PREDICTING THE YIELD OF RADIALLY SAWN TIMBER
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВЫХОДА РАДИАЛЬНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
Научная статья
ORCID: 0000-0001-5069-9604,
Тихоокеанский государственный университет, Хабаровск, Россия
* Корреспондирующий автор (natali-beg[at]mail.ru)
АннотацияВ статье представлена и обоснована актуальность прогнозирования определения выхода радиальных пиломатериалов при распиловке круглых лесоматериалов. Предложено использовать способ сортировки радиальных пиломатериалов, основанный на применении методики численной оценки вида строганого шпона. При этом были задействованы возможности программного комплекса моделирования текстуры поверхностей, образуемых при раскрое пиловочных бревен. Проведенный анализ показал, что на выход различных видов пиломатериалов влияет диаметр бревен, форма кривой, описывающей их образующую, способ пиления. Сделан вывод о возможности использования предлагаемой методики для прогнозирования выхода радиальных, полурадиальных или тангентальных пиломатериалов по текстуре, которая образуется при формировании поверхности доски.
Ключевые слова: прогнозирование, вид пиломатериала, радиальный пиломатериал, выход.
PREDICTING THE YIELD OF RADIALLY SAWN TIMBER
Research article
Begunkova N.O.*
ORCID: 0000-0001-5069-9604,
Pacific National University, Khabarovsk, Russia
* Corresponding author (natali-beg[at]mail.ru)
AbstractThe article presents and substantiates the relevance of predicting the yield of radially sawn timber when sawing round timber. It is proposed to use a method for sorting radial lumber, based on the use of a method for the numerical assessment of the type of sliced veneer. At the same time, the capabilities of the software complex for modeling the texture of surfaces formed when cutting saw logs were used. The analysis showed that the yield of various types of timber is influenced by the log diameter, the shape of the curve circling their generatrix, and the method of sawing. It is concluded that the proposed method can be used to predict the yield of radially, semi-radially or tangentially sawn timber by texture, which is formed during the formation of the board surface.
Keywords: prediction, type of lumber, radially sawn timber, yield.
Введение
На Дальнем Востоке сосредоточено около 13% расчетной лесосеки России [1]. Ожидается, что к 2030 году лесной комплекс в несколько раз увеличит свой вклад как в бюджет страны, так и в бюджет края. Новым флагманским проектом, связанным с развитием деревоперерабатывающей промышленности в Хабаровском крае, планируется «Дом Дальневосточника» [2]. При реализации проекта потребуется большое количество пиломатериалов, среди которых важное значение будут иметь радиальные пиломатериалы. Поэтому очень актуален вопрос повышения эффективности производства данной продукции.
Радиальные пиломатериалы отличаются большей размеро- и формоустойчивостью. Кроме того, они меньше склонны к образованию трещин в различных условиях применения. Эти свойства пиломатериалов обеспечивают им высокую точность формы и размеров. Радиальные поверхности лучше окрашиваются и склеиваются при изготовлении клееных брусков [3], идущих на изготовление окон, дверей и других изделий, применяемых в деревянном домостроении. Сегодня такая продукция наиболее востребована на рынке.
Для получения радиальных пиломатериалов используются различные способы раскроя: например, секторный, развально-сегментный и др. [4].
Пиломатериалы сортируются по разным признакам. К числу их можно отнести: породу, размеры, качество, назначение и др. Сортируют, как правило, визуально, применяется также и силовая сортировка [5]. В целом можно сказать, что при сортировке как круглых лесоматериалов, так и пиломатериалов используются различные установки: ультразвуковые устройства, лазерные сканеры, различные типы томографов.
Однако методы объективной сортировки и соответственно отбора радиальных видов пиломатериалов пока отсутствуют. Поэтому разработка такой методики оценки вида пиломатериалов является актуальной.
Настоящая статья направлена на теоретическое обоснование одного из способов прогнозирования вида пиломатериалов, получаемых из пиловочных бревен.
Основная часть
Предлагаемый способ сортировки радиальных пиломатериалов основан на разработанной ранее методике численной оценки вида строганого шпона [6], позволяющей количественно оценить прямолинейность того или иного годичного слоя. Для этого использовались возможности программного комплекса моделирования текстуры поверхностей при раскрое круглого лесоматериала [7], с помощью которого происходит построение не только объемной модели бревна по заданным параметрам, но и отображение текстуры годичных слоев, формируемой на поверхности плоскостей резания [8].
Полученные результаты обрабатываются с помощью специально разработанного программного модуля, который оценивает каждый годичный слой плоскости резания на соответствие принятому коэффициенту прямолинейности и параллельности, что позволяет определить вид поверхности (радиальный, полурадиальный или тангентальный) и дать количественную оценку объемного выхода шпона определенного вида [9].
Для оценки возможностей предлагаемой теории по сортировке пиломатериалов была принята схема раскроя «в развал» (см. рисунок 1).
Рис. 1 – Схема раскроя бревна «в развал»
Исследования проводили на сырье различных диаметров (dв на рисунке 1), который изменялся от 26 см до 32 см с шагом 2 см. Переменным также фактором являлся вид образующей сырья, которая имела форму или параболы, или прямой или так называемой параболы Нейля (данный вид образующей описывает комлевую часть бревна) [10].
Остальные параметры были приняты постоянными: длина сырья равной 4 м, сбег был принят нормальным (1 см/м).
В схемах раскроя (см. рисунок 1) толщина центральной доски была принята 50 мм, а всех остальных – 25 мм (tд на рисунке 1). При этом не учитывались ширина пропила, припуски на усушку и обзол.
Результаты расчетов, выполненных по методике [6], [9], представлены ниже в таблице 1.
Таблица 1 – Выход пиломатериала
| Тип образующей бревна | Вершин-ный диаметр, см | Раскрой доски | Выход пиломатериала, % | |||||||||
| радиального | полуради-ального | тангентального | общий | |||||||||
| при плоскости резания, параллельной оси или образующей пиловочного бревна | ||||||||||||
| оси | образу-ющей | оси | образу-ющей | оси | образу-ющей | оси | образу-ющей | |||||
| парабола Нейля | 26 | нет | 0,00 | 0,00 | 22,51 | 61,58 | 52,80 | 0,00 | 75,31 | 61,58 | ||
| да | 30,97 | 53,36 | 0,00 | 0,00 | 38,99 | 0,00 | 69,96 | 53,36 | ||||
| 28 | нет | 0,00 | 0,00 | 21,08 | 58,49 | 51,73 | 14,39 | 72,81 | 72,88 | |||
| да | 29,99 | 51,51 | 0,00 | 0,00 | 38,14 | 14,39 | 68,13 | 65,89 | ||||
| 30 | нет | 0,00 | 0,00 | 19,81 | 70,06 | 60,41 | 0,00 | 80,22 | 70,06 | |||
| да | 39,66 | 61,03 | 0,00 | 0,00 | 36,54 | 0,00 | 76,20 | 61,03 | ||||
| 32 | нет | 0,00 | 0,00 | 18,68 | 67,22 | 59,69 | 11,26 | 78,37 | 78,48 | |||
| да | 38,79 | 58,65 | 0,00 | 0,00 | 35,96 | 1,26 | 74,76 | 59,91 | ||||
| парабола | 26 | нет | 0,00 | 0,00 | 21,79 | 59,62 | 51,11 | 0,00 | 72,90 | 59,62 | ||
| да | 29,99 | 58,82 | 0,00 | 0,00 | 37,80 | 0,00 | 67,79 | 58,82 | ||||
| 28 | нет | 0,00 | 51,54 | 20,45 | 19,18 | 50,20 | 0,00 | 70,66 | 70,72 | |||
| да | 29,12 | 70,48 | 0,00 | 0,00 | 37,04 | 0,00 | 66,16 | 70,48 | ||||
| 30 | нет | 0,00 | 37,46 | 19,26 | 30,66 | 58,75 | 0,00 | 78,01 | 68,12 | |||
