Расчет поставов по графику-квадранту

Практика показывает, что при проектировании и расчете поставов на ЭВМ пользователю необходимо овладеть не только приведенным выше графо-аналитическим методом проектирования оптимальных неполных поставов, но и их расчетом, например по графику-квадранту (рис. 2.4). Это в сумме дает наилучшее представление о закономерностях и особенностях раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы. Так, программы расчетов на ЭВМ могут учитывать влияние допустимости небольшого обзола на расчетную ширину боковых обрезных досок (а следовательно, и объемный выход пиломатериалов), иметь блок автоматической оптимизации длины боковых обрезных досок, учитывать кривизну и эллиптичность бревен и прочие факторы или не предусматривать учет всех этих факторов или их части.

Пример. Проведем расчет по графику-квадранту (см. рис. 2.4) полученных выше оптимальных неполных поставов первого и второго проходов при распиловке с брусовкой пиловочных бревен с теми же размерными параметрами (d = 26 см, L = 6 м и объем бревна этого диаметра и длины q = 0,39 м3).
Расчет постава первого прохода начинаем с определения расхода древесины (мм) на брус:

Ввиду того что мы имеем дело с симметричными поставами, расстояние от оси бревна до наружной пласти бруса составит 153,9/2 = 76,95 = 77 мм, которое и записываем в графу 4 табл. 2.3. Обратим внимание на то, что при проектировании неполных поставов по графикам профессора Н.А. Батина расстояние от центра бревна определяется до внутренней пласти доски, а при расчете поставов по графику-квад-ранту расстояние от центра бревна определяется до ее наружной пласти. Номинальную толщину первой от центра бревна боковой доски а2 = 25 мм записываем в графу 1 табл. 2.3, а в графу 2 — число этих досок в поставе первого прохода — 2 шт. Определяем расход древесины (мм) на доску а2:

Заносим это значение в графу 3 табл. 2.3 и т. д. Рассчитываем расстояние (мм) от оси бревна до наружной пласти этой доски:

Откладываем это расстояние от центра постава на графике-квадранте (см. рис. 2.4) и проводим вертикальную линию до пересечения с заданным вершинным диаметром бревна, в данном случае d = 26 см. График построен в прямоугольных координатах. На оси абсцисс — расстояние от центра постава до наружной пласти доски в миллиметрах. На оси ординат — ширина обрезной доски в миллиметрах. Проектируя точку пересечения диаметра бревна с вертикальной линией, характеризующей расстояние от оси бревна до наружной пласти доски, на ось ординат, находим расчетную ширину доски =148 мм. Учитывая, что небольшой обзол (~1/5 длины) допускается даже в досках высших сортов, принимаем стандартную ширину доски толщиной 25 мм равную 150 мм.
Определяем расход древесины (мм) на боковую доску толщиной 19 мм:

Все эти и другие данные последовательно записываем в табл. 2.3. Рассчитываем расстояние (мм) от оси бревна до наружной пласти этой доски:

Допустим, что в соответствии с заданной нам размерной спецификацией пиломатериалов ее ширина должна быть равна 100 мм. Проводим горизонталь от оси ординат из точки, соответствующей ширине доски 100 мм, до пересечения с вертикальной линией, проведенной от оси абсцисс из точки, соответствующей расстоянию от центра постава до наружной пласти доски толщиной 19 мм, равному 129,6 мм. В точке пересечения этих линий находится диаметр бревна, равный 28 см. Его можно назвать «текущим» — dт. С его помощью рассчитываем длину (м) боковой укорачиваемой доски:

где αсб — расчетный сбег бревна (см/м), который определяется в свою очередь по формуле

Заметим, что произведение dKc = D = 26*1,2 = 31,2 см — комлевый диаметр бревна. Мы ведем расчет постава при выпиловке из бревен пиломатериалов по ГОСТ 8486—86 с градацией досок по длине 0,25 м. Поэтому, учитывая возможность небольшого обзола, длину доски толщиной 19 мм и шириной 100 мм принимаем 3,75 м (см. графу 7 в табл. 2.3). После этого определяем объем обрезных досок, выпиливаемых из бревна на первом проходе: 0,025*0,15*6*2 = 0,045 м3 и 0,019*0,1*3,75*2 = 0,0142 м3.

