авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» ...»

-- [ Страница 3 ] --

2 – нож Таблица 3.1 – Постоянные факторы эксперимента Фактор Значение Порода древесины лиственница Условия строгания без обжима Угол заточки ножа, градус Угол между режущей кромкой ножа и направлением волокон, градус Толщина срезаемого слоя, мм 0, Протяженность трассы измерения шероховатости поверхности образца, мм Количество трасс на исследуемой поверхности В качестве переменных факторов приняты координаты отбора образцов по зонам сечения кряжа в долях его диаметра. Схема задания координат изображена на рисунке 3.20. Уровни и интервалы варьирования переменных факторов приве дены в таблице 3.2.

Из априорной информации [98, 120] известно, что зависимость шероховато сти поверхности шпона от расположения листов шпона в кряже является нели нейной и может быть описана полиномом второго порядка.

Рисунок 3.20 – Схема координат отбора образцов по зонам сечения кряжа, в долях его диаметра Таблица 3.2 – Переменные факторы эксперимента Обозначение Уровень варьирования Интервал ва Наименование фактора натураль- нормали- нижний основной верхний рьирования ное зованное (-1) (0) (+1) Координата по ширине b x1 0,35 0,15 0,5 0, бруса, доли диаметра Координата по высоте h x2 0,175 0,5 0,675 0, бруса, доли диаметра Для построения математической модели, адекватно описывающей зависи мость изменения шероховатости поверхности образца от координат его располо жения в кряже, для поперечного и продольного строгания выбран В-план (план Бокса) для двух факторов, методика планирования эксперимента которого приве дена в работе [96].

Многофакторные планы, реализуемые при исследовании процессов дерево обработки, как правило, выполняют, применяя равномерное дублирование опы тов. Для определения числа дублированных опытов используется методика [96], их количество определяется по формуле:

, t табл s 2 yN d ср n (3.29) b 2 y2N где tтабл – табличное значение критерия Стьюдента;

s2{y} – оценка дисперсии;

N – количество опытов в реализуемом плане;

dср – средняя по области планирования дисперсия;

b – задаваемое относительное отклонение отклика регрессионной модели;

y – среднее значение шероховатости поверхности.

Результаты отдельной серии из 20 опытов для одного кряжа и одной коорди натной зоны показали следующие статистические характеристики: среднее значе ние шероховатости y = 280 мкм, оценка дисперсии s2{y} = 148 мкм2. Если задать доверительную вероятность 0,95 и относительное отклонение b = 0,05 и определить при уровне значимости, равном 0,05, и числе степеней свободы 19 табличное зна чение критерия Стьюдента tтабл = 2,09, то согласно формуле (3.29) необходимое ко личество дублированных опытов для реализации эксперимента равно шести (n = 6).





Поскольку из одного поперечного образца-среза вырезается два образца для строгания (для заданной координаты плана), принято решение из одного кряжа выпиливать три образца-среза. Кряжи имели длину 1 м с вершинным диаметром 24 см. Таким образом, получается шесть образцов для строгания (для заданной координаты плана) из одного кряжа. При определении шероховатости на каждом образце измеряется шероховатость по двум траекториям.

Необходимое количество наблюдений рассчитывается по формуле (3.1). Ко эффициент изменчивости при изучении физико-механических свойств древесины согласно Н. Л. Леонтьеву [74] изменяется от 12 до 37 процентов. Квантиль рас пределения Стьюдента при принятой вероятности получаемого результата 0, имеет значение 1,96. Показатель точности задается на уровне 5 %. С учетом дан ных Н. Л. Леонтьева, а также проведенных предварительных экспериментов по изучению статистических характеристик определения шероховатости шпона ва риационный коэффициент принимается равным 21,4 %. Тогда необходимое число наблюдений согласно формуле (3.1) составляет 70,37. С учетом предварительно проведенных экспериментов необходимое число наблюдений принято равным при продольном и поперечном строгании соответственно.

Суммарно для проведения исследований было отобрано 6 кряжей листвен ницы даурской, из которых изготавливались поперечные образцы-срезы толщиной 80 мм. Образцы-срезы выпиливали из приторцовых зон кряжа на расстоянии 150 мм от плоскости торца, а также из срединной части по длине кряжа. Из полу ченных образцов-срезов изготавливались параллелепипедные образцы с размерами 20 30 35 мм для продольного и поперечного строгания. Схема раскроя кряжа и разметки координат отбора образцов для строгания приведена на рисунке 3.21.

Рисунок 3.21 – Схема раскроя кряжа и разметки координат отбора образцов для строгания: 1 – поперечный образец-срез;

2 – образец для строгания Координаты образца для строгания в плоскости окружности образца-среза заданы линейными размерами b и h.

Перед строганием образцы подвергались в течение двух часов гидротерми ческой обработке в водяной бане с термостатированием при температуре воды 70 – 75С. Строгание образцов выполнялось на микротоме биологическом МПС-2, общий вид которого изображен на рисунке 3.22.

Рисунок 3.22 – Общий вид микротома МПС-2: 1 – микротом;

2 – образец;

3 – нож;

4 – срезанный древесный слой;

5 – транспортер После строгания определялась шероховатость поверхности образца, сфор мированной в процессе резания. Показатель шероховатости поверхности Rmmax определялся на японском прецизионном профилографе SURFCOM 1800D, общий вид которого изображен на рисунке 3.23.

Рисунок 3.23 – Общий вид прецизионного профилографа SURFCOM 1800D 3.4.2 Данные результатов эксперимента и их анализ В результате реализации серии опытов получены данные (табл. 3.3 и табл. 3.4), обработка которых проводилась согласно существующей методике [96]. После обработки экспериментальных данных получены уравнения регрес сии, которые являются математическими моделями, адекватно описывающими изменение параметра шероховатости строганной поверхности (Rmmax) в зависимо сти от расположения образца в зоне сечения кряжа и направления движения реза ния. Эти уравнения в нормализованном обозначении и в пределах варьирования переменных факторов имеют следующий вид:





для поверхностей, получаемых при продольном строгании:

Y II 84,93 2,03x1 12,82 x2 1,67 x1 9,77 x2 2,73x1x2 ;

2 (3.30) для поверхностей, получаемых при поперечном строгании:

Y # 316,82 2,80 x1 49,32 x2 49,43x1 44,52 x2 32,68x1x 2 (3.31) С помощью полученных уравнений построены графики изменения шерохо ватости строганной поверхности в зависимости от направления движения резания и зоны расположения образца в сечении кряжа (рис. 3.24 – 3.27).

Таблица 3.3 – Данные результатов эксперимента при строгании заготовок вдоль волокон Переменные факторы Среднее зна Результаты параллельных опытов (Rmmax), мкм № нормализованное натуральное чение опыта опыта обозначение обозначение Yср x1 x2 b h Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y 1 -1 -1 0,15 0,5 86,10 77,72 75,10 74,18 90,75 85,00 81, 2 +1 -1 0,85 0,5 93,37 75,06 108,55 86,75 61,31 49,95 79, 3 -1 +1 0,15 0,85 114,22 89,33 92,41 94,17 99,11 119,16 101, 4 +1 +1 0,85 0,85 103,96 108,68 109,69 117,42 102,18 118,06 110, 5 -1 0 0,15 0,675 100,16 86,09 101,18 101,153 76,928 89,47 92, 6 +1 0 0,85 0,675 65,42 72,62 72,89 78,14 68,01 86,91 74, 7 0 -1 0,5 0,5 84,81 101,91 70,96 87,57 82,97 61,61 81, 8 0 +1 0,5 0,85 95,77 94,65 97,08 99,59 127,85 131,87 107, Таблица 3.4 – Данные результатов эксперимента при строгании заготовок поперек волокон Переменные факторы Среднее зна Результаты параллельных опытов (Rmmax), мкм № нормализованное натуральное чение опыта опыта обозначение обозначение Yср x1 x2 b h Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y 1 -1 -1 0,15 0,5 145,84 164,81 159,62 152,59 138,81 147,95 151, 2 +1 -1 0,85 0,5 186,39 200,81 186,82 186,78 191,54 198,90 191, 3 -1 +1 0,15 0,85 331,54 316,12 311,10 317,26 320,03 319,32 319, 4 +1 +1 0,85 0,85 232,34 222,31 246,54 217,99 222,83 230,62 228, 5 -1 0 0,15 0,675 271,30 245,30 265,70 250,40 231,62 239,94 250, 6 +1 0 0,85 0,675 280,90 258,40 270,10 320,03 299,41 275,60 284, 7 0 -1 0,5 0,5 215,69 260,58 210,68 217,29 241,54 213,75 226, 8 0 +1 0,5 0,85 311,84 303,01 345,16 318,70 334,63 294,71 318, Рисунок 3.24 – Зависимость шероховатости строганной поверхности в плоскости сечения по ширине бруса при продольном направлении движения резания Рисунок 3.25 – Зависимость шероховатости строганной поверхности в плоскости сечения по ширине бруса при поперечном направлении движения резания Анализ графиков, изображенных на рисунках 3.24 и 3.25, позволяет конста тировать, что шероховатость строганной поверхности в плоскости по ширине бруса при поперечном направлении движения резания в 1,5…3 раза больше по сравнению с шероховатостью строганной поверхности, образованной при про дольном направлении движения резания. При этом общим является то, что ближе к центру кряжа шероховатость для обоих направлений движения резания меньше примерно в 1,5 раза, чем на периферии кряжа. Это объясняется характером изме нения угла наклона годичных слоев по отношению к плоскости резания. Кроме того, угол между режущей кромкой ножа и годичными слоями в плоскости реза ния при продольном направлении движения резания является условно постоянным, а при поперечном направлении движения резания угол между ре жущей кромкой ножа и годичными слоями в плоскости резания изменяет свои па раметры от острого до тупого.

Рисунок 3.26 – Зависимость шероховатости строганной поверхности в плоскости сечения по высоте бруса при продольном направлении движения резания Рисунок 3.27 – Зависимость шероховатости строганной поверхности в плоскости сечения по высоте бруса при поперечном направлении движения резания Из анализа зависимостей шероховатости строганной поверхности в плоскости сечения по высоте бруса при продольном направлении движения резания (рис. 3.26) следует, что высота микронеровностей на строганной поверхности по высоте бруса увеличивается от центра кряжа к периферии, при этом абсолютные значения увели чения высоты микронеровностей находятся в интервале от 25 до 35 мкм.

Высота микронеровностей строганной поверхности в плоскости сечения по высоте бруса при поперечном направлении движения резания (рис. 3.27) также по высоте бруса увеличивается от центра кряжа к периферии, но при этом абсолют ные значения увеличения высоты микронеровностей имеют гораздо более широ кий интервал – от 40 до 170 мкм.

Изменение высоты микронеровностей строганной поверхности в плоскости сечения по высоте бруса можно объяснить изменением угла между режущей кромкой ножа и годичными слоями в плоскости резания. Здесь можно предполо жить, что увеличение высоты микронеровностей при поперечном направлении движения резания возникает за счет упругого восстановления годичных слоев в древесине лиственницы, обусловленного неодинаковой величиной восстановле ния после подмятия лезвием ножа поздней и ранней древесины, имеющих раз личные плотность и твердость.

Оценка усредненных значений шероховатости строганных поверхностей позволила установить, что среднее значение шероховатости строганной поверхно сти по всему объему бруса при продольном направлении движения резания состав ляет R mmax 91 мкм, при этом относительное рассеивание случайной величины составило 19,6 %. При поперечном направлении движения резания усредненное значение шероховатости строганных поверхностей составило R mmax 246 мкм, а относительное рассеивание случайной величины – 23,4 %.

Наиболее характерный вид микронеровностей строганных поверхностей для исследуемых направлений движения резания показан на рисунке 3.28.

Из приведенных данных, полученных в результате проведенного исследова ния, следует, что наиболее качественный шпон из древесины лиственницы даур ской возможно изготавливать при продольном направлении движения резания.

Формируемый на продольно-строгальных станках шпон отличается незначитель ной шероховатостью поверхности и минимальными значениями ее отклонений от средней величины, то есть стабильностью качественного показателя.

а б Рисунок 3.28 – Наиболее характерный вид профилограмм строганной поверхности:

а – при продольном направлении движения резания;

б – при поперечном направлении движения резания Таким образом, проведенное исследование и анализ средних значений шеро ховатости строганных поверхностей дают основание полагать, что толщина стро ганого шпона из древесины лиственницы даурской может быть снижена с 0,8 мм (минимальная согласно ГОСТ 2977-82) до 0,6 мм, что обеспечит увеличение выхо да строганого шпона в среднем на 25 % или 400…415 м2 из 1 м3 фанерного сырья.

3.5 Выводы 1. Результаты экспериментальных исследований морфометрических характери стик стволовой части лиственницы даурской (ширины годичных слоев) позволили определить условия получения равнослойного шпона, обладающего стабильностью формы, повышенной прочностью и минимальной шероховатостью поверхности.

2. Установлена функциональная зависимость между относительным радиусом поперечного сечения круглого лесоматериала лиственницы даурской и шириной годичного слоя.

3. Обоснован минимальный диаметр кряжей лиственничного сырья для изго товления строганого шпона на станках продольного строгания – 22 см, что позво ляет увеличить объемы производства круглых лесоматериалов из лиственницы до 18…19 процентов от эксплуатационного запаса.

4. Установлено, что наиболее качественный шпон изготавливается при про дольном направлении движения резания. При этом шероховатость поверхности (Rmmax) строганого шпона примерно в 2,5 раза ниже, чем поверхности шпона, по лученного при поперечном движении резания, что позволяет уменьшить толщину шпона с 0,8 мм до 0,6 мм и обеспечить увеличение выхода строганого шпона в среднем на 25 %.

5. Разработаны информационно-математическая модель круглого лесоматери ала и программный комплекс для ее виртуальной реализации. Модель позволяет строить расположение годичных слоев в объеме кряжа с учетом формы его обра зующей, делать виртуальный раскрой под заданным углом относительно про дольной оси кряжа и отображать текстуру в плоскости резания. Корреляционное отношение связи между моделируемыми и фактическими значениями соответ ствующих ширин годичных слоев в плоскости резания составило 0,971.

Прогнозирование вида строганого шпона с помощью предложенной инфор мационно-математической модели кряжа выполняется визуально. Поэтому необ ходимо разработать более объективный способ численной оценки вида шпона.

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ КРУГЛОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА И СПОСОБА ЕГО РАСКРОЯ НА ОБЪЕМНЫЙ ВЫХОД И ВИД СТРОГАНОГО ШПОНА 4.1 Методика численной оценки вида строганого шпона и его объемного выхода на основе информационно-математического моделирования срезаемых слоев Производство мебели характеризуется большим объемом применения в каче стве облицовочного материала различных пленочных материалов, имитирующих в основном текстуру древесины. Но потребление изделий из натуральной древесины увеличивается по мере роста покупательной способности населения России. Спрос на изделия из массивной древесины или мебель, облицованную натуральным шпо ном, имеет тенденцию к росту. Об этом говорит анализ экспозиций выставок в за рубежных странах (Кельне, Милане, Париже и др.) [50]. Для более широкого при менения строганого шпона необходимо повысить его конкурентоспособность. Это го можно добиться повышением эффективности использования древесины и при менением информационных технологий совместно с соответствующим программ ным обеспечением [63]. Поэтому несомненный интерес представляет разработка технологии прогнозирования вида текстуры строганого шпона.

Строганый шпон согласно ГОСТ 2977-82 в зависимости от текстуры древе сины подразделяется на радиальный, полурадиальный и тангентальный [45]. Вид шпона предлагается определять визуально. Однако надо помнить, что визуальная оценка прямолинейности и параллельности линий носит в определенной мере субъективный характер. Поэтому возникает необходимость разработки численно го способа оценки вида строганого шпона с учетом возможностей современных информационных технологий.

Предлагаемый способ оценки вида шпона основан на получении количе ственной характеристики прямолинейности годичного слоя и включает следую щую последовательность действий:

построение модели листа шпона с отображением текстуры годичных слоев;

анализ отображаемых на поверхности построенного листа шпона годичных слоев на прямолинейность и параллельность;

вычисление отношения площади зоны, содержащей прямые параллельные годичные слои, к площади всего листа шпона;

определение, к какому из видов строганого шпона относится данный лист.

В дальнейшем, поскольку известны вид шпона и площадь листа шпона, можно вычислить объемный выход шпона в целом из кряжа и по отдельным ви дам шпона.

Для построения модели листа шпона с отображением текстуры годичных слоев предлагается использовать разработанную в предыдущей главе объемную модель (3.17) круглого лесоматериала с отображением текстуры годичных слоев на поверхностях вырезаемой из кряжа пластины (3.28). Данная модель позволяет учитывать параметры кряжа (вершинный диаметр, длину, сбег, а также форму об разующей кряжа), наклон плоскости резания к его продольной оси при строгании, толщину шпона и отструга.

В зависимости от рассматриваемых форм образующей кряжа (прямая, пара бола или парабола Нейля) и угла наклона плоскости резания к его оси возможны пять различных, представленных на рисунках 4.1 – 4.5, вариантов текстуры го дичных слоев, отображаемых на смоделированном листе шпона.

Представленный на рисунке 4.1 вариант модели листа шпона может быть получен, если образующей круглого лесоматериала является прямая или парабола и плоскость резания либо параллельна его образующей, либо угол наклона этой плоскости к продольной оси кряжа близок к углу наклона образующей. При этом в случае, когда образующей кряжа является парабола, сбег должен быть относи тельно небольшим (например, не более 1 см/м при длине кряжа 3 м). Если же па рабола будет иметь более выпуклую форму (это возможно, например, при длине кряжа 3 м и сбеге, превышающем 1 см/м), то результатом может быть лист шпона, модель текстуры которого приведена на рисунке 4.2.

Рисунок 4.1 - Модель текстуры листа шпона при плоскости резания, параллельной образующей кряжа, имеющей вид параболы, длине кряжа 3 м и сбеге 0,8 см/м 2 Рисунок 4.2 – Модель текстуры листа шпона при плоскости резания, параллельной образующей кряжа, имеющей вид параболы, длине кряжа 3 м и сбеге 1,4 см/м Если плоскость резания параллельна продольной оси кряжа или проходит под углом к данной оси, причем этот угол меньше угла наклона образующей кря жа, то результатом является модель листа шпона, представленная на рисунке 4.3.

В случае когда угол наклона плоскости резания к продольной оси круглого лесоматериала превышает угол наклона образующей, может быть получен лист шпона, модель которого приведена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.3 – Модель текстуры листа шпона при плоскости резания, параллельной продольной оси кряжа Рисунок 4.4 – Модель текстуры листа шпона в случае, когда угол наклона плоскости резания к оси кряжа превышает угол наклона образующей Вариант модели текстуры листа шпона, изображенный на рисунке 4.5, воз можен, если образующей круглого лесоматериала является парабола Нейля, а плоскость резания либо параллельна сбегу кряжа, либо угол наклона этой плоско сти к его продольной оси близок к углу наклона образующей.

3 Рисунок 4.5 – Модель текстуры листа шпона при плоскости резания, параллельной образующей кряжа, имеющей вид параболы Нейля Поскольку при построении объемной модели круглого лесоматериала обра зующие годичных слоев расположены параллельно друг другу, отображаемые на смоделированном листе шпона годичные слои необходимо проверить на прямо линейность.

В соответствии с ГОСТ 2977-82 лист шпона, приведенный на рисунке 4.1, можно считать радиальным, так как текстура его древесины представлена годич ными слоями, имеющими вид прямых параллельных линий, расположенных на всей поверхности листа.

Если же часть годичных слоев, отображаемых на поверхности листа шпона, имеет вид конуса нарастания, кривых линий, то в зависимости от доли площади, занимаемой данными слоями на листе шпона, его относят либо к полурадиально му, либо к тангентальному шпону. Текстура листов шпона, изображенных на ри сунках 4.2 – 4.5, содержит годичные слои, отличные от прямых линий. Поэтому на данных листах шпона (рис. 4.2 – 4.5) необходимо найти границу между частью листа, состоящей из таких годичных слоев, и областью, на которой слои пред ставлены прямыми линиями. Затем по отношению площади части листа шпона, имеющей прямые годичные слои, к площади всего листа определить вид шпона:

полурадиальный или тангентальный.

Суть алгоритма нахождения границы между зоной листа шпона, которую можно отнести к радиальному шпону, и зоной, содержащей годичные слои в виде конуса нарастания или кривых линий, заключается в следующем [20].

На листе шпона определяется ближайший к периферии годичный слой, имеющий одну из следующих форм:

1) параболы с вершиной, расположенной в пределах длины данного листа (го дичный слой 1 на рис. 4.3 и рис. 4.4);

2) двух парабол, вершины которых направлены друг к другу (годичный слой, представленный в виде парабол 1 и 2 на рис. 4.5);

3) эллипса, вытянутого вдоль продольной оси листа (годичный слой 1 на рис. 4.2).

Учитывая формулу (3.17), каждый годичный слой модели кряжа получается при вращении образующей годичного слоя вокруг продольной оси кряжа. При по строении модели листа шпона каждый годичный слой, отображаемый на данном листе, образуется при пересечении поверхности слоя и плоскости резания. Поэтому в зависимости от типа образующей круглого лесоматериала и взаимного располо жения поверхности годичного слоя и плоскости резания годичный слой на смоде лированном листе шпона может отображаться в виде либо прямой линии, либо в виде одной из трех вышеперечисленных форм (параболы, двух парабол, эллипса).

Первая форма отображаемого на листе шпона годичного слоя (парабола с вершиной, расположенной в пределах длины листа шпона) возможна, когда вы полняется одно из следующих условий:

yc (0) z2 (0, v) и yc ( L) z2 ( L, v) (4.1) или yc (0) z2 (0, v) и yc ( L) z2 ( L, v), (4.2) где yc(0) и yc(L) – значения функции yc(u), задающей образующую годичного слоя, в поперечном сечении кряжа соответственно в комле и вершине;

z2(0,v) и z2(L,v) определяют пересечение плоскости резания z2(u,v), заданной уравнением (3.23), с поперечным сечением кряжа соответственно в комле и вер шине.

Условия (4.1) означают, что описываемая функцией yc(u) образующая го дичного слоя в комлевой части круглого лесоматериала лежит выше плоскости резания z2(u,v), а в вершинной части – либо ниже данной плоскости резания, либо на ней. Поэтому на данной плоскости резания годичный слой будет иметь вид па раболы с вершиной, причем ветви этой параболы будут направлены к комлевой части кряжа (годичный слой 1 на рис. 4.3).

Выполнение условий (4.2) говорит о том, что описываемая функцией yc(u) образующая годичного слоя, наоборот, в комлевой части круглого лесоматериала лежит не выше плоскости резания z2(u,v), а в вершинной части – выше данной плоскости резания. Следовательно, годичный слой на данной плоскости резания будет также иметь вид параболы с вершиной, но ветви этой параболы будут направлены уже к вершинной части кряжа (годичный слой 1 на рис. 4.4).

Вторую форму (две параболы с направленными друг к другу вершинами) годичный слой на листе шпона (рис. 4.5) принимает в том случае, когда рассмат ривается модель комлевой части кряжа, образующая которого имеет вогнутую форму параболы Нейля [19].

Годичный слой будет представлен на модели листа шпона в виде двух пара бол, вершины которых направлены друг к другу (годичный слой, представленный в виде парабол 1 и 2 на рис. 4.5), если для этого слоя справедливы условия:

yc (0) z2 (0, v);

yc ( P) z2 ( P, v) ;

yc ( L) z2 ( L, v), (4.3) где Р [0, L] – расположенная в пределах длины кряжа некоторая точка, в ко торой функция y(u) образующей кряжа расположена на минимальном расстоянии от плоскости резания z2(u,v), то есть:

P : y( P) z2 ( P, v) min y(u) z2 (u, v). (4.4) 0u L При этом функция y(u) образующей кряжа должна лежать выше плоскости реза ния z2(u,v) по всей его длине.

Одновременное выполнение всех трех условий (4.3) для очередного годич ного слоя означает, что расположенная в районе длины P кряжа часть образую щей данного слоя лежит не выше плоскости резания z2(u,v), а остальная часть это го слоя (в сторону комля и вершины) – выше плоскости резания z2(u,v).

Третью форму отображаемый на листе шпона годичный слой (эллипс, вы тянутый вдоль продольной оси листа) может принять, если образующей круглого лесоматериала является парабола и одновременно выполняются три следующих условия:

L L yc (0) z 2 (0, v);

yc z 2, v ;

yc ( L) z 2 ( L, v), (4.5) 2 где L yc – значение функции yc(u), задающей образующую годичного слоя, в поперечном сечении кряжа посередине его длины;

L z 2, v – пересечение плоскости резания z2(u,v), определяемой уравнением (3.23), с поперечным сечением кряжа посередине его длины.

Условия (4.5) для рассматриваемого годичного слоя указывают на то, что описываемая функцией yc(u) образующая годичного слоя в комлевой и вершинной частях кряжа лежит не выше плоскости резания z2(u,v), а в срединной его части – выше данной плоскости резания. Это объясняется выпуклостью образующей параболы кряжа. Поэтому такой годичный слой на модели листа шпона будет отображаться в форме эллипса (годичный слой 1 на рис. 4.2).

Таким образом, начиная с первого годичного слоя, расположенного под по верхностью кряжа, по порядку рассматривается каждый годичный слой, для кото рого проверяется выполнение либо всех условий (4.3), либо условий (4.5), либо одного из условий (4.1) – (4.2) в зависимости от типа образующей кряжа. В ре зультате определяется ближайший к периферии листа шпона годичный слой, имеющий одну из форм, изображенных на рисунках 4.2 – 4.5.

Следующим шагом предлагается оценить прямолинейность выбранного го дичного слоя [19]. Для этого необходимо определиться с допуском прямолиней ности, воспринимаемым человеком. Согласно ГОСТ 28459-90, используемому при визуальной настройке телевизора, этот параметр рекомендуется на уровне 0,3% [44].

В связи с симметричностью листа шпона относительно продольной оси рас сматривается только та его часть, которая лежит выше оси. Поэтому выбирается кривая оцениваемого годичного слоя, расположенная выше продольной оси. На рисунках 4.3 и 4.4 это верхняя ветвь параболы 1 годичного слоя, на рисунке 4.5 – соответственно верхняя ветвь парабол 1 и 2, отображающих годичный слой, а на рисунке 4.2 – дуга эллипса 1, лежащая выше горизонтальной оси.

Для поиска такой зоны рассматриваемой ветви параболы (дуги эллипса), ко торую визуально можно воспринимать как часть прямой линии, используются ко ординаты (u, v) точек, по которым эта ветвь (дуга эллипса) строится и отобража ется на модели листа шпона. По данным координатам для ветви параболы нахо дится ближайшая к вершине этой параболы точка с координатами (uд.п., vд.п.), в ко торой допуск прямолинейности не превышает 0,3%:

vo vд.п.

0,3%, (4.6) uв uo где uo, vo – координаты самой верхней точки ветви параболы, отображающей годичный слой на модели листа шпона;

uв – абсцисса вершины параболы.

Для верхней ветви параболы 1 на рисунке 4.3 и параболы 2 на рисунке 4.5 в качестве точки с координатами (uo, vo) выступает точка пересечения этой ветви с вертикальной осью (u0 = 0), а для верхней ветви параболы 1 на рисунках 4.4 и 4. – точка ее пересечения с «правой» вертикальной границей листа шпона (u0 соот ветствует длине листа шпона).

Найденной точкой с координатами (uд.п., vд.п.), для которой справедливо не равенство (4.6), на рисунках 4.3 и 4.4 является точка 2. В случае, изображенном на рисунке 4.5, для верхней ветви каждой из парабол 1 и 2 осуществляется поиск со ответственно координат (u1д.п., v1д.п.) и (u2д.п., v2д.п.) точек, в которых допуск прямо линейности не превышает 0,3%. Ординаты v1д.п. и v2д.п. этих двух точек сравнива ются, и выбирается точка, которая расположена дальше от продольной оси листа шпона. На рисунке 4.5 такой является точка 3.

Если кривая оцениваемого годичного слоя имеет форму эллипса (рис. 4.2), то по координатам точек его верхней дуги определяется наиболее близкая к левой или правой вершине эллипса точка, для которой выполняется условие (4.6). На рисунке 4.2 ею является точка 2.

В результате в любом из описанных случаев находится точка с координата ми (uд.п., vд.п.), выше которой зона рассматриваемой ветви параболы (дуги эллипса) визуально воспринимается как прямая линия. Через данную точку проводится условная прямая, параллельная продольной оси листа шпона (рис. 4.2 – 4.5). Такая условно проведенная прямая позволяет разделить лист шпона на зоны. Зону, рас положенную выше условной прямой, можно отнести к радиальному шпону, по скольку все годичные слои на этой части листа шпона будут иметь вид прямых параллельных линий.

В дальнейшем для определения, к какому виду шпона этот лист отнести, необходимо вычислить площадь радиальной зоны, расположенной выше условно проведенной прямой, и площадь листа шпона. При этом расположенная выше условной прямой зона может принимать форму либо прямоугольной трапеции, либо прямоугольного треугольника.

Чтобы вычислить указанные площади, необходимо определить длину листа шпона и его ширину в вершинной и комлевой части (рис. 4.6). С учетом длины L круглого лесоматериала и угла наклона плоскости резания к продольной оси кряжа длина MN листа шпона рассчитывается по формуле:

L MN. (4.7) cos Ширину листа шпона в вершинной и комлевой частях круглого лесоматери ала можно вычислить по формулам:

d d BQ 2 d в в R2 в R2, (4.8) 2 2 d d KС 2 d к к z 2 0, v к z 2 0, v, (4.9) 2 2 где BQ, KC – ширина листа шпона соответственно в вершинной и комлевой ча стях кряжа;

dв, dк – диаметр кряжа соответственно в вершине и в комле;

R2 – расстояние от продольной оси кряжа до плоскости резания в его вер шинной части;

z2(0,v) определяет расстояние от продольной оси кряжа до плоскости реза ния z2(u,v) в комле.

Рисунок 4.6 – Графическая модель плоскости резания кряжа Площадь Sш листа шпона находится по формуле площади трапеции как:

BQ KC L Sш. (4.10) cos Радиальные зоны листа шпона в форме прямоугольной трапеции представле ны на рисунках 4.2 – 4.5. Используя значение ординаты vд.п. точки, в которой допуск прямолинейности не превышает 0,3%, площадь Sр.з. этой зоны вычисляется как:

BQ KC L S р.з. vд.п.. (4.11) cos Радиальная зона листа шпона может иметь форму прямоугольного тре угольника (рис 4.7). В этом случае площадь Sр.з. этой зоны находится как:

KC L S р.з. vд.п.. (4.12) KC BQ cos Рисунок 4.7 – Модель текстуры листа шпона с отображением зоны радиального шпона, имеющей форму прямоугольного треугольника Определив площади листа шпона и его радиальной зоны, вычисляется их соотношение, по которому определяется принадлежность листа шпона к полура диальному или тангентальному виду. В виду симметричности листа шпона отно сительно его продольной оси, если удвоенная площадь радиальной зоны шпона, рассчитанная по формуле (4.11) или (4.12), составляет не менее площади всего листа шпона, то такой лист шпона относится к полурадиальному виду, иначе к тангентальному.

В случае если на модели листа шпона годичный слой, имеющий одну из форм, представленных на рисунках 4.2 – 4.5, отсутствует, лист шпона будет иметь вид, изображенный на рисунке 4.1. Все годичные слои, отображаемые на таком листе шпона, являются прямыми параллельными линиями, и поэтому данный шпон можно считать радиальным.

Для модели листа шпона необходимо проверять соответствие его длины и ширины требованиям ГОСТ 2977-82 [45]. Причем, если образующая кряжа имеет форму параболы Нейля, предлагается дополнительно вычислять ширину листа шпона в районе длины P кряжа, где Р [0, L] – точка, в которой функция y(u) обра зующей круглого лесоматериала расположена на минимальном расстоянии от плос кости резания. Если требования ГОСТ 2977-82 к длине или ширине шпона не вы полняются, данный лист шпона не рассматривается как полезный и идет в отходы.

Таким образом, путем задания толщины шпона и передвижения плоскости резания от продольной оси кряжа к периферии (или, наоборот, от периферии к оси) по объемной модели (3.17) круглого лесоматериала строятся модели листов шпона с отображением текстуры годичных слоев на его поверхностях (3.28).

Каждый лист анализируется с точки зрения его принадлежности к одному из ви дов: радиальному, полурадиальному или тангентальному. Затем определяется объем каждого листа шпона.

Суммируя объемы всех листов шпона по видам, определяется процент вы хода радиального, полурадиального и тангентального шпона, а также общий вы ход сырого шпона. При этом объем VКЛМ кряжа вычисляется по формуле:

L VКЛМ y (u ) 2 du, (4.13) где y(u) – функция, определяющая форму образующей круглого лесоматериала.

Известно, что радиальному шпону присущи более высокие качественные ха рактеристики, например, меньшая шероховатость, более высокая прочность и фор моустойчивость. Поэтому более востребованной может оказаться задача обеспече ния максимального выхода радиального шпона. К примеру, лист шпона, представ ленный на рисунке 4.2, в целом является полурадиальным. Однако если его рас кроить вдоль условно проведенной прямой (прямая 2 на рис. 4.2), то выход ради ального шпона увеличится. Алгоритм решения задачи максимизации выхода ради ального шпона с каждого листа осуществляется в следующей последовательности.

После проведения на листе шпона условной прямой, параллельной про дольной оси листа и проходящей через точку с координатами (uд.п., vд.п.), в которой допуск прямолинейности не превышает 0,3%, вычисляется ширина зоны радиаль ного шпона посередине ее длины и длина этой зоны. Если найденные значения удовлетворяют требованиям ГОСТ 2977-82, то в зависимости от формы данной зоны (прямоугольная трапеция или треугольник) рассчитывается площадь зоны радиального шпона.

В виду симметричности листа шпона относительно продольной оси при раскрое вдоль условно проведенной прямой с одного листа шпона получается два листа радиального шпона. Оставшаяся часть исходного листа шпона, заключенная между двумя зонами радиального шпона, также проверяется на соответствие тре бованиям ГОСТ 2977-82 по ширине (понятно, что длина будет соответствовать).

При выполнении этого требования получается лист тангентального шпона, для которого вычисляется площадь. В противном случае оставшаяся часть исходного листа шпона идет в отходы. Площадь тангентальной зоны определяется в зависи мости от формы радиальной зоны:

при радиальной зоне в форме прямоугольной трапеции площадь танген L тальной зоны находится как площадь прямоугольника со сторонами 2vд.п. и ;

cos при радиальной зоне в форме прямоугольного треугольника площадь тан гентальной зоны вычисляется как разница между площадями всего листа шпона (4.10) и двух зон радиального шпона (4.12).

В случае, когда требования ГОСТ 2977-82 к ширине зоны радиального шпона не соблюдаются, предлагается выбор одного из двух вариантов.

Первый вариант заключается в том, что данный лист шпона не будет рас краиваться вдоль условно проведенной прямой. По найденному соотношению площадей зоны радиального шпона и всего листа шпона определяется, к какому виду данный лист шпона может быть отнесен: полурадиальному или тангенталь ному. Требования ГОСТ 2977-82 по ширине для этого листа должны выполняться, иначе лист пойдет в отходы.

Второй вариант предполагает, что находится такая длина зоны радиального шпона, посередине которой ширина этой зоны будет удовлетворять требованиям ГОСТ 2977-82. Схематично данный вариант представлен на рисунке 4.8: если по середине длины листа шпона ширина W3W4 меньше минимально допускаемой по ГОСТ 2977-82, то, сдвигая отрезок W3W4 к комлевой части, для радиальной зоны листа шпона определяется длина L2, посередине которой отрезок W1W2 равен ми нимально допускаемой по ГОСТ 2977-82 ширине tmin. В соответствии со схемой, изображенной на рисунке 4.8, длина L2 рассчитывается по формуле:

2KC 2vд.п. 2tmin L L2. (4.14) cos KC BQ Рисунок 4.8 – Расчетная схема определения размеров листа шпона С учетом вычисленной длины L2, удовлетворяющей требованию ГОСТ 2977-82, определяется площадь уменьшенной зоны радиального шпона.

Часть зоны радиального шпона, расположенная между L2 и L cos, считается отходом. Таким образом, данный вариант предполагает раскрой листа шпона вдоль условно проведенной линии и получение двух листов радиального шпона уменьшенной длины. Оставшаяся часть исходного листа шпона, расположенная между двумя зонами радиального шпона, аналогично проверяется на соответствие ширины требованию ГОСТ 2977-82. При выполнении этого требования получает ся лист тангентального шпона, для которого вычисляется площадь. При примене нии рассмотренного второго варианта выход радиального шпона будет макси мальным, но также увеличатся и отходы.

В результате, раскраивая лист по любому из предложенных вариантов, опре деляется объемный выход радиального, полурадиального, тангентального шпона.

В Приложения И (рис. И.1 и И.2) представлена обобщенная графическая за пись алгоритма описанного выше численного способа оценки вида строганого шпона и его объемного выхода, учитывающего форму круглого лесоматериала и способ его раскроя. С учетом данного алгоритма в пакете MATLAB разработан программный комплекс автоматизированного расчета объемного выхода и иден тификации вида строганого шпона [103]. Свидетельство о государственной реги страции программы и описание графического интерфейса пользователя приведе ны соответственно в Приложениях К и Л.

Визуализация результатов работы программного комплекса происходит в виде отдельных окон, в которых отображаются модели листов шпона (см. рис. 4.1 – 4.5), диаграммы объемного выхода шпона по его видам и отходов как в целом с кряжа, так и полистно по толщине круглого лесоматериала в процентах к его объему.

Распределение шпона по толщине кряжа и видам при резании параллельно его образующей, имеющей форму параболы Нейля, с раскроем листа приведен на рисунке 4.9, а объемный выход шпона – на рисунке 4.10.

Рисунок 4.9 – Визуализация расчетов по модели, прогнозирующей выход шпона по видам по толщине кряжа (для образующей – параболы Нейля с раскроем листа шпона без уменьшения длины радиальной зоны) Рисунок 4.10 – Визуализация расчетов по модели, прогнозирующей объемный выход шпона (для образующей – параболы Нейля с раскроем листа шпона без уменьшения длины радиальной зоны) Таким образом, разработан программный комплекс, позволяющий численно определять вид строганого шпона, его объемный выход по каждому виду со всего объема кряжа в зависимости от формы образующей круглого лесоматериала и способа его продольного раскроя, а также распределение вида строганого шпона по толщине кряжа.

4.2 Анализ влияния формы круглого лесоматериала и способа его раскроя на объемный выход и вид строганого шпона Для проведения расчетов по разработанному программному комплексу принимаются следующие исходные данные, связанные:

1) с формой образующей круглого лесоматериала: параболой Нейля, парабо лой или прямой;

2) со способом раскроя кряжа: параллельно продольной оси кряжа или парал лельно его образующей;

3) со способом раскроя листа шпона: без раскроя листа, с раскроем без умень шения длины радиальной зоны и с ее уменьшением;

4) с объемным выходом: размеры по толщине и длине кряжа;

размеры шпона и отструга.

Вершинный диаметр кряжей с образующими, описываемыми параболой Нейля, параболой и прямой, принимается равным 24 см. Длина этих кряжей – 3 м, а сбег – 1 см/м.

Толщина листа шпона принимается равной 0,8 мм, минимальная ширина сырого шпона – 75 мм. Толщина отструга – 20 мм.

Результаты расчетов, проведенных при перечисленных условиях, представ лены в таблицах 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 – Объемный выход шпона без раскроя листа шпона Выход шпона, % радиального полурадиального тангентального общий Тип образу ющей кряжа при плоскости резания, параллельной оси или образующей кряжа оси образующей оси образующей оси образующей оси образующей парабола 0,00 9,63 31,89 68,00 55,25 7,65 87,13 85, Нейля парабола 0,00 61,88 31,06 22,00 53,82 0,00 84,88 83, прямая 0,00 84,07 30,38 0,00 54,70 0,00 85,08 84, Таблица 4.2 – Объемный выход шпона с раскроем листа шпона Выход шпона, % ющей кряжа Тип образу Раскрой с радиального полурадиального тангентального общий уменьшением при плоскости резания, параллельной оси или образующей кряжа или без длины образую- образую- образую- образую радиальной зоны оси оси оси оси щей щей щей щей парабола 38,73 62,30 0,00 7,97 37,37 7,65 76,10 77, Нейля без уменьшения парабола 37,39 81,00 0,00 2,61 37,10 0,00 74,49 83, прямая 37,89 84,07 0,00 0,00 36,49 0,00 74,38 84, парабола 41,30 63,06 0,00 6,18 32,35 7,65 73,65 76, Нейля с уменьшением парабола 40,05 81,25 0,00 2,14 32,19 0,00 72,24 83, прямая 40,36 84,07 0,00 0,00 31,59 0,00 71,95 84, Из полученных результатов видно, что независимо от формы образующей кряжа при резании параллельно оси и без раскроя листа шпона радиального шпо на не образуется. В случае раскроя листа появляется радиальный шпон. Его объем составляет 38,73%;

37,89% и 37,39% для кряжей, имеющих образующие в форме соответственно параболы Нейля, прямой и параболы (рис. 4.3 и 4.4). Несколько больший объем получается при раскрое листа с уменьшением длины радиальной зоны: соответственно 41,30%;

40,36% и 40,05% (рис. 4.8).

При резании параллельно образующей кряжа выход радиального шпона существенно зависит от формы этой образующей. Если в случае параболы Нейля он составляет 9,63% без раскроя листа, то для параболы – 61,88%, а для прямой – 84,07%. При использовании раскроя листа выход радиального шпона подчиняется той же закономерности и составляет соответственно 62,30%;

81,00% и 84,07%.

Графическая иллюстрация приведенных результатов показана на рисунке 4.11.

При раскрое листа с уменьшением длины радиальной зоны выход в случае обра зующей в форме параболы Нейля немного больше – 63,06%, а для параболы и прямой остается практически без изменений.

Рисунок 4.11 – Объемный выход шпона с раскроем листа без уменьшения длины, образующая кряжа – парабола Нейля Следует отметить отсутствие полурадиального и тангентального шпона при резании параллельно образующей кряжа, имеющей форму прямой.

Выход полурадиального шпона при резании параллельно оси и без раскроя листа шпона составляет около 31% с тенденцией увеличения в следующей после довательности форм образующих кряжа: прямая (30,38%), парабола (31,06%) и парабола Нейля (31,89%). При резании параллельно оси с использованием рас кроя листа шпона независимо от формы образующей кряжа полурадиальный шпон не образуется.

Выход полурадиального шпона при резании параллельно образующей кряжа, имеющей форму параболы Нейля, без использования раскроя листа максимальный – 68,00%. Применение раскроя листа ведет к уменьшению выхода полурадиального шпона до 7,97%, а с использованием раскроя с уменьшением длины – до 6,18%, что объясняется увеличением в этом случае выхода радиального шпона. Если образу ющая круглого лесоматериала имеет форму параболы, то выход полурадиального шпона без применения раскроя листа почти в 3 раза уменьшается и составляет 22,00% без применения раскроя листа и 2,61 и 2,14 процентов с раскроем листа со ответственно без уменьшения длины радиальной зоны и с ее уменьшением.

Выход тангентального шпона при резании параллельно оси и без раскроя ли ста имеет наибольшее значение на уровне 55,25% для кряжей с формой образую щей, описываемой параболой Нейля, чуть ниже – 54,70% – для образующей, имею щей форму прямой, и 53,82% – для параболы. Если же раскрой ведется параллельно образующей, то тангентальный шпон образуется только в случае, когда образующая кряжа описывается параболой Нейля –7,65%, причем независимо от того, раскраи вается лист шпона или нет, с уменьшением длины листа шпона или нет (рис. 4.5).

При раскрое листа шпона при строгании параллельно оси кряжа выход тан гентального шпона уменьшается и составляет 37,37%;

37,10% и 36,49% для кря жей, образующие которых имеют соответственно форму параболы Нейля, пара болы и прямой. В случае использования раскроя листа с уменьшением длины вы ход снижается и составляет соответственно 32,35%;

32,19% и 31,59%. Это объяс няется увеличением выхода радиального шпона при применении раскроя листа.

Что касается общего выхода шпона, то максимальный количественный вы ход 87,13% обеспечивается использованием в качестве сырья кряжей с образую щей, имеющей форму параболы Нейля, без раскроя листа шпона при резании па раллельно оси кряжа. Чуть меньший выход шпона получается с кряжей, образую щие которых описываются прямой и параболой. Он составляет соответственно 85,08% и 84,88%. Применение раскроя листа ведет к понижению выхода шпона в среднем на 10,7% и составляет 76,10%;

74,49% и 74,38% для кряжей с образую щими в форме соответственно параболы Нейля, параболы и прямой. Использова ние раскроя с уменьшением длины еще в среднем на 2,4% снижает выход шпона, который в этом случае составляет соответственно 73,65%;

72,24% и 71,95%.

Уменьшение выхода шпона объясняется увеличением отходов, образующихся при раскрое листа с той его части, которая расположена между двумя симметричными относительно продольной оси листа радиальными зонами. К еще большему увели чению отходов ведет уменьшение длины радиальной зоны листа.

Направление плоскости резания параллельно образующей круглого лесома териала приводит к уменьшению общего количественного выхода шпона, что объ ясняется выпиливанием из центральной части кряжа сердцевинной доски, толщи на которой увеличивается от вершины к комлю. При этом наблюдаются те же за кономерности, что и при резании параллельно оси. Кряжи, образующая которых имеет форму параболы Нейля, дают наибольший объемный выход шпона – 85,29% без использования раскроя листа. Немного ниже этот показатель у кряжей, имею щих образующие в форме прямой и параболы, и составляет соответственно 84,07% и 83,88%. Применение раскроя листа для кряжей, чьи образующие описываются параболой Нейля, ведет к дальнейшему снижению выхода шпона до 77,93% и 76,89% соответственно в случаях без использования уменьшения длины радиаль ной зоны листа и с ее уменьшением. Следует заметить, что для кряжей, образую щие которых описываются прямой, использование раскроя листа не влияет на вы ход шпона, поскольку в этом случае при резании параллельно образующей полу чается только радиальный шпон. Для кряжей, имеющих образующие в форме па раболы, применение раскроя листа также практически не влияет на выход шпона, снижая его на 0,5% и 0,3% в случае, когда соответственно используется уменьше ние длины радиальной зоны и не используется.

Однако следует иметь в виду, что при продольном строгании заготовок толщина отструга может быть уменьшена до 3 мм, и тогда выход увеличится до 87,19% (для варианта без раскроя листа при резании параллельно образующей кряжа, имеющей форму прямой).

Таким образом, при применении способа раскроя кряжа параллельно его продольной оси образуется, в основном, шпон тангентального вида, объем кото рого составляет по данным таблицы 4.1 более 53%. Намного меньше получается полурадиального шпона – около 31%, а радиальный шпон и вовсе отсутствует.

Применение способа раскроя кряжа параллельно его образующей несомнен но увеличивает выход радиального шпона (рис. 4.12). В случае, когда образующей кряжа является прямая, образуется только радиальный шпон. Однако, когда обра зующей кряжа является парабола Нейля, основная доля (см. табл. 4.1) приходится на полурадиальный шпон – 68,00% (без применения раскроя листа). Поэтому для получения максимального количества радиального шпона необходимо, по возмож ности, исключить использование сырья, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и стремиться к отбору сырья, образующая которого имеет форму прямой.

Следует заметить, что для кряжей с образующими в форме параболы Нейля при ре зании параллельно образующей получается также тангентальный шпон, что неха рактерно при данном способе раскроя круглых лесоматериалов, образующие кото рых описываются прямой или параболой. При этом, когда образующей кряжа явля ется парабола, получается в основном радиальный шпон – 61,88% и, в гораздо меньшем объеме, полурадиальный – 22,00% (тангентальный шпон отсутствует).

Рисунок 4.12 – Объемный выход радиального шпона при резании параллельно образующей кряжа Расчеты по разработанному программному комплексу позволяют прогнози ровать увеличение выхода радиального шпона для кряжей, образующие которых описываются параболой Нейля или параболой. Для этого необходимо ввести в тех нологический процесс соответствующую схему раскроя листа (рис. 4.2 – 4.5 и 4.12).

Данная технология способствует повышению выхода радиального шпона и при ре зании параллельно продольной оси кряжа [22]. Тем не менее, в последнем случае выход почти в два раза меньше, чем при строгании параллельно образующей кряжа.

Рассчитанный объемный выход шпона показан на рисунке 4.13. Видно, что максимальный выход получается из кряжей, чьи образующие описываются пара болой Нейля, чему может способствовать вогнутость такой формы образующей.

Наименьший количественный выход шпона с кряжа получается при использова нии в качестве сырья круглого лесоматериала, образующая которого имеет форму параболы, что можно объяснить выпуклостью данной формы. При этом разница в объемном выходе шпона из кряжей с различными формами их образующих (па рабола, прямая и парабола Нейля) небольшая и составляет около 1,3%.

Рисунок 4.13 – Объемный выход шпона при резании параллельно образующей кряжа Введение технологических операций, связанных с раскроем листов шпона, ведет к снижению выхода шпона. Однако, как было выше сказано, при этом су щественно растет качественный выход шпона. Применение данных технологиче ских операций не изменяет объемный выход шпона из кряжей, имеющих образу ющую в форме прямой, и практически не влияет на этот выход шпона, снижая его в среднем только на 0,4% для кряжей с образующими, описываемыми параболой.

В случае, когда образующей кряжа является парабола Нейля, объемный выход шпона заметно падает – на 7,4%.

Если сравнивать способы раскроя кряжа параллельно его продольной оси и параллельно его образующей, то общий количественный выход шпона из кряжа при использовании последнего способа снижается в среднем на 1,3%, что объяс няется выпиливанием из центральной части кряжа сердцевинной доски, толщина которой увеличивается от вершины к комлю. Однако применение технологиче ских операций, связанных с раскроем листов шпона, при резании параллельно об разующей кряжа приводит к увеличению выхода шпона в среднем на 6,9% и 8,8% соответственно без уменьшения длины радиальной зоны и с ее уменьшением.

4.3 Выводы 1. Разработана методика объективной оценки вида строганого шпона и его объемного выхода, основанная на численной оценке прямолинейности годичных слоев в плоскости резания и информационно-математическом моделировании срезаемых слоев.

2. Разработан программный комплекс автоматизированного расчета объемно го выхода и идентификации вида строганого шпона, позволяющий в режиме ре ального времени производить оценку вида строганого шпона, его выход по каж дому виду и планировать уровень соответствующих показателей при изменении схемы продольного раскроя кряжа, формы образующей кряжа или технологии раскроя листа шпона. Программный комплекс дает также виртуальное распреде ление вида строганого шпона по толщине кряжа.

3. Разработанная информационно-математическая модель позволяет:

на основании морфометрических данных круглого лесоматериала и усло вий его строгания создавать объемную трехмерную модель листов шпона с отра жением его внутренней макроструктуры – годичных слоев;

при использовании 3D принтеров для прототипирования виртуально сре заемых листов шпона дать реальную оценку его художественным свойствам.

4. Анализ результатов расчетов, выполненных с использованием полученного программного комплекса, подтвердил возможность прогнозирования влияния формы образующей, способа резания (параллельно оси или образующей), приме нения технологии раскроя листа шпона на вид получаемого шпона и его объем ный выход. При принятых исходных данных и допущениях выход радиального шпона существенно зависит от формы образующей и от способа резания. Макси мальное его количество получается при резании параллельно образующей кряжа, имеющей форму прямой.

5. Полученная информационно-математическая модель позволяет корректиро вать технологический процесс в зависимости от того, какой вид шпона требуется получить, сортируя сырье по типу образующей и регулируя подачу в производ ство соответствующих кряжей с нужной формой образующей.

Однако в производство строганого шпона поступает сырье, имеющее не только разные формы образующих, но и разный сбег и диаметр. Кроме того, из вестно, что эффективность производства строганого шпона во многом зависит от его толщины. Исследование этих факторов позволяет более полно учесть влияние морфометрических характеристик древесины лиственницы на выход строганого шпона.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОСНОВНЫХ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КРЯЖА, УСЛОВИЙ ЕГО РАСКРОЯ И СТРОГАНИЯ НА ВЫХОД ШПОНА В настоящей главе проводятся исследования по изучению влияния формы образующей, сбега, диаметра кряжа и толщины изготавливаемого шпона на его количественный и качественный выход.

5.1 Обоснование выбора выходных параметров, постоянных и переменных факторов Проведенный выше анализ показал, что для производства радиального шпона целесообразнее использовать кряжи, имеющие образующую в форме пря мой, так как при этом обеспечивается его максимальный выход как при способе раскроя кряжа параллельно образующей, так и параллельно оси. Причем послед ний случай предполагает обязательное применение технологии с раскроем листа.

Поэтому необходимо установить влияние исследуемых факторов на выход шпона по его видам для кряжей, образующие которых имеют форму параболы Нейля или параболы. Выход шпона определяется при раскрое кряжа параллельно оси и па раллельно образующей. В целом это позволит более эффективно использовать данное сырье в производстве.

Выбранное множество факторов должно быть достаточно полным. В про тивном случае возможно получение существенной ошибки в опыте [1]. Анализ литературных данных и результаты наших исследований позволяют установить следующие постоянные (табл. 5.1) и переменные (табл. 5.2) факторы. Уровни и интервалы варьирования значений факторов устанавливаются в соответствии с задачей исследования, а также по результатам материалов предыдущих глав.

О необходимости использования лиственницы для производства строганого шпона отмечалось в первой главе. Длина кряжа, равная 3 м, сохраняется постоян ной на протяжении всех предыдущих расчетов данной работы и обеспечивает сравнимость получаемых результатов.

Таблица 5.1 – Постоянные факторы Наименование Значение Порода древесины лиственница Длина круглого лесоматериала, м Способ продольного раскроя кряжевой Толщина отструга, мм Таблица 5.2 – Переменные факторы Обозначение Уровни варьирования Интервал Наименование нижний основной верхний натуральное нормализованное варьирования (-1) (0) (+1) Диаметр кряжа, см х dв 8 20 28 Толщина шпона, мм х tшп 0,2 0,6 0,8 1, Сбег, см/м х S 1,3 0,4 1,7 3, Кряжевой способ раскроя принят, поскольку он позволяет наиболее полно использовать древесину [123]. В виду того, что предполагается производить шпон при продольном строгании, вопрос жесткого крепления заготовок на столе станка не является актуальным. Толщина отструга зависит от способа строгания (попе речного или продольного), технологии продольного раскроя кряжа, конструкции шпонострогальных станков, особенностей технологии строгания и может изме няться от 3 до 40 мм [10, 36, 72, 98]. Для сравнимости результатов расчетов тол щина отструга принимается равной 20 мм.

Согласно ГОСТ 9463-88 минимальный диаметр лиственничного сырья со ставляет 32 см [47]. Однако, как уже отмечалось во второй главе, доля сырья, от вечающего требованиям ГОСТ 9463-88, составляет немногим более 1 % от экс плуатационного запаса. Средний диаметр заготавливаемой лиственницы состав ляет 24 см. Учитывая необходимость производства строганого шпона из листвен ницы и расширение соответствующей сырьевой базы, во второй и третьей главах был обоснован ее минимальный диаметр (22 см) и предложена технология полу чения качественного шпона. Поэтому нижний уровень варьирования диаметра принят равным 20 см, а верхний 36 см.

Толщина строганого шпона из лиственницы в соответствии с ГОСТ 2977- может быть 0,8 или 1,0 мм [45]. Результаты проведенных в третьей главе исследо ваний по изучению влияния способа строгания на шероховатость поверхности показали, что при продольном строгании шероховатость примерно в 2,5 раза меньше, чем при поперечном. Анализ информации производителей строганого шпона из лиственницы, применяющих станки с продольным строганием, показал возможность получения качественного лиственничного шпона толщиной 0,6 мм [109]. Поэтому за нижний интервал варьирования принят шпон толщиной 0,6 мм, а за верхний – 1,0 мм.

Известно, что сбег зависит от диаметра бревен. Причем с уменьшением диа метра сбег тоже снижается [95]. Для разных частей хлыста он также отличается.

Так, по данным П.М. Пашкова, на первом метре комлевых бревен с диаметром 30 см сбег составляет порядка 8 см/м, а с диаметром 60 см – 13,5 см/м [28]. По дан ным В.Н. Корякина соответствующий сбег для лиственницы даурской составляет 8,7 и 12,5 см/м [122]. При принятых интервалах изменения диаметра средний сбег в различных частях бревна может изменяться от 0,5 до 2,3 см/м [62, 122]. Поэтому нижний уровень варьирования сбега принят равным 0,4 см/м, а верхний 3 см/м.

5.2 Разработка математической модели В данной работе требуется получить математическую модель с достаточ ными предсказательными свойствами внутри области определения эксперимента.

Для детального изучения большинства процессов деревообработки применяются широко известные методики планирования эксперимента и наиболее подходят планы второго порядка [96].

Расчетная матрица и результаты опытов приведены в таблице 5.3, в которой приняты следующие обозначения:

Но Нс yр, yр – выход радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и резании соответственно параллельно оси и параллельно образующей;

Таблица 5.3 – Расчетная матрица и результаты опытов Выход шпона, % парабола парабола парабола парабола парабола парабола парабола парабола № x1 x2 x3 dв tшп S Нейля Нейля Нейля Нейля Но Нс По Пс Но Нс По Пс Но Нс По Пс Но Нс По Пс yр yр yр yр yпр yпр yпр yпр yт yт yт y т yо yо yо yо 1 -1 -1 -1 20 0,6 0,4 39,39 65,36 40,26 83,68 18,18 18,59 17,22 0,94 21,81 0,00 20,98 0,00 79,38 83,95 78,46 84, 2 1 -1 -1 36 0,6 0,4 71,90 86,48 71,57 93,42 0,00 3,01 0,00 0,00 9,23 0,00 9,17 0,00 81,14 89,48 80,75 93, 3 -1 1 -1 20 1 0,4 40,07 65,17 39,87 83,90 16,69 17,99 16,48 0,76 22,20 0,00 21,93 0,00 78,96 83,16 78,29 84, 4 1 1 -1 36 1 0,4 71,88 86,12 71,54 93,28 0,00 3,17 0,00 0,00 9,18 0,00 9,12 0,00 81,06 89,30 80,66 93, 5 -1 -1 1 20 0,6 3 0,82 24,00 0,75 46,82 0,00 0,00 0,00 13,24 78,76 36,50 71,40 0,00 79,58 60,50 72,14 60, 6 1 -1 1 36 0,6 3 34,67 58,98 33,54 73,62 0,00 0,00 0,00 1,98 56,32 18,63 52,69 0,00 90,99 77,62 86,23 75, 59, 7 -1 1 1 20 1 3 0,68 23,83 0,62 45,92 0,00 0,00 0,00 12,84 78,68 36,62 71,32 1,04 79,36 60,46 71, 8 1 1 1 36 1 3 34,66 58,82 33,35 73,46 0,00 0,00 0,00 2,04 56,37 18,80 52,92 0,00 91,03 77,62 86,27 75, 9 -1 0 0 20 0,8 1,7 12,12 37,52 11,55 60,06 0,00 5,58 0,00 12,41 65,82 25,75 62,31 0,00 77,94 68,85 73,86 72, 10 1 0 0 36 0,8 1,7 48,42 69,79 46,96 84,01 0,00 0,00 0,00 1,27 41,49 5,93 40,33 0,00 89,92 75,72 87,30 85, 11 0 -1 0 28 0,6 1,7 36,99 60,83 35,19 77,69 0,00 0,00 0,00 2,87 48,73 11,54 47,45 0,00 85,72 72,37 82,63 80, 12 0 1 0 28 1 1,7 36,58 60,75 35,28 77,41 0,00 0,00 0,00 3,19 48,98 11,58 47,07 0,00 85,55 72,33 82,35 80, 13 0 0 -1 28 0,8 0,4 63,16 81,03 62,43 90,48 0,00 6,52 0,00 0,00 16,95 0,00 17,31 0,00 80,11 87,55 79,74 90, 14 0 0 1 28 0,8 3 21,89 48,29 21,36 64,45 0,00 0,00 0,00 4,90 65,50 20,29 60,15 0,00 87,39 68,58 81,52 69, По Пс yр, yр – выход радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы, и резании соответственно параллельно оси и параллельно обра зующей;

Но Нс yпр, yпр – выход полурадиального шпона из кряжа, имеющего образую щую в форме параболы Нейля, и резании соответственно параллельно оси и па раллельно образующей;

По Пс yпр, yпр – выход полурадиального шпона из кряжа, имеющего образую щую в форме параболы, и резании соответственно параллельно оси и параллельно образующей;

Но Нс yт, yт – выход тангентального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и резании соответственно параллельно оси и парал лельно образующей;

По Пс yт, yт – выход тангентального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы, и резании соответственно параллельно оси и параллельно об разующей;

Но Нс yо, yо – общий выход шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и резании соответственно параллельно оси и параллельно обра зующей;

По Пс yо, yо – общий выход шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы, и резании соответственно параллельно оси и параллельно образующей.

Численные значения приведенных в таблице 5.3 выходных параметров рас считываются с использованием описанного в четвертой главе программного ком плекса автоматизированного расчета объемного выхода и идентификации вида строганого шпона [103]. При этом применяется технология с раскроем листа шпона. Параллельные опыты не проводились, поскольку выходные параметры вычислялись с помощью ЭВМ. Вычисления коэффициентов регрессионной моде ли для ряда выходных параметров осуществлялись в приложении MS Excel. Для представления уравнений регрессии в натуральном виде использовались возмож ности математического пакета «Mathcad 14».

Нс Расчет коэффициентов регрессионной модели выхода yр радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и резании па раллельно образующей приведен в таблице М.1 Приложения М.

Для анализа и графической интерпретации полученных результатов постро ены уравнения регрессии в нормализованном и натуральном виде для различных выходных параметров.

Но Регрессионная модель выхода yр радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, и резании параллельно оси имеет вид:

для нормализованных факторов:

Но yр ( x1, x2, x3 ) 36,42 6,13x1 0,38 x2 6,12 x3 16,85 x 2 2 (5.1) 0,01x2 19,37 x3 0,07 x1x2 0,44 x1x3 0,10 x2 x3.

для натуральных факторов:

Но yр (dв, tшп, S ) 55,40 0,10 dв 9,45 tшп 3,62 S 2 7,44 dв 2 (5.2) 13,14 tшп 28,08 S 0,05 dв tшп 0,04 dв S 0,39 tшп S.

Нс Регрессионная модель выхода yр радиального шпона из кряжа, имеющего об разующую в форме параболы Нейля, и резании параллельно образующей имеет вид:

для нормализованных факторов:

Нс yр ( x1, x2, x3 ) 60,26 6,59x1 0,54 x2 4,42 x3 14,43x 2 2 (5.3) 0,10 x2 17,02 x3 0,02 x1x2 3,49 x1x3 0,03x2 x3.

для натуральных факторов:

Нс yр (d в, tшп, S ) 16,31 0,10 dв 13,55 tшп 2,61 S 2 7,01dв 2 (5.4) 21,97 tшп 31,45 S 0,01dв tшп 0,34 dв S 0,10 tшп S.

По Регрессионная модель выхода yр радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы, и резании параллельно оси имеет вид:

для нормализованных факторов:

По yр ( x1, x2, x3 ) 34,98 5,71x1 0,27 x2 6,93x3 16,39 x 2 2 (5.5) 0,06 x2 19,61x3 0,04 x1x2 0,32 x1x3 0,01x2 x3.

для натуральных факторов:

По yр (dв, tшп, S ) 48,33 0,09 dв 6,65 tшп 4,10 S 2 6,98 dв 2 (5.6) 11,71tшп 29,92 S 0,02 dв tшп 0,03 dв S 0,06 tшп S.

Пс Регрессионная модель выхода yр радиального шпона из кряжа, имеющего образующую в форме параболы, и резании параллельно образующей имеет вид:

для нормализованных факторов:

Пс yр ( x1, x2, x3 ) 76,40 4,35x1 1,16 x2 1,08 x3 9,74 x 2 2 (5.7) 0,13x2 14,05 x3 0,05 x1x2 4,40 x1x3 0,14 x2 x3.

для натуральных факторов:

Пс yр (dв, tшп, S ) 48,51 0,07 dв 29,12 tшп 0,64 S 2 4,28 dв 2 (5.8) 47,14 tшп 24,40 S 0,03 dв tшп 0,42 dв S 0,55 tшп S.

Но Регрессионная модель общего выхода yо шпона из кряжа, имеющего об разующую в форме параболы Нейля, и резании параллельно оси имеет вид:

для нормализованных факторов:

Но yо ( x1, x2, x3 ) 85,33 1,37 x1 0,33x2 1,55 x3 3,89 x 2 2 (5.9) 0,08 x2 2,77 x3 0,08 x1x2 2,40 x1x3 0,04 x2 x3.

для натуральных факторов:

Но yо (dв, tшп, S ) 66,55 0,02 dв 8,35 tшп 0,92 S 2 1,26 dв 2 (5.10) 15,36 tшп 1,34 S 0,05 dв tшп 0,23 dв S 0,15 tшп S.

Нс Регрессионная модель общего выхода yо шпона из кряжа, имеющего обра зующую в форме параболы Нейля, и резании параллельно образующей имеет вид:

для нормализованных факторов:

Нс yо ( x1, x2, x3 ) 72,48 0,17 x1 0,11x2 5,61x3 5,28 x 2 2 (5.11) 0,10 x2 8,87 x3 0,08 x1x2 2,83x1x3 0,12 x2 x3.

для натуральных факторов:

Нс yо (dв, tшп, S ) 86,40 0,003 dв 2,73 tшп 3,32 S 2 0,31dв 2 (5.12) 1,66 tшп 26,07 S 0,05 dв tшп 0,27 dв S 0,45 tшп S.

По Регрессионная модель общего выхода yо шпона из кряжа, имеющего об разующую в форме параболы, и резании параллельно оси имеет вид:

для нормализованных факторов:

По yо ( x1, x2, x3 ) 82,19 1,59x1 0,33x2 1,54 x3 4,65 x 2 2 (5.13) 0,07 x2 0,02 x3 0,04 x1x2 2,97 x1x3 0,01x2 x3.

для натуральных факторов:

По yо (dв, tшп, S ) 63,52 0,02 dв 8,15 tшп 0,91 S 2 1,47 dв 2 (5.14) 14,19 tшп 4,93 S 0,03 dв tшп 0,29 dв S 0,05 tшп S.

Пс Регрессионная модель общего выхода yо шпона из кряжа, имеющего обра зующую в форме параболы, и резании параллельно образующей имеет вид:

для нормализованных факторов:

Пс yо ( x1, x2, x3 ) 80,51 1,61x1 0,09 x2 0,57 x3 6,15 x 2 2 (5.15) 0,04 x2 10,62 x3 0,002 x1x2 1,73x1x3 0,03x2 x3.

для натуральных факторов:

Пс yо (dв, tшп, S ) 61,44 0,03 dв 2,21tшп 0,34 S 2 1,90 dв 2 (5.16) 3,52 tшп 11,57 S 0,001dв tшп 0,17 dв S 0,12 tшп S.

Эффективность построенных регрессионных моделей проверялась с помо щью F-критерия Фишера по известной методике [96].

Результаты расчетов проверки эффективности регрессионных моделей (5.1), (5.3), (5.5), (5.7), (5.9), (5.11), (5.13), (5.15) приведены в таблице 5.4. При этом таб личное значение Fтабл критерия Фишера при уровне значимости 0,05 и чисел степе ней свободы 13 в числителе и 4 в знаменателе составляет Fтабл = 5,89 [30].

Таблица 5.4 – Проверка эффективности регрессионных моделей Но Нс По Пс Но Нс По Пс Выходные функции yр yр yр yр yо yо yо yо Расчетное значение Fрасч 244,81 192,18 314,72 63,32 7,20 39,49 7,73 2271, критерия Фишера Исходя из данных, приведенных в таблице 5.4, расчетное значение Fрасч критерия Фишера больше табличного Fтабл, что позволяет считать регрессионные модели (5.1), (5.3), (5.5), (5.7), (5.9), (5.11), (5.13), (5.15) эффективными.

Полученные регрессионные модели позволяют сделать вывод о степени влия ния каждого фактора и их взаимодействий на исследуемые выходные функции.

5.3 Оценка влияния основных факторов процесса строгания шпона на его объемно-качественный выход Полученные модели (5.1), (5.3), (5.5), (5.7), (5.9), (5.11), (5.13), (5.15) пред ставляют определенный интерес с целью определения эффективности предложен ного выше способа продольного раскроя кряжей по критериям выхода радиального шпона и влияния на него формы образующих круглых лесоматериалов.

О характере влияния факторов говорят знаки при коэффициентах уравне ния. При анализе влияния фактора совместно с квадратичном членом все осталь ные факторы фиксируются на нулевом уровне.

Фиксирование в регрессионной модели (5.1) двух из трех факторов на нуле вом уровне дает следующий вид:

Но yр ( x1 ) 36,42 6,13x1 16,85x1, (5.17) Но yр ( x2 ) 36,42 0,38x2 0,01x2, (5.18) Но yр ( x3 ) 36,42 6,12 x3 19,37 x3.

(5.19) Коэффициенты модели (5.17) указывают на рост выхода радиального шпона с увеличением диаметра кряжа на всем принятом интервале изменения фактора х1.

С увеличением толщины шпона (х2) выход уменьшается при изменении толщины от 0,6 до 0,8 мм, а затем наблюдается рост выхода радиального шпона. Однако увеличение толщины шпона при условии использования в производстве сырья меньшего диаметра, безусловно, ведет к снижению эффективности такого произ водства, поскольку количество строганого шпона, являющегося облицовочным материалом и измеряемого в квадратных метрах, уменьшается. Влияние сбега при строгании шпона параллельно оси можно проследить по уравнению (5.19). С уве личением сбега от 0,4 до 3,0 см/м выход постоянно убывает. Это связано с тем, что при применении технологии раскроя листа рост сбега приводит к уменьше нию ширины радиальной зоны листа, а, следовательно, и уменьшению площади радиальной зоны и объема радиального шпона.

Для рассмотрения влияния исследуемых факторов на выход радиального шпона при строгании параллельно образующей регрессионная модель (5.3) также представляется в виде следующих зависимостей:

Нс yр ( x1 ) 60,26 6,59x1 14,43x1, (5.20) Нс yр ( x2 ) 60,26 0,54 x2 0,10 x2, (5.21) Нс yр ( x3 ) 60,26 4,42 x3 17,02 x3.

(5.22) Выход радиального шпона с ростом диаметра кряжа увеличивается, что следует из анализа уравнений (5.17) и (5.20), а также находит отражение в изоб раженной на рисунке 5.1 поверхности 2. Кроме того, из рисунка 5.1 и уравнений (5.17) и (5.20) видно, что динамика увеличения выхода шпона с ростом диаметра кряжа при строгании шпона параллельно оси в 1,2 раза выше, чем при строгании параллельно сбегу. Это можно объяснить тем, что выход радиального шпона при строгании параллельно образующей существенно больше, чем при строгании па раллельно оси, то есть практически исчерпана значительная часть этих ресурсов.

Характер влияния толщины шпона и сбега на выход радиального шпона примерно одинаковый, что видно из анализа уравнений (5.18), (5.21) и (5.19), (5.22).

На основе полученных регрессионных моделей (5.2) и (5.4) построены изображенные на рисунках 5.1 – 5.3 поверхности отклика, характеризующие вли яние исследуемых факторов на объемный выход радиального шпона при строга нии параллельно продольной оси и параллельно сбегу кряжа, образующая которо го имеет форму параболы Нейля.

Строгание кряжей параллельно сбегу способствует существенному увеличе нию выхода радиального шпона на величину от 14 % до 26 % по сравнению со строганием параллельно оси, что наглядно представлено на рисунке 5.1. Это свя зано с тем, что раскрой кряжа параллельно его сбегу происходит по направлению годичных слоев. Использование кряжей небольших диаметров с относительно большим сбегом, и строганием шпона параллельно оси приводит к полному отсут ствию радиального шпона, а строгание параллельно сбегу в этом случае обеспечи вает минимальный объемный выход радиального шпона в 23 %. С увеличением диаметра кряжа и уменьшением сбега выход радиального шпона растет.

Рисунок 5.1 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от диаметра и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, при толщине шпона 0,8 мм и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Рисунок 5.2 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от его толщины и диаметра кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, при сбеге 1,7 см/м и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Рисунок 5.3 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от его толщины и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, при диаметре кряжа 28 см и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Для сырья, имеющего образующую в форме параболы Нейля и сбег 1 см/м, строгание шпона толщиной 0,8 мм наглядно показывает влияние способа раскроя и диаметра круглого лесоматериала на объемный выход радиального шпона. Для за готовок, полученных из кряжа диаметром 32 см, при строгании шпона параллельно оси его выход составляет 55,4 %, тогда как при строгании заготовок из кряжа диа метром 24 см параллельно образующей кряжа выход радиального шпона – 62,8 %.

Зависимость объемного выхода радиального шпона от его толщины и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, характеризуется отсут ствием влияния толщины шпона. Однако при этом выход радиального шпона, вы раженный в квадратных метрах, с уменьшением толщины шпона увеличивается (рис. 5.4). Отбор для строгания кряжей с меньшим сбегом и уменьшение толщины шпона способствует увеличению выхода радиального шпона в квадратных метрах (рис. 5.5). Кроме того, при резании параллельно сбегу снижение толщины шпона обеспечивает больший в 1,5 раза прирост данного выхода, чем при строгании па раллельно оси кряжа (рис. 5.4 и 5.5).

Аналогичный характер прослеживается и для кряжей, имеющих образую щую в форме параболы. Однако в отличие от предыдущих моделей (5.1) и (5.5), описывающих выход радиального шпона при строгании параллельно оси кряжа, продольный раскрой параллельно образующей кряжа, имеющей форму параболы, дает в среднем на 15,8 % больший выход радиального шпона, чем при использова нии кряжа, образующая которого имеет форму параболы Нейля. Это связано с во гнутостью формы образующей кряжа, которая описывается параболой Нейля, и приводит к уменьшению как общего количества получаемых с кряжа листов шпо на, так и листов радиального шпона.

Рисунок 5.4 – Зависимость выхода радиального шпона (м2) от его толщины и диаметра кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, при сбеге 1,7 см/м и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Рисунок 5.5 – Зависимость выхода радиального шпона (м2) от его толщины и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы Нейля, при диаметре кряжа 28 см и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа На рисунках 5.6 – 5.8 представлены поверхности отклика, построенные с помощью регрессионных моделей (5.6) и (5.8) и характеризующие влияние иссле дуемых факторов на объемный выход радиального шпона при строгании парал лельно продольной оси и параллельно сбегу кряжа, образующая которого имеет форму параболы.

Рисунок 5.6 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от диаметра и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы, при толщине шпона 0,8 мм и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Сравнение поверхностей, изображенных на рисунках 5.1 и 5.6, показывает тот же характер влияния на объемный выход радиального шпона диаметра кряжа и сбега. Однако следует заметить, что при строгании кряжа параллельно его обра зующей, имеющей форму параболы, поверхность отклика более пологая и распо ложена выше, чем поверхность, отображающая выход радиального шпона при ис пользовании для строгания кряжей, образующие которых описываются параболой Нейля. Выход радиального шпона в случае раскроя параллельно сбегу кряжей, имеющих образующие в форме параболы, как минимум на 6,5 % выше, чем с кряжей, образующие которых имеют форму параболы Нейля.

Если сравнивать способы раскроя кряжа, имеющего образующую в форме параболы, параллельно его сбегу и параллельно оси, то первый способ увеличива ет объемный выход радиального шпона на величину от 21 до 49 %. Кроме того, раскрой кряжей небольших диаметров с относительно большим сбегом парал лельно образующей обеспечивает минимальный объемный выход радиального шпона в 45 %. При строгании тех же кряжей параллельно оси выход радиального шпона будет практически отсутствовать.

Рисунок 5.7 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от его толщины и диаметра кряжа, имеющего образующую в форме параболы, при сбеге 1,7 см/м и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Рисунок 5.8 – Зависимость объемного выхода радиального шпона от его толщины и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы, при диаметре кряжа 28 см и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Для сырья, имеющего образующую в форме параболы и сбег 1 см/м, строга ние шпона толщиной 0,8 мм наглядно показывает влияние способа раскроя и диа метра круглого лесоматериала на объемный выход радиального шпона. Для загото вок, полученных из кряжа диаметром 32 см, при строгании шпона параллельно оси его выход составляет 54,2 %, тогда как при строгании заготовок из кряжа диамет ром 24 см параллельно образующей кряжа выход радиального шпона – 79,5 %.

Поверхности отклика, представленные на рисунках 5.7 и 5.8 и отражающие объемный выход радиального шпона с кряжей, образующие которых описываются параболой, имеют тот же характер, что соответствующие поверхности на рисун ках 5.2 и 5.3, построенные для случая использования в качестве сырья кряжей с об разующими в форме параболы Нейля. Влияние на выход радиального шпона, вы раженный в квадратных метрах, его толщины отражают поверхности отклика, при веденные на рисунках 5.9 и 5.10. Снижение толщины изготовляемого шпона при водит к росту выхода радиального шпона в квадратных метрах, а использование при этом раскроя кряжей параллельно сбегу способствует большему в 1,9 раза при росту такого выхода по сравнению со строганием параллельно оси. Кроме того, из готовление шпона меньших толщин из кряжей, образующие которых имеют форму параболы, дает больший в 1,3 раза прирост выхода радиального шпона в квадрат ных метрах, чем при строгании кряжей с образующими в форме параболы Нейля.

Рисунок 5.9 – Зависимость выхода радиального шпона (м2) от его толщины и диаметра кряжа, имеющего образующую в форме параболы, при сбеге 1,7 см/м и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Рисунок 5.10 – Зависимость выхода радиального шпона (м2) от его толщины и сбега кряжа, имеющего образующую в форме параболы, при диаметре кряжа 28 см и плоскости резания, параллельной: 1 – оси;

2 – образующей кряжа Таким образом, поскольку средний диаметр насаждений лиственницы даур ской в настоящее время составляет 24 см [122], то для увеличения выхода ради ального шпона из кряжей уменьшенных толщин рекомендуется использовать кряжи с меньшим сбегом и строгать шпон меньшей толщины.

Регрессионные модели (5.9), (5.11), (5.13) и (5.15) позволяют проследить влияние диаметра, толщины шпона и сбега на общий выход шпона. При строга нии параллельно оси кряжа, образующая которого имеет форму параболы Нейля, выход шпона описывается моделью (5.9), фиксирование в которой двух из трех факторов на нулевом уровне дает следующие ее представления:

Но yо ( x1 ) 85,33 1,37x1 3,89 x1, (5.23) Но yо ( x2 ) 85,33 0,33x2 0,08x2, (5.24) Но yо ( x3 ) 85,33 1,55x3 2,77 x3.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.