| да | 38,64 | 67,74 | 0,00 | 0,00 | 35,42 | 0,00 | 74,06 | 67,74 | ||||
| 32 | нет | 0,00 | 10,97 | 18,20 | 65,48 | 58,15 | 0,00 | 76,35 | 76,45 | |||
| да | 37,82 | 75,66 | 0,00 | 0,00 | 35,06 | 0,00 | 72,87 | 75,66 | ||||
| прямая | 26 | нет | 0,00 | 59,82 | 21,86 | 0,00 | 51,29 | 0,00 | 73,15 | 59,82 | ||
| да | 30,14 | 59,82 | 0,00 | 0,00 | 37,83 | 0,00 | 67,98 | 59,82 | ||||
| 28 | нет | 0,00 | 70,93 | 20,51 | 0,00 | 50,35 | 0,00 | 70,87 | 70,93 | |||
| да | 29,24 | 70,93 | 0,00 | 0,00 | 37,08 | 0,00 | 66,32 | 70,93 | ||||
| 30 | нет | 0,00 | 68,30 | 19,31 | 0,00 | 58,90 | 0,00 | 78,21 | 68,30 | |||
| да | 38,80 | 68,30 | 0,00 | 0,00 | 35,51 | 0,00 | 74,30 | 68,30 | ||||
| 32 | нет | 0,00 | 76,63 | 18,24 | 0,00 | 58,29 | 0,00 | 76,53 | 76,63 | |||
| да | 37,86 | 76,63 | 0,00 | 0,00 | 35,14 | 0,00 | 73,00 | 76,63 | ||||
Анализ приведенных табличных данных показывает, что при пилении пиловочных бревен параллельно их образующей получается наибольший выход радиальных пиломатериалов.
Использование раскроя доски способствует не только увеличению выхода радиальных пиломатериалов, но и возможности их получения даже при использовании пиления параллельно оси. Как видно из таблицы 1, при пилении параллельно оси без раскроя доски радиальных пиломатериалов вовсе не образуется и подобное характерно для всех рассматриваемых форм образующей бревна.
В свою очередь, форма образующей при пилении параллельно образующей также оказывает существенное влияние на выход радиального пиломатериала (см. рисунок 2). Максимальный его выход может быть получен из пиловочных бревен, образующие которых имеют форму прямой. Меньше всего радиального пиломатериала в этом случае образуется при использовании пиловочных бревен с формой образующей, описываемой параболой Нейля. Использование при этом дополнительного раскроя досок приводит к практически полному отсутствию полурадиального и тангентального пиломатериала, то есть получению только пиломатериалов радиального вида.
Рис. 2 – Выход радиальных пиломатериалов при пилении параллельно образующей с применением продольного раскроя досок
Если рассматривать влияние диаметра на выход радиальных пиломатериалов без продольного раскроя досок, то можно отметить: при распиливании бревна параллельно его образующей выход уменьшается с увеличением диаметра сырья, образующая которого описывается параболической кривой. Противоположная картина наблюдается в случае, когда образующая пиловочных бревен описывается уравнением прямой. При применении продольного раскроя досок с увеличением диаметра пиловочных бревен наблюдается рост выхода радиальных пиломатериалов.
ЗаключениеИспользуемая методика позволяет прогнозировать выход радиальных или тангентальных пиломатериалов независимо от способа раскроя и при необходимости обосновать оптимальный способ раскроя, обеспечивающий максимальный выход различных видов пиломатериала (радиальных, полурадиальных или тангентальных).
Таким образом, при принятых допущениях, на выход различных видов пиломатериалов влияет диаметр бревен, форма кривой, описывающей их образующую, способ пиления (параллельно оси или образующей бревна). Причем форма образующей бревна и продольный раскрой досок оказывают значительное влияние на выход радиальных пиломатериалов.