Приступаем к расчету постава на втором проходе. Номинальная толщина сердцевинной доски 75 мм. Число таких досок в поставе 1. Расход древесины на эту доску с учетом усушки 77,3 мм, расстояние от оси бревна до ее наружной пласти 38,65 мм, т. е. ~38,7 мм. Ширина этой доски равна ширине бруса 150 мм, длина равна длине бревна 6 м и объем составляет 0,075*0,15*6 = 0,0675 м3. Расход древесины с учетом усушки на доску толщиной 60 мм равен 60 + 1,8 = 61,8 мм. Расстояние от оси бревна до наружной пласти этой доски составляет 38,7+3,6+61,8 = 104,1 мм. Она находится в пределах пласти бруса, следовательно, ее ширина 150 мм, длина 6 м. Объем этих досок (так как их две) равен 0,06 0,15 6 2 = 0,108 м3. Расход древесины с учетом усушки на доску толщиной 19 мм равен 19,6 мм. Расстояние от оси бревна до наружной пласти этой доски составляет 104,1 + 3,6 + 19,6 = 127,3 мм. Аналогично с боковой доской такой же толщины в первом проходе: назначаем ее ширину 100 мм и определяем ее длину по графику-квадранту. Точка пересечения проекций с осей абсцисс и ординат находится на «текущем» диаметре бревна dт = 27,5 см. Следовательно, ее джина lvк = 6 - (27,5 - 26)/0,866 = 4,27 м. Принимаем ее длину равной 4,25 ом. Объем таких досок (их две) равен 0,019*0,1*4,25*2 = 0,0171 м3.
Сумма объемов всех досок, выпиленных из бревна на первом и втором проходах, А = 0,045 + 0,0142 + 0,0675 + 0,108 + 0,0161 = 0,2508 м3. Следовательно, объемный выход пиломатериалов (см. табл. 2.3), %:

В табл. 2.1 приведено оптимальное число досок в поставе при распиловке бревен с брусовкой при выпиловке одного бруса. Для ряда случаев даны 2...3 варианта числа досок в поставе. Эти варианты дают почти совпадающие результаты по объемному выходу обрезных пиломатериалов. Однако, пользуясь таблицей для выбора оптимального количества досок в поставе, следует иметь в виду, что постав с большим числом досок дает несколько больший выход, но при получении более тонких досок (особенно крайних). Из боковой зоны бревна выпиливают доски толщиной 16; 19; 22; 25 мм и очень редко большей толщины — только при распиловке крупномерных бревен.
Следует учесть, что ни в один постав, по которому распиливают бревна в один период работы лесопильного потока (цеха), при сортировке досок на одной сортировочной площадке или автоматизированной линии не ставят доски смежных толщин, например 19 и 22 мм. Иначе не только затрудняется визуальная сортировка досок, но и происходит переход досок из одного размера в другой при определении размеров их поперечных сечений. Поэтому на автоматических линиях для сортировки сырых досок по сечениям предусматривается разделение досок, отличающихся по толщине не менее чем на 5 мм.
Первой задачей при раскрое бревен брусоразвальным методом является определение рациональной толщины (на первом проходе) или высоты (на втором проходе, когда брус уже лежит на пласти) бруса. Толщину бруса берут равной ширине обрезных досок (включая припуски на усушку), получаемых из пласти бруса при его развале на раме второго ряда. На практике при составлении поставов крайние пилы, использующие основную часть бруса при его развале, размещают несколько ближе к центру, чем граница пласти бруса. Это делается для сокращения потерь объемного выхода пиломатериалов от расчетного при распиловке с брусовкой. Несоблюдение этих условий (расход ширины постава для досок, выпиливаемых из пласти бруса, меньше пласти в вершинном торце расчетного диаметра на 10...20 мм) вызывает дополнительное снижение объемного выхода пиломатериалов, например при точности сортировки ± 1 см на 1,5...3% от объема сырья. Теоретически это впервые показал В.А. Залегаллер при помощи графика усредненной высоты пропилов для брусовки с разной толщиной бруса.
При выработке обрезных пиломатериалов заданных размеров толщину (высоту) бруса рекомендуется принимать в пределах от 0,6 до 0,8 диаметра бревна (0,7d ± 0,1d). При учете качества бревен профессор П.П. Аксенов рекомендует для увеличения выхода пиломатериалов высших сортов принимать высоту бруса в поставах по развально-брусовому способу ближе к его верхней границе, т.е. к 0,8d. Объясняется это тем, что по действующим ГОСТам на пиломатериалы допустимый размер сучков зависит от ширины досок — чем она больше, тем больший размер сучков допускается в пиломатериалах высших сортов. Однако учитывая, что размеры сучков, выходящих на поверхность бревен, уменьшаются с приближением к продольной оси, при распиловке сильно сучковатых бревен большая высота бруса может привести к увеличению размеров сучков, выходящих на поверхность досок, а следовательно, к снижению их сортности. Поэтому при распиловке сильно сучковатых бревен лучший сортовой выход пиломатериалов может быть получен из бруса высотой 0,6d. Очевидно, что учесть эти и другие особенности качества распиливаемых бревен возможно только при наличии информации о качестве конкретного бревна и нахождении оптимального постава с учетом спецификационных требований к выпиливаемым пиломатериалам.
В пределах пласти бруса можно ставить доски любой требуемой толщины. При этом выпиловка более толстых досок дает лучший выход благодаря уменьшению потерь в опилки и на усушку. Большое значение также имеет число выпиливаемых сечений досок из зоны пласти бруса. Наиболее целесообразно для уменьшения числа сечений пиломатериалов, выпиливаемых за расчетные периоды времени, из зоны пласти бруса выпиливать доски только одной толщины.
Следует учитывать, что сердцевина и отлупные трещины в годовых слоях, прилегающих к ней, снижают качество досок. Поэтому зону пониженного качества включают в сердцевинную или центральные доски, ограничивая их наименьшую толщину. В бревнах диаметром 36 см и выше вообще не рекомендуется выпиливать центральные доски, а минимальная толщина сердцевинных досок равна приблизительно 50 мм. Минимальная толщина. сердцевинных досок в бревнах диаметром 22...24 см равна 40 мм, диаметром 26...34 см — около 45 мм. Наименьшая толщина центральных досок в бревнах диаметром 18...20 см равна 19 мм, диаметром 22...24 см — около 22...25 мм.
Исследования этого вопроса показывают, что существующее в практике лесопиления предположение о связи величины отлупи: ой трубки с диаметром бревна не подтверждается, так как независимо от последнего размер отлупа изменяется от 8 до 36 мм и включает до 5 годичных слоев. Поэтому основное влияние на минимальную толщину сердцевинных и центральных досок оказывают отклонение сердцевины от центра торца бревна и размер отлупа годовых слоев, прилегающих к сердцевине. С увеличением диаметров сосновых бревен чаще встречаются отлупы годовых слоев, прилегающих к сердцевине. В вершинных бревнах это явление менее выражено, в комлевых (диаметром около 36 см и выше) более заметно. Выбор толщины центральных досок позволяет исключить попадание отлупной трубки более чем в две доски, выпиливаемые из зоны пласти бруса. Больший же зффект при раскрое бревен с учетом их качества может быть достигнут только при индивидуальном подходе к размерным и качественным особенностям каждого бревна.
Сырье восточных районов страны характеризуется разнообразием пород древесины, широким диапазоном диаметров бревен и значений их сбега и как следствие весьма существенным удельным весом различных пороков древесины (не только сучков, но и гнили, метиковых трещин и т. п.). С самого начала промышленного лесопиления распиловку бревен в восточных районах производят на среднепросветных и широкопросветных лесопильных рамах в потоках, структура которых практически мало чем отличается от структуры потоков в европейской части страны, где, как правило, из бревна выпиливают только один брус.
Например, при диаметре бревен 40 см и выпиловке бруса с минимально рекомендованной шириной, равной 0,6d, из центральной части бруса (в пределах ширины его пласти) на втором проходе могут быть выпилены доски шириной 40*0,6 = 240 мм, тогда как средняя ширина досок, требуемая спецификациями, составляет около 130...150 мм. Поэтому традиционные рекомендации при распиловке крупномерного сырья с брусовкой сводились к тому, чтобы выпиливать на первом проходе 2 или 3 бруса с последующей распиловкой их на доски за один или два прохода. Брусья распиливали отдельно, по одному, или же сложенными так, как были получены при первом проходе. Для лучшего выделения качественных зон брусьев средний из трех брусьев отделяли и распиливали отдельно. Сумму высот (ширин) всех брусьев рекомендовалось брать от 0,6d до 0,8d.
Распиловка крупномерных бревен с одним брусом приводит к появлению глубокого (тонкого) бруса с шириной меньше 0,6d. Выпиливаемые за этим брусом необрезные доски получаются очень широкими и требуют не только обрезки кромок, но и продольного раскроя на несколько обрезных досок заданной ширины. При выпиловке широкого бруса выпиливаемые из него широкие обрезные доски требуют продольного раскроя на несколько узких досок.
Раскрой бревен больших диаметров на два бруса рационален только при хорошем качестве сырья. Это по сравнению с выпиловкой одного бруса, когда центральные доски не делятся по ширине до сушки, позволяет уменьшить длину годичных слоев в досках, выпиливаемых из центральной части бревна, и благодаря этому на несколько процентов снизить потери от поперечной покоробленности досок при последующей выработке из них строганых и других изделий.
Известно, что толщина снимаемого слоя древесины T при продольном фрезеровании является функцией шероховатости Ш, поперечной покоробленности П и отклонения от номинальных размеров пиломатериалов Δ, т. е. T=f(Ш; П; Δ). Поэтому систематическое уменьшение поперечной покоробленное позволяет сэкономить древесину за счет уменьшения припусков при продольном фрезеровании.
Наиболее значительные исследования в области теории раскроя сырья с учетом качественных зон бревен, выработки высококачественных пиломатериалов и заготовок специального назначения из определенных зон бревен были проведены профессорами П.П. Аксеновым, В.Ф. Ветшевой и др. В результате предложены новые методы раскроя сырья с учетом его качества и выдвинута гипотеза об экономической целесообразности сортировки сырья на качественные группы. Однако в связи с особыми трудностями, зависящими в огромной степени от общего уровня организации переработки древесного сырья, отсутствием датчиков качества и другими факторами решение этой проблемы, по существу, находится в начальной стадии.
Даже при специализации по породам и группам диаметров на одном и том же оборудовании лесопильных потоков распиливаются: одновременно бревна с довольно широкими отклонениями по диаметру, резко различным сбегом (комлевые, срединные, вершинные) и не рассортированные даже по основным качественным признакам (сильносучковатые, малосучковатые, с гнилями, равными, например, 0,4d, без гнили и т. д.). Теоретически можно допустить, что выходом из этого положения явится предварительная сортировка бревен не только по породам и группам диаметров, но и по месту их вырезки из хлыста, т. е. на комлевые и вершинные бревна. Однако даже эти сортировочные признаки не определяют однозначно ни протяженность бессучковой зоны, ни значение сбега у целого ряда бревен и другие факторы, влияющие на выбор оптимального способа и схемы их раскроя, не говоря уже о практической невозможности в целом ряде случаев осуществить такую сортировку сырья.
Разнообразие размерных, качественных и физикомеханических параметров древесного сырья и требований к пилопродукции приводит к необходимости постоянного совершенствования технологии раскроя пиловочных бревен. Большое значение имеет при этом выбор наиболее рационального способа раскроя пиловочных бревен в зависимости от породы, размеров и качества сырья, назначения пиломатериалов, влияния на качество и время сушки (с точки зрения поперечной покоробленности и других факторов) досок радиальной, тангенциальной и смешанной распиловки, а также объема и технического уровня производства.