1)-1=3;

N₂= (3+1)-2=2;

N₃= (3+1)-3=1.

Это значит, толщину первой доски определяем по графику 3 (вприложении), следовательно, толщину второй доски - по графику 2, третей – по графику 1.

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

C₁=0,5s (1.2)

где s – ширина пропила.

С₁=0,5×3=1,5 мм;

Тогда на оси обсцис находим пункт c₁ = 1,5 мм и по вертикали поднимаемся до пересечения с кривой, соответствующей диаметру 20 см. Пункт пересечения переносим на ось ординат и находим, что стандартная толщина а₁=44 мм.

Для второй доски расстояние от центра постава до внутренней пласти:

С₂ = с₁ +(a₁+y₁+s) (1.3)

С₂=1,5+(44+1,4+3)= 49,9 мм.

Обозначим, что величина усушки у₁=1,4 для доски толщиной а₁=44 мм определим по таблице 2 приложения.

По графику 2 определим толщину второй доски: а₂=25 мм.

Для третей доски:

С₃= с₂ +(a₂+y₂+s) (1.4)

С₃=49,9+(25+0,8+3)=78,7 мм.

По графику 1 приложения определим толщину третей доски: а₃=19 мм.

Обозначим, что при определении по графиках с двух ближайших стандартных значений принимаем ту толщину доски, которая задана спецификацией пиломатериалов. Таким образом, наш постав имеет вид:

19-25-44-44-25-19.

Рисунок 1.1 Схема постава на распиливание бревна вразвал

Находим общую ширину этого постава, это значит расстояние между внешними пластями крайних досок:

Е=2((а₁+у₁+s/2)+(a₂+y₂+s)+(a₃+y₃+s)) (1.5)

Е=2((44+1,4+1,5) + (25+0,8+3) + (19+0,6+3))= 2(46,9+28,8+22,6)=196 мм = =0,983d.

Составим постав на распиливание сосновых бревен диаметром 60 см, длиной 4 м на обрезные пиломатериалы с брусовкой. Ширина пропила составляет 2 мм. Ленточнопильный станок.

Постав для первого прохода:

С учётом спецификации пиломатериалов выбираем толщину бруса 300 мм. По таблице 1 приложения определим количество досок, которые выпиливают в 1 проходе (по три с каждого бока). После этого составляем схему постава для 1 прохода.

Устанавливаем номер графика, по которому будем определять толщину досок.

N₂= (4+1)-2=3;

N₃= (4+1)-3=2;

N₄= (4+1)-4=1.

Для второй доски – этот график 3, для третей – график 2, а для четвёртой – график 1. Затем определим расстояние от центра постава до внутренней пласти досок.

Для второй доски:

C₂=0,5(h_b+y_b) + s (1.6)

где h_b- номинальная толщина бруса;

y_b- припуск на усушку.

C₂= 0,5 (300+7,8) + 2 = 155,9 мм.

По графику 3 определим толщину второй доски (a₂ = 60 мм).

Для третей доски по формуле (1.4):

C₃= 155,9 + (60 + 1,8 + 2) = 219,7 мм.

По графику 2 определим толщину третей доски : а₃=44 мм.

Для четвёртой доски по формуле:

С₄= с₃ +(a₃+y₃+s) (1.7)

C₄= 219,7 + (44 + 1,4 + 2) = 267,1 мм.

По графику 1 определим толщину третей доски : а₄=32 мм.

В этих расчётах h_б-номинальная толщина; у_б, у_2, y₃ -припуски на усушку по толщине; s-ширина пропила.

Постав первого прохода:

300/1 – 60/2 – 44/2 – 32/2.

Общая ширина этого постава:

E_n = (а₁+у₁) + 2(a₂+y₂+s) + 2(a₃+y₃+s) + 2(a₄+y₄+s) (1.8)

E_n1 = (300 + 7,8) + 2(60 + 1,8 + 2) + 2(44 + 1,4 + 2) + 2(32 + 1,0 + 2) = 600,2 = =1,0d

Постав для 2 прохода:

Сначала определим ширину пласти бруса:

В_б (1.9)

где d – диаметр;

у_б- припуск на усушку.

В_б

В постав для распиловки ширины пласти бруса с учётом спецификации пиломатериалов и наилучшего использования этой пласти включаем 8 досок толщиной 60мм.

Ширина этого постава будет:

Е_п1.1 = 2(60+1,8+1)+6(60+1,8+2) = 125,6+382,8 = 508,4 мм.

По таблице 1 приложения установим количество досок, которые выпиливают с боковой зоны бревна за пластью бруса во 2 проходе (по 1 доске с каждого бока).

Составим схему постава для 2 прохода и определим расстояние от центра до внутренней пласти доски:

С₅ = 0,5 × Е_п1.1 + s (1.10)

С₃=0,5× 508,4 + 2 = 256,2 мм.

По графику (приложения 1) определим толщину этой доски, Ближайший стандартный размер будет 44 мм.

Тогда постав 2 прохода будет:

60/8 – 44/2

Общая ширина этого постава находим по формуле (1.8):

E_п2= 2(60+1,8+1) + 6(60+1,8+2) + 2(44+1,4+2) = 603,2мм = 1,01d.

Рисунок 1.2 Схема постава на распиливание бревна с брусовкой

Расчёт поставов на выпиливание обрезных досок

Вразвал.

Сначала определим ширину пифагоричной зоны:

E_кр (1.11)

где d и D – диаметр бревна в верхних и комлевых торцах.

Для этого находим диаметр бревна в комлевом торце:

D= d+ c×L (1.12)

где с – сбег бревна;

L – длина бревна.

D = 20 + 0,79x4 = 23,16cм.

тогда

E_кр =

Затем определим расстояние между симметричнымипластями досок в поставе:

E₁ = 2(a₁ + y₁ + s/2) (1.13)

Е₁= 2(44 + 1,4 + 3/2) = 93,8мм;

E₂ = E₁ + 2(a₂ + y₂ + s) (1.14)

Е₂= 93,8+2(25+0,8+3) = 151,4мм;

E₃ = E₂ + 2(a₃ + y₃ + s) (1.15)

Е₃ = 151,4+2(19+0,6+3) = 196,6мм,

где а₁, а₂, а₃ – номинальная толщина досок в поставе;

у₁, у₂, у₃ – припуски на усушку по толщине для соответственных досок;

s-ширина пропила.

При расчётах расстояние между симметричными пластями досок в поставе можно пользоваться таблицей 2(приложения). Из расчётов видно, что первая и вторая доски находятся в пифагоричной зоне , а третья – в параболической зоне (E₃ > _Екр ). Значит, первая и вторая доски будут иметь длину,равную длине бревна, что значит 4м, а третья доска должна быть укороченная.

Определим ширину досок:

b_n= (1.16)

где d – диаметр бревна в верхнем торце;

E_n – расстояние между симметричными внешними пластями i-й доски.

Тогда

b₁ мм.

b₂мм,

Если отнять припуски на усушку по ширине, тогда стандартная размер этих досок будет соответственно 175мм и 130 мм. Крайние боковые доски надо укорачивать.

Оптимальную ширину этих досок определим по формуле:

b₀= (1.17)

b₀ мм.

Принимаем стандартную ширину этой доски 75 мм, а с припуском на усушку ширина третьей доски будет:

= b_0ст + у_0ст (1.18)

где b_0ст- стандартная ширина доски;

у_0ст – припуск на усушку этой доски.

75+2,3=77,3 мм.

Расчётный диаметр определим по формуле:

d_p (1.19)

где - ширина третей доски

d_p=

Затем определим длину укороченной доски:

L = (D- d_p)/c (1.20)

L = (23,2 – 21,4)/0,76=2,4 м.

Стандартная длина этой доски будет 2,5 м., таким образом, в итоге расчёт получили следующие размеры обрезных досок (в метрах) и их объём:

0,044×0,175×4×2=0,0616 м³;

0,025×0,130×4×2=0,026 м³;

0,019×0,075×2,5×2=0,007125 м³;

0,094725 м³

Объёмный выход обрезных пиломатериалов с бревна составляет:

ŋ = 100V_д/V_б (1.21)

где V_д – объём получаемых досок;

V_б – объём бревна.

ŋ = 100×0,094725/0,147 = 64,4 %;

Брусовка.

Определим комлевый диаметр бревна по формуле (1.12):

D = 60+1,8×4 = 67,8 см, и ширина пифагоричной зоны

Е_кр = мм. (по формуле 1.11)

После этого определим расстояние между симметричными пропилами в 1 и 2 проходе:

1 проход: Е₁ = 307,8 мм; Е₂ = 307,8+2(60+1,8+2) = 435,4 мм;

Е₃ = 435,4+2(44+1,4+2) = 530,2 мм;

Е₄ = E₃ + 2(a₄ + y₄ + s); (1.22)

Е₄ = 530,2+2(32+1+2)=600,2 мм.

2 проход: Е₁ = 2(60+1,8+2/2)=125,6 мм; Е₂ = 125,6+2(60+1,8+2) = 253,2 мм;

Е₃ = 253,2+127,6 = 380,8 мм; Е₄ = 380,8+127,6 = 508,4 мм;

Е₅ = E₄ + 2(a₅ + y₅ + s); (1.23)

Е₅ = 508,4+94,8 = 603,2 мм.

Отметим, что в 1 проходе четвёртая доска будет укороченная, потому что Е₄>Е_кр, а во 2 проходе – пятая.

Затем определим ширину пласти бруса по формуле (1.16):

В_бр мм.

Определим размеры досок в 1 проходе:

Боковые доски толщиной 60 и 44 мм входят в пифагоричную зону, потому что Е₂ и Е₃ <Екр, и их ширину находим по формуле (1.16):

b₂ = мм;

b₃ = мм.

Стандартная ширина доски толщиной 60 мм составляет 425 мм, толщиной 44мм – ширина 275мм с учётом того, что у обрезных досок допускается обзол в размерах 1/6 толщины доски.

Таким образом, размеры и объём боковых досок 1 прохода будет:

V_n = a×b×c×n (1.24)

где a – толщина;

b – ширина;

а – длина;

n – количество.

V₂ = 0,060×0,425×4×2 = 0,204 м³.

V₃ = 0,044×0,275×4×2 = 0,0963 м³

Крайние доски 1 прохода толщиной 32 мм, находятся в параболической зоне, потому что Е₄>Е_кр, и они должны будут укороченные.

Определим их оптимальную ширину по формуле (1.16):

мм.

Принимаем стандартную ширину доски b₄ = 175 мм, с учётом усушки ширина будет b_4(p) = 179,4. Для определения длины доски потребуется иметь расчётный диаметр.

Расчётный диаметр находим по формуле (1.19):

d_p= мм

Тогда длина этих досок находим по формуле (1.20):

L = (67,2 – 62,6)/1,8 = 2,55 м.

Стандартная длина 2,5 м.

Таким образом, размеры и объёмы крайних досок 1 прохода находим по формуле (1.24):

V₃ = 0,032×0,175×2,5×2 = 0,028 м³.

Во втором проходе ширина досок толщиной 60 мм, которые будут выпиливать с пласти бруса, будет равная толщине бруса – 300 мм.

Размеры и объём этих досок по формуле (1.21):

V₁ = 0,060×0,3×4×8 = 0,576 м³;

Крайние доски 2 прохода толщиной 44 мм будет укороченной, потому что Е₅>Е_кр. Их оптимальная ширина и длина определяется в том что же порядке, как и ширина и длина крайних досок в 1 проходе.

Находим размеры и объём крайних досок 2 прохода:

Определим их оптимальную ширину по формуле (1.16):

мм.

Принимаем стандартную ширину доски b₅ = 175 мм, с учётом усушки ширина будет b_5(p) = 179,4. Для определения длины доски потребуется иметь расчётный диаметр.

Расчётный диаметр находим по формуле (1.19):

d_p= мм

Тогда длина этих досок находим по формуле (1.20):

L = (67,2 – 62,9)/1,8 = 2,38 м.

Стандартная длина 2,5 м.

Таким образом, размеры и объёмы крайних досок 1 прохода находим по формуле (1.24):

V₃ = 0,044×0,175×2,5×2 = 0,0385 м³.

Таким образом, общий объём обрезных досок составляет:

V_д = V₂ + V₃ + V₁ +V₂ + V₃ (1.25)

V_д = 0,204+0,0968+0,028+0,576+0,0385=0,9433 м³.

Объёмный выход пиломатериалов с бревна определим о формуле (1.21):

ŋ = 100×0,9433/1,275=74%

План раскроя бревна.

При составлении плана раскроя в первую очередь предусматривают выпиливание широких и толстых досок с крупных брёвен, а также досок тех размеров, которые требуются в большом количестве. Одновременно с этим основными пиломатериалами в поставе включаются доски тонкие и узкие. Их выпиливают с периферийной зоны бревна или бруса. Затем постепенно переходят к распилке средних брёвен на пиломатериалы, которые ещё не выпилены. Таким образом, постепенно выпиливают заданные пиломатериалы при распиловке всего сырья по спецификации. Отметим, что при составлении постава необходимо стремится выполнить заданную спецификацию пиломатериалов. Перевыполнение или недовыполнение может быть в границах ±5%. При этом брёвна одного диаметра могут быть распилены по нескольким поставом.

