Введение к работе
Актуальность темы. Из многообразия методов, используемых для определения объемов лесоматериалов, наибольшее распространение получили геометрические, основанные на измерениях их параметров и переводе полученных результатов в плотный объем.
Условия технологии приемочных испытаний не дают оснований однозначно утверждать о достаточной достоверности геометрических измерений объемов лесоматериалов, поскольку являются статически неопределимыми, не позволяют с заданной точностью дать количественную оценку объемов и повторяемости.
Другая группа методов основана на прямых физических измерениях объемов лесоматериалов бесконтактным способом. Среди них газодинамические методы, позволяющие определять объем лесоматериалов произвольной формы без использования коэффициента полнодревесности. Наиболее перспективным из этой группы способов является пневмометрический, основанный на определении объема пустого пространства в измерительной камере путем подачи в нее воздуха до определенного давления.
В этом направлении существуют экспериментальные исследования и практические апробации, однако для широкого применения пневмометрического метода необходимо определить основные параметры и выработать алгоритм процесса измерений с учетом термодинамических характеристик газовоздушной среды и свойств древесины.
Поэтому обоснование пневмометрического метода определения объемов ле-соматериатов требует выполнения теоретических и экспериментальных исследований по установлению рациональных объемов камеры, основных показателей процесса измерений, надлежащей точности проведения операций с учетом вида и пористости предмета измерений, и является актуальным.
Цель и задачи исследований. Цель работы - обоснование пневмометрического метода эффективного определения объемов лесоматериалов на основе прямых физических измерений.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
на основе сравнительной оценки технологии приемочных испытаний, условий применения методов измерений параметров, особенностей строения и формы лесоматериалов определить возможность использования пневмометрического метода установления их физических объемов;
разработать алгоритм процесса измерений объемов лесоматериалов пнев-мометрическим способом;
определить рациональное значение величины загрузки измерительной камеры лесоматериалами по показателю чувствительности измерений;
получить функцию точности определения физических объемов лесоматериалов при прямых измерениях пневмометрический методом;
обосновать методику исключения объемов коры и припусков по длине при определении физического объема круглых лесоматериалов;
определить расчетный коэффициент пористости лесоматериалов и уточнить его путем проведения экспериментальных исследований;
дать оценку эффективности применения пневмометрического метода измерения при определении объемов круглых лесоматериалов, пиломатериалов, опилок, технологической щепы.
Методы исследований.
При разработке методики измерений применялись методы математического анализа, математического моделирования, вычислительной математики с использованием современных средств вычислительной техники, использовалась теория термодинамики и молекулярной физики. Расчеты производились с применением программы Mathcad 2001 Professional.
При выполнении теоретических и экспериментальных исследований применялись методы математической статистики, теории вероятностей и теории планирования эксперимента.
Для обработки экспериментальных данных использовались программы Microsoft Excel 2003 и Statistica 6.0.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается аргументированностью принятых допущений и использованием современных методов фундаментальной науки при теоретических исследованиях, сходимостью результатов экспериментальных исследований с расчетными.
Научная новизна работы.
установлены параметры пневмометрического определения объемов лесоматериалов, включающие рациональное значение объема камеры, коэффициент пористости лесоматериалов, коэффициент, характеризующий форму образующей бревна, объем коры;
научно обоснованы показатели и предложен алгоритм процесса измерений объемов лесоматериалов пневмометрическим методом;
получена функция точности определения объемов лесоматериалов по пневмометрическому методу от параметров процесса измерения;
определены экспериментальные коэффициенты, уточняющие и дополняющие расчетный коэффициент пористости, входящие в адекватную и эффективную математическую модель для определения объемов лесоматериалов.
Практическая значимость работы. Пневмометрический метод измерений может быть применен для универсального и бесконтактного измерения физического объема лесоматериалов, обладающих произвольной формой, без применения коэффициента полнодревесности.
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований параметров
пневмометрического метода определения объемов лесоматