Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Системы оптимизации раскроя пиловочных бревен на пиломатериалы с учетом качества древесины

29.07.2015

Проблема раскроя бревен на пиломатериалы с учетом качества древесины начала решаться в мировой практике лесопиления еще в конце 1960-х годов в проекте ленточнопильного потока шведской фирмы «Чер». Линия была расположена в двухэтажном лесопильном цехе, на первом этаже которого находятся окорочные станки, а также рентгеновская и телевизионная установки. Последние позволяют оператору визуально оценивать качество предназначенных для распиловки бревен. Результаты оценки поступают в ЭВМ, которая по заданной программе после автоматического измерения электронными устройствами геометрических характеристик бревна определяет оптимальный вариант его распиловки. Основу линии составляют девять ленточнопильных станков, восемь из которых попарно симметрично расположены вдоль подающего конвейера, а девятый находится на оси последнего. На этой линии выпиливаются только необрезные доски определенных сорторазмеров. Была предложена также линия, где бревна распиливаются с брусовкой. Ha первом проходе установлен сдвоенный ленточнопильный агрегат, на втором проходе — сдвоенный ленточнопильный агрегат для распиловки двухкантных брусьев и далее — встроенный ленточнопильный агрегат для распиловки четырехкантных брусьев.
В настоящее время для оптимизации раскроя пиловочных бревен применяются лазерные сканирующие устройства, измеряющее текущий диаметр, сбег, эллиптичность, кривизну и длину бревен, и компьютеры, обрабатывающие эту информацию и определяющие по специальным технологическим программам оптимальные схемы раскроя пиловочника. Раскрой последнего, как правило, в этом случае производится при помощи гибких поставов. Например, система оптимизации распиловки бревен английской фирмы «Локас» имеет четыре этапа. Во-первых, осуществляются контроль и учет объема распиловки. Во-вторых, производится сравнение прогноза с распиловкой при ручном управлении. На третьем этапе обучаются станочники и на четвертом происходит сравнение оптимизационной распиловки с ручной. Считается, что эта система позволяет увеличить выход пиломатериалов на 3,3 %. При этом наибольший эффект отмечается при распиловке бревен пониженного (плохого) качества.
Еще больший экономический эффект может быть получен при внедрении, например, лазерных технологий. Применение ЭВМ позволяет полностью контролировать процесс резания в соответствии с выбранной программой. Каждое бревно осматривается с помощью новейшей фотон-томографии. Это позволяет определить внутреннее строение бревна (скрытые дефекты, состояние сердцевины, размеры и расположение сучков, наклон волокон и т. д.), а следовательно, качество древесины. Полученная: информация поступает на ЭВМ, которая по специальной программе определяет оптимальное положение бревна при прохождении через лазерную установку и выбирает оптимальную схему его раскроя. Считается, что только это увеличивает выход пиломатериалов примерно на 15%. Ширина реза по лазерной технологии значительно меньше, чем по механической. Производительность лазерной системы при встречном режиме резания с помощью двух лазерных устройств мощностью по 5...8 кВт составляет 75 м3 в смену (общая скорость подачи 24 м/мин). Считается, что лазерная система резания древесины достаточно экономична, несмотря на ее довольно высокую стоимость — 400... 800 тыс. дол. США. Так, при раскрое бревен красного дуба на мебельные заготовки увеличение выхода только на 5 % дает ежедневную экономию в 1200 дол. США, что окупает установку за 1,5...3,0 года.
Автоматизация процессов определения качества древесины развивается в двух направлениях. Это прогноз качества в начале технологического процесса при раскрое пиловочных бревен и прогноз качества на конечных операциях при определении прочностных параметров пиломатериалов, например, методом силового изгиба. В основе силовой сортировки пиломатериалов лежит определение модуля упругости и связанных с ним показателей механических свойств древесины по реакции пиломатериалов при изгибе на определенную величину прогиба или при определенной изгибающей силе. Доказано, что имеется корреляционная связь между жесткостью и прочностью конструкционных пиломатериалов. Это позволяет выявить дефекты пиломатериалов, не подвергая их разрушению. По зарубежным данным, проектирование деревянных конструкций с учетом нормативных сопротивлений досок повышает точность расчетов и снижает древесиноемкость конструкций в среднем на 18 %.
Созданы также установки для сортировки пиломатериалов по прочности на основании зависимости прочности от плотности древесины. Однако они имеют низкую точность измерения.
Наиболее эффективными при формировании пиломатериалов с учетом качества древесины являются производства, имеющие датчики качества древесины и оборудование, обеспечивающее возможность применения наиболее рационального способа раскроя бревен. Именно при этих условиях можно получить пилопродукцию не только заданных объемов определенных сечений, но и наилучшего качества при максимально возможной цене выпиливаемых пиломатериалов. Например, в связи с особенностями традиционной деревянной архитектуры в жилищном строительстве Японии применяется качественная древесина с высокими эстетическими достоинствами: с выразительной текстурой, без сучков и т. д. Поэтому перед лесопильными предприятиями стоит задача получения максимального выхода качественных пиломатериалов с красивой текстурой. Для этого применяются сканирующие устройства.
В лесопильной промышленности Японии используются сканирующие устройства двух основных типов. С помощью устройств первого типа определяются диаметры вершинного и комлевого торцов бревна, его длина и объем. На основе этих данных выбирается схема распиловки. Для этого используется метод «секционного» светового луча (среза) с помощью телевизионной камеры и лазерного устройства He—Ne. По этому методу можно получить точные данные об объеме бревна, степени кривизны в диаметре по оси бревна при относительно гладкой его поверхности в поперечном разрезе круглой формы. Точность замера снижается при наличии сучков или при овальной форме поперечного разреза.
Сканирующие устройства второго типа дают возможность контролировать внутреннее строение древесины. Для этого применяются медицинские компьютерные томографические сканирующие устройства с использование рентгеновских лучей. Эти устройства эффективны при определении внутреннего строения свежесрубленной и высушенной древесины хвойных пород (расположения годичных колец, наличия сучков, трещин, червоточины и гнили). Для определения формы годичных колец и местонахождения внутренних дефектов в растущем дереве разработано портативное сканирующее устройство. Это устройство может делать томограмму бревна диаметром до 1 м.
Для оценки текстуры древесины на пропиленных поверхностях до распиловки был разработан метод моделирования рисунка с использованием излучения невысокой интенсивности. Результаты обработки изображений микрокомпьютером подтвердили правильность оценки расположения в бревне годичных колец и сучков.
Опыт применения ультракоротких волн для сканирования бревен показал, что изменение степени гнили в бревнах можно определить по разнице во времени распространения волн.
Моделирование процесса распиловки с применением сканирующих устройств показало, что объемный выход пиломатериалов увеличивается на 8 %, а ценностный — на 20 %.
Для увеличения объема производства на лесопильных предприятиях в Японии выпускается автоматическая лесопильная система на базе сдвоенного ленточнопильного станка, в которую входят загрузочный конвейер, две телевизионные камеры, пульт управления и монитор, а также тележки и конвейеры.
Изображения вершинного и комлевого торцов бревна при ярком освещении снимаются телевизионной камерой. Оптимальное положение каждого бревна определяется компьютером во время распиловки предыдущего бревна. Следующее бревно зятем помещают на тележку и распиливают. Изображения обоих торцов поступают в процессор, данные обрабатываются, и выбирается оптимальный вариант раскроя бревна.
Точная регулировка для центрирования в горизонтальной и вертикальной плоскостях дает возможность установить бревно в соответствии с выбранной схемой распиловки. После определения положения бревна распиловка осуществляется автоматически: зажим бревна на тележке, установка ленточных пил, распиловка.
Естественно, что при регулировании качества выпиливаемых пиломатериалов решаются вопросы перепилов и недопилов не только сечений, но и сортов пиломатериалов.
Таким образом, проблема качества пилопродукции — это проблема датчиков качества древесины.