На наш взгляд, дальнейшее развитие теории, заложенной в алгоритм расчетов, должно идти в направлении учета при определении вида пиломатериалов угла наклона годичных слоев к поверхности доски. Это позволит более объективно определять вид пиломатериала.
| Конфликт интересов Не указан. | Conflict of Interest None declared. |
Список литературы / References*
- Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года [Электронный ресурс] : [утверждена распоряжением Правительства РФ №312-р от 01.02.2021] // Гарант – информационно-правовое обеспечение. – URL: http://www.garant.ru (дата обращения: 26.03.2021).
- Вилин И. «Дом дальневосточника» – наш новый проект / И. Вилин // Тихоокеанская звезда. – 2-3 апреля 2021. – № 59 (28817) – 60 (28818). – С. 1.
- Волынский В.Н. Первичная обработка пиломатериалов на лесопильных предприятиях / В.Н. Волынский, С. Н. Пластинин. – М.: Риэл-пресс, 2005. – 256 с.
- Аксенов П.П. Технология пиломатериалов : учебник для вузов / П.П. Аксенов, Н. С. Макарова, И. К. Прохоров и др. – 2-е изд. – М.: Лесная промышленность, 1976. – 480 с.
- Тамби А.А. Использование современных методов прогнозирования свойств пиломатериалов на этапе сортировки пиловочных бревен / Тамби А.А., Шимкевич Ю. А., Бахшиева М. А. и др. // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: материалы международной науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов 12 ноября 2012 г., Санкт-Петербург. – СПбГЛТУ, 2012 г. – С. 141–145.
- Бегункова Н.О. Прогнозирование объемного выхода и вида строганого шпона на основе информационно-математического моделирования срезаемых слоев и их оценки / Н.О. Бегункова, С. П. Исаев, О. И. Бегунков // Системы. Методы. Технологии. – 2013. – № 3 (19). – С. 151–156.
- Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2013614119 Российская Федерация. Программный комплекс предсказательного моделирования текстуры поверхностей, формируемых при раскрое круглого лесоматериала / Исаев С.П., Бегункова Н. О., Бегунков О. И.; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО Тихоокеанский государственный университет. – № 2013612027; заявл. 12.03.13; опубл. 24.04.13. – 1 с.
- Бегункова Н.О. Предсказательное моделирование поверхностей, формируемых при раскрое круглого лесоматериала / Н.О. Бегункова, С. П. Исаев, О. И. Бегунков // Системы. Методы. Технологии. – 2012. – № 4 (16). – С. 97–102.
- Св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ №2013660838 Российская Федерация. Программный комплекс автоматизированного расчета объемного выхода и идентификации вида строганого шпона / Бегункова Н.О., Исаев С. П., Бегунков О. И.; заявитель и правообладатель ФГБОУ ВПО Тихоокеанский государственный университет. – № 2013618764; заявл. 01.10.13; опубл. 20.11.13. – 1 с.
- Исаев С.П. Коэффициент формы сортиментов – один из критериев рационального раскроя хлыстов / С.П. Исаев // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития: сборник научных трудов. – Вып. 4. – Брянск: БГИТА, 2002. – С. 44–47.
Список литературы на английском языке / References in English
- Strategija razvitija lesnogo kompleksa Rossijskoj Federacii do 2030 goda [Strategy for the forestry complex development of the Russian Federation until 2030] [Electronic resource] : [approved by the order of the Russian Government № 312-r on 01.02.2021] // Garant – informacionno-pravovoe obespechenie. – URL: http://www.garant.ru (accessed: 26.03.2021). [in Russian]
- Vilin I. «Dom dal'nevostochnika» – nash novyj proekt [The house of the far east's human is our new project] / I. Vilin // Tihookeanskaja zvezda [Pacific star]. –2-3 April 2021. – № 59 (28817) – 60 (28818). – P. 1. [in Russian]
- Volynskij V. N. Pervichnaja obrabotka pilomaterialov na lesopil'nyh predprijatijah [Primary processing of lumber at sawmills] / V. N. Volynskij, S. N. Plastinin. – M.: Rijel-press, 2005. – 256 p. [in Russian]
- Aksenov P. P. Tehnologija pilomaterialov : uchebnik dlja vuzov [Lumber technology: textbook for universities] / P. P. Aksenov, N. S. Makarova, I. K. Prohorov et al. – 2nd edition. – M.: Lesnaja promyshlennost', 1976. – 480 p. [in Russian]
- Tambi A. A. Ispol'zovanie sovremennyh metodov prognozirovanija svojstv pilomaterialov na jetape sortirovki pilovochnyh breven [The use of modern methods for predicting the properties of lumber at the stage of sorting sawn logs] / Tambi A. A., Shimkevich Ju. A., Bahshieva M. A. et al. // Sovremennye problemy i perspektivy racional'nogo lesopol'zovanija v uslovijah rynka: materialy mezhdunarodnoj nauch.-tehn. konf. molodyh uchenyh i specialistov 12 nojabrja 2012 g. [Modern problems and prospects of rational forest management at market conditions: Materials of International scientific and technical conference for young scientists and specialists November 12, 2012], Sankt-Peterburg. – SPbGLTU, 2012 – pp. 141–145. [in Russian]
- Begunkova N. O. Prognozirovanie obemnogo vyhoda i vida stroganogo shpona na osnove informacionno-matematicheskogo modelirovanija srezaemyh sloev i ih ocenki [Predicting volume yield and type of sliced veneer on the basis of information-mathematical modeling of cut layers and their evaluation] / N. O. Begunkova, S. P. Isaev, O. I. Begunkov // Sistemy. Metody. Tehnologii [Systems. Methods. Technologies]. – 2013. – № 3 (19). – P. 151–156. [in Russian]
- Certificate of state registration for computer program № 2013614119 Russian Federation. Programmnyj kompleks predskazatel'nogo modelirovanija tekstury poverhnostej, formiruemyh pri raskroe kruglogo lesomateriala [Software package for predictive modeling of the texture of surfaces formed during the cutting of round timber] / Isaev S. P., Begunkova N. O., Begunkov O. I.; the applicant and copyright holder FSEI of HPE Pacific National University. – № 2013612027; appl. 12.03.13; publ. 24.04.13. – 1 p. [in Russian]
- Begunkova N. O. Predskazatel'noe modelirovanie poverhnostej, formiruemyh pri raskroe kruglogo lesomateriala [Predictive modeling of surfaces formed under round timber dressing] / N. O. Begunkova, S. P. Isaev, O. I. Begunkov // Sistemy. Metody. Tehnologii [Systems. Methods. Technologies]. – 2012. – № 4 (16). – P. 97–102. [in Russian]
- Certificate of state registration for computer program № 2013660838 Russian Federation. Programmnyj kompleks avtomatizirovannogo rascheta obemnogo vyhoda i identifikacii vida stroganogo shpona [Software package for automated calculation of volume output and identification of the type of planed veneer] / Begunkova N. O., Isaev S. P., Begunkov O. I.; the applicant and copyright holder FSEI of HPE Pacific National University. – № 2013618764; appl. 01.10.13; publ. 20.11.13. – 1 p. [in Russian]
- Isaev S. P. Kojefficient formy sortimentov – odin iz kriteriev racional'nogo raskroja hlystov [The shape's coefficient of the wood assortments is one of the criteria for the rational cutting of logs] / S. P. Isaev // Lesnoj kompleks: sostojanie i perspektivy razvitija: sbornik nauchnyh trudov [Forestry complex: state and development prospects: collection of scientific papers]. – Issue. 4. – Brjansk: BGITA, 2002. – P. 44–47. [in Russian]