К вопросу раскроя древесины пораженной радионуклидами

К ВОПРОСУ РАСКРОЯ ДРЕВЕСИНЫ ПОРАЖЕННОЙ РАДИОНУКЛИДАМИ

Торопов А.С.

Меркелов В.М.

The paper presents the results of investiqating a new technology of obtaining pupe (non-radiactive) lumber from wood damaged by radionuclids.

В настоящее время в некоторых районах Российской Федерации существует проблема радиоактивного загрязнения. В результате загрязнения лесов прекратилась заготовка древесины в этих местностях. Необходимо разрабатывать технологии переработки такой древесины в зоне ограниченной хозяйственной деятельности. Знание характера распределения и уровней загрязнения древесины радионуклидами позволит найти рациональные пути ее безопасной заготовки, переработки и использования.

Для решения проблемы предлагается способ раскроя древесины пораженной радионуклидами (патент № 2247022 РФ) включающий деление лесоматериалов в продольном направлении на пиломатериалы параллельно их продольной оси, отличающийся тем, что лесоматериал фиксируют за здоровую периферийную зону, определяют форму и параметры пораженного слоя и выполняют деление в продольном направлении по взаимно-перпендикулярным плоскостям параллельно образующей, по касательной к внутренней границе пораженного слоя, отделяя при этом пораженные участки. Далее делят в продольном направлении по взаимно-перпендикулярным плоскостям через линии контакта здоровой древесины с оставшимся пораженным слоем, лесоматериал, полученный после удаления пораженного слоя, делят в продольном направлении параллельно образующей на боковые и центральную части, центральную часть делят в продольном направлении параллельно образующей лесоматериала на боковые части и остаток, боковые части разворачивают относительно друг друга на 1800 в вертикальных и горизонтальных плоскостях, сопрягают поверхности обработки и соединяют между собой по кромке.

Согласно способа раскроя составлена математическая модель, позволяющая определить объемный выход пилопродукции. Процесс заготовки, обработки и переработки лесоматериалов осуществим при адекватном аналитическом описании формы лесоматериала, пораженности радионуклидами, изменения плотности древесины как по радиусу, так и по длине лесоматериала. Предварительно определяются геометрические параметры лесоматериала в коре, без коры, а также пораженного слоя и пользуясь аллометрическим методом, основанном на законе естественного роста, получаем зависимости, описывающие образующую лесоматериала (в коре, без коры) и образующую здоровой части, следующего вида:

d = d0 + a1lb', d6 = d60 + a2lh2, d3.ч.= d3.ч.0 + a3lbl,

где d,d6,d34 - соответственно диаметр лесоматериала в коре, без коры и диаметр здоровой части в произвольном сечении, м; d0,d60,d3 4 0 - соответственно диа-

метр лесоматериала в коре, без коры и диаметр здоровой части в вершине, м; а1,а2,а - константы начального состояния; I - расстояние от комля до произвольного сечения, м; Ъ1,Ъ2Ъ3 - константы равновесия, передающие темп изменения диаметра относительно I. На основании полученных результатов исследований необходимо выбрать пределы варьирования коэффициентов уравнений

Таблица 1-Пределы варьирования коэффициентов уравнения а и Ь в коре, без коры и здоровой части_

Состояние древесины Коэффициент а Коэффициент Ь

В коре Без коры Здоровая часть 0,0045-0,02659 0,0031-0,018 0,0031-0,018 0,7493-1,35031 0,6512-1,2581 0,6512-1,2581

Объем лесоматериала равен сумме объемов выпиливаемых из него пиломатериалов, пропилов, кусковых отходов, пораженных радионуклидами и кусковых отходов из здоровой части.

V , =У / + V + V + V + V ,

л/ м п/ м к пр к.р. к.з.~

где уп/м - суммарный объем пиломатериалов, получаемых из лесоматериала,

3 3

м ; Vк - объем, занимаемый корой, м ; V - объем пропилов, получаемых при рас-

-5

крое лесоматериала, м ; ^РУКЗ - соответственно объемы кусковых отходов, по-

3

раженных радионуклидами и кусковых отходов из здоровой части, м . Объем кусковых отходов, пораженных радионуклидами, равен

г

V = -V -V ,

к.р. б приз пр 5

3 '

где Vприз, - объем призмы, получаемой из лесоматериала, м ; Vпр - объем про-

3

пилов при выпиливании призмы, м .

Vпри,= ^ + ^ ,

где - соответственно площадь верхнего (вершинного) и нижнего (ком-

-5

левого) торцов призмы, м3.

= а1 ; = а2 ,

где а ,а - соответственно сторона основания призмы в вершине и в комле, м. Основание призмы - это квадрат вписанный в окружность, описывающую здоровую часть лесоматериала в поперечном сечении.

а! = ¿з.ч.О ^ ; а2 = ¿з.ч.к '

где d3чЧ к - диаметр здоровой части в комле, м.

На втором этапе производится раскрой лесоматериала (призмы) в продольном направлении параллельно образующей на боковые и центральную части (пиломатериалы) за два прохода. При первом проходе получаются пиломатериалы переменной ширины, равной ширине призмы. Объем этих пиломатериалов равен

Л ' ,, _ а1 + а2

Vп / м = 21X Ъ кг , ь; =-

=1

2

где Ъ - соответственно ширина и толщина 1-го пиломатериала, м.

При втором проходе центральную часть делят в продольном направлении параллельно образующей лесоматериала, получая пиломатериалы шириной равной остатку от использования ширины призмы при первом проходе.

щ

- 2Х + Ум + р) - Уы '

ц п1+П2 II

V» /м = 2Ь X Ь к

, " а + а ы = —

1=П]

где Ь - ширина 1-го пиломатериала, получаемого во втором проходе, в произвольном сечении, м; уы - величина усушки 1-го пиломатериала по толщине, м; уы - величина усушки 1-го пиломатериала по ширине, м; р2 - ширина пропилов при распиливании призмы в первом проходе, м.

Найдем полезный выход пиломатериалов из лесоматериала, пораженного радионуклидами.

р =

п / м

V,

п / м

V,

100%

При детальном изучение большинства процессов лесопромышленных и деревообрабатывающих производств можно сказать, что зависимость объемного выхода от основных технологических факторов носит нелинейный характер. Поэтому нами принято, что математическая модель объемного выхода пилопродукции при раскрое древесины пораженной радионуклидами может быть представлена в виде полинома второй степени

К К К

У=Ъо+ X + X ыи V, + X ыпи2,

7=1 7=1 }=\ 7=1

где У - функция отклика; в нашем случае объемный выход заготовок при раскрое древесины пораженной радионуклидами ; Ъ0, Ъи Ъу, Ъц - численные значения коэффициентов регрессии; и- значения переменных факторов; к - количество факторов; / - индексы номеров факторов.

Выбор уровней варьирования диаметра сырья принят нами на основании анализа размерно-качественной характеристики сырья (табл.2).

Таблица 2 - Уровни ва

зьирования факторов

Факторы Уровни варьирования Интервал варьирования

-1 0 +1

Диаметр сырья , см 16 26 36 10

Длина сырья, м 4 5 6 1

Ширина заготовок, мм 38 54 70 16

Толщина заготовок, мм 16 28 40 12

Для проведения эксперимента нами был выбран план второго порядка В4. При проведении факторного эксперимента по плану В4 каждый фактор принимает три значения. Эти значения кодируются цифрами -1; 0; +1. Кодированному значению -1 соответствует нижний уровень фактора, а значению +1 - верхний уровень фактора. Значение фактора, соответствующее кодированному значению 0, является основным или нулевым уровнем.

В результате факторного планирования эксперимента была получена регрессионная зависимость изменения полезного выхода пилопродукции:

7=1

II

Р=28,375894+0,2585В-0,2128Ь+0,Ш4В-0,38054Т+0,009677Б2+0,0059564Т2 -

0,002115БТ

Полученное уравнение позволяет определить объемный выход заготовок при раскрое древесины пораженной радионуклидами в зависимости от диаметра лесоматериала (Э), длины лесоматериала (Ь), толщины (Т) и ширины (В) заготовок.

Анализ проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы:

1. Полученная математическая зависимость объемного выхода заготовок от диаметра лесоматериала, длины лесоматериала, ширины и толщины заготовок может быть использована для расчета норм расхода древесины пораженной радионуклидами в деревообрабатывающих производствах.

2. Анализ полученных результатов исследований показал, что полезный выход продукции увеличивается в зависимости от диаметра сырья и ширины заготовок. Длина оказывает несущественное влияние на выход пилопродукции. Увеличение толщины заготовок приводит к уменьшению полезного выхода продукции.

3. Полученные результаты позволяют в определенной степени решать проблему использования древесины пораженной радионуклидами.