После этого определяют количество брёвен, которые необходимо выпиливать с учётом необходимого количества пиломатериалов по спецификации, это значит 40000м³. Объём бревна В (м³) для распиливания 40000м³ пиломатериалов определяют по формуле:

, (1.26)

(1.27)

где ŋ₁,ŋ₂,…ŋ₇ – объёмный выход досок по каждому поставу,%;

P₁;P₂;….P_e– для брёвен соответствующих диаметров по спецификации, %.

=68,24%.

м³.

А общие количество брёвен размечают по диаметрам с учётом спецификации сырья. Сначала определяют объём бревна каждого диаметра (м³) по формуле:

В_i (1.28)

это значит:

м³;

м³.

Затем определяют количество таких брёвен (штук) с учётом объёма одного бревна соответствующего диаметра, это значит:

N_i (1.29)

;

;

В формулах (1.28) и (1.29) В_i и N_i – соответствующего объёма и количества бревна i-го диаметра; P_i-доля бревна i-го диаметра в общем объёме сырья по спецификации, %; V_i-объёме одного бревна i-го диаметра, м³.

Составим план раскроя бревна по спецификации сырья (таблица1.1) на пиломатериалы по спецификации (таблица1.2).

Таблица 1.1Спецификация сырья

d, см	% по объёму	% по сортам			Всего
		I	II	III
20	60	10	60	30	100
60	40	40	40	20	100
Всего	100	Длина бревна 4 м

Таблица 1.2 Спецификация пиломатериалов

Ш мм Т, мм	75	130	175	275	300	425	Всего, м3
	Объём досок, м3
19	43						43
25		155					155
32			13				13
44			386	44			430
60					265	94	359
	Всего						1000

Результаты составления и расчёта поставов для выполнения заданной спецификации пиломатериалов при раскрое бревна диаметром 20 см и 60 см приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 Ведомость расчёта поставов

Размеры брёвен	Постав	Расстояние между пластями досок, мм	Размеры досок стандартные			Количество досок	Объём досок, м3	ŋ, %
			Толщина, мм	Ширина, мм	Длина, мм
d= 20см L= 4 м V= 0,147м3	44/2-	93,8	44	175	4	2	0,0616
	25/2-	151,4	25	130	4	2	0,026
	19/2	196,6	19	75	2,5	2	0,007125
Всего							0,094725	64,4
d= 60см L= 4м V= 1,275м3	300/1-	307,8	300	515	-	-	-
	60/2-	435,4	60	425	4	2	0,204
	44/2-	530,2	44	275	4	2	0,0963
	32/1	600.2	32	175	2,5	2	0,028
	60/8-	508,4	60	300	4	8	0,579
	44/2	603,2	44	175	2,5	2	0,0385
Всего							0,9433	74

Результаты распределения брёвен приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 Распределения брёвен

Характеристика бревна			Доля бревна в общем объёме, %	Количество брёвен
d, см	L, м	V, м3		м3	шт.
20	4	0,147	60	879,24	5981
60	4	1,275	40	586,16	460
Всего			100	1465,4	6441

После расчёта количества брёвен, которые распиливают на каждом поставе, составляем план раскроя брёвен (табл. 1.5).

Таблица 1.5 План раскроя брёвен

Номер постава	Диаметр бревна, см	Колво брёвен, распилива-емых по поставу		Размеры выпиливаемых досок							Всего досок, м3
				19×175	25×130	32×175	44×175	44×275	60×400	60×425
		шт.	м3	Объём досок, выпиливаемых со всех брёвен, м3
1	20	5981	879,24	42,61	155,51		368,42				566,5
2	60	460	566,16			12,88	17,71	44,3	264,96	93,8	433,7
Всего			1465,4	42,61	155,51	12,88	385,13	44,3	264.96	93,8	1000,2

В таблицу записывают все составленные поставы. При этом, чтоб определить общий объём досок каждого размера поперечного сечения, необходимо объём досок этого размера, выпиливаемых с одного бревна, умножить на количество брёвен, распиливаемых по этому поставу. Общее количество выпиливаемых досок А_пл.р будет примерно равной 1000 м³ (отклонение объёму могут составлять ±5 %).

Фактический объёмный выход досок по плану раскроя определяют по формуле:

ŋ_пл.р. (1.30)

где А_пл.р. – всего досок;

В – объём бревна.

%.