Способы измерения круглых лесоматериалов

Способы измерения размеров хлыстов и бревен различаются на ручные, механические, оптические, оптико-электронные и лазерные.
Ручные и механические датчики не обеспечивают необходимой точности и достоверности измерений, не позволяют осуществлять автоматический ввод информации в ЭВМ и потому не пригодны в информационных технологиях лесопиления.
Оптико-электронные измерительные системы включают в себя телевизионные камеры, которые передают изображения торцов и профиль сортиментов на монитор. Далее информация поступает в ЭВМ, где обрабатывается с помощью специальных программ. Снижает целесообразность их применения низкая освещенность и запыленность помещения. Наиболее перспективными считаются измерительные системы с лазерами малой мощности. Они технологически совместимы с ЭВМ и основными производственными процессами. Полученная информация используется при оптимизации раскроя хлыстов и бревен.
Например, в измерителе размеров хлыстов и бревен гелий-неоновым лазером, разработанным в Белорусском лесотехническом институте под руководством профессора А. А. Янушкевича (рис. 11.5), лазер 1 формирует пучок световых лучей, который благодаря оптическим элементам 2 поступает на делительное устройство 3 и падает на бревно или хлыст 6. Рассеянный от него свет поступает через объектив 5 на фотоприемник 4. В системе измерения имеется четыре лазера. Каждый из них формирует по два луча, поэтому измеряются восемь точек поверхности хлыста (бревна). Наличие координат нескольких поперечных сечений хлыста (бревна) вдоль образующей позволяет получить информацию для построения его математической модели.

Заметим, что аналитические модели классической теории раскроя пиловочного сырья типа тел вращения не в состоянии адекватно отразить кривизну различного вида, овальность, обежистость и т. п. Это возможно, если координаты точек поверхности задаются в определенном порядке. Для этой цели используется дискретно-точечное задание каркасных элементов поперечного сечения и образующей хлыста (бревна).
Для построения математических моделей пиловочного сырья используются сплайны. Сплайн-функцию можно охарактеризовать как гибкую линейку. Моделирование поверхности хлыста, бревна сводится к построению сплайнов на узлах точечного каркаса.
Для получения объема, например, бревна после построения его математической модели достаточно проинтегрировать функцию площади поперечного сечения вдоль его образующей.
На ЭВМ рассчитываются координаты точек встречи осветителя с хлыстом (бревном). Затем с помощью соответствующих программ моделируется поперечное сечение и определяется объем.
Заметим, что, например, без автоматической оптимизации раскроя хлыстов невозможна высокая производительность линии окорки, раскроя хлыстов и сортировки пиловочных бревен. При этом информация, используемая при оптимизации раскроя хлыстов, применяется и при сортировке получаемых бревен.
При переходе на рыночную экономику значительно увеличилась стоимость древесного сырья. В связи с этим большое значение приобретают вопросы не только его достоверного учета, но и оптимизация раскроя пиловочника на пиломатериалы, которая при современном уровне механизации и автоматизации процессов начинается с процессов сортировки бревен.
Учет пиловочного сырья на лесопильных предприятиях обычно проводят дважды: при приемке и подаче в лесопильный цех на распиловку. Поступившее на предприятие сырье учитывают по результатам приемки в основном по сопроводительным документам, хотя в соответствии с ГОСТ 2292—88 и другими документами устанавливаются правила приемки и методы определения объема и качества лесоматериалов. Так, в частности, предусматривается выборочная проверка части лесоматериалов, оцениваемых и обмеряемых поштучно. Затем полученные результаты распространяются на всю партию пиловочника.
Для учета пиловочных бревен, поступающих в распиловку, применяются в основном индивидуальные (визуальные) методы. Как правило, в конечном итоге во всех случаях учет объемов лесоматериалов основан на таблицах объемов ГОСТ 2708—75 «Лесоматериалы круглые. Таблицы объемов». В России традиционно с 1913 г. объем бревен всех пород вычисляют по верхнему диаметру с помощью таблиц барона Крюденера. После их перевода в метрическую систему и ряда уточнений они стали основой ГОСТ 2708—75. При определении объемов по этим таблицам фактический сбег бревен не учитывается. Поэтому объем сбежистых хвойных бревен на севере Карелии таблица занижает на 11 %, а объем бревен из крупномерной ангарской сосны завышает на 9 %.
Обратим внимание, что установленные требования к сортировке пиловочника по четным диаметрам были механически заимствованы из требований к операциям учета объемов бревен при измерении их вершинных диаметров с точностью ±1 см. В соответствии с этими требованиями в отечественном лесопилении с 1930-х годов были составлены альбомы рациональных поставов и таблицы посылок лесопильных рам. Фактически такая организация сортировки бревен во многом определила и путь развития теории раскроя сырья на пиломатериалы с заложенным в ее основу шагом (дробностью) сортировки 2 см. Однако операции учета и сортировки пиловочника имеют совершенно различное технологическое назначение. Рациональные границы сортировочных групп далеко не всегда соответствуют четным диаметрам бревен. Сортировка должна производиться только в плюс, т. е. фактический диаметр отсортированного бревна должен быть равным и больше, но не меньше его номинального диаметра.
При отсутствии автоматических датчиков и современных систем измерения в каждой из стран измерение объемов бревен осуществлялось различными методами, что создает проблему для российских экспортеров круглых лесоматериалов. Так, в Японии объем бревна считается равным квадрату верхнего диаметра, умноженному на длину. В Турции, Германии и ряде других стран применяется срединное измерение — по диаметру на середине (цилиндр с диаметром, равным диаметру бревна на середине длины). У нас этот метод называется методом срединного сечения, в Европе — методом Губера. В Швеции объем пиловочника определяют по объему вписанного цилиндра, который на 12...28% меньше истинного. В Австрии применяется метод вершинного диаметра и среднего сбега, равного 8 мм на 1 м. В ряде стран применяется измерение «в целых единицах», когда при измерении диаметра дробные части сантиметров отбрасываются независимо от их значения или когда из-за отсутствия припуска длину снижают на 0,5...1,0 м. Все это может уменьшить объем бревен на 10 % и более.
При автоматических измерениях пиловочника применяется измерение по секциям — многократное измерение диаметра через равные отрезки по длине бревна.
Естественно, что наиболее точнее определение объемов бревен, поступающих на лесопильное предприятие, возможно только при использовании современных систем измерения (автоматических датчиков, моделирования поверхности бревна с построением сплайнов на узлах точечного каркаса и др.), позволяющих сортировать бревна с учетом особенностей их формы. Таким образом, применение автоматизированных сухопутных линий сортировки бревен способствует не только наиболее эффективной сортировке пиловочника, но и наиболее точному учету объемов поступающего на предприятия пиловочного сырья.
Наиболее известны зарубежные измерители диаметров бревен «Оптилог», «Элмес», «Рема» и др., из отечественных — «Север», УИД-2 (ЦНИИМОД) и др.
Отечественными организациями было разработано несколько моделей линий сухопутной сортировки бревен: БС60-2Ф со скоростью подачи 120 м/мин, производительностью 800 бревен в час и числом сортировочных мест 32 ± 2; БС60-3 со скоростью подачи 120 м/мин, производительностью 1200 бревен в час и числом сортировочных мест 26 ± 1 и др. Из зарубежных можно выделить линии: ХК-4000 со скоростью подачи 120 м/мин, производительностью 900 бревен в час и числом сортировочных мест 16; «Шпрингер* со скоростью подачи 96 м/мин, производительностью 600 бревен в час и числом сортировочных мест 90. Все указанные выше типы отечественных и зарубежных линий предназначены для сортировки бревен диаметром от 12 до 60 см и длиной от 4 до 7 м.
Кроме этого, отечественными предприятиями были закуплены за рубежом и установлены сортировочные линии для бревен, поступающих из фирм Швеции, Финляндии, Австрии, Германии и других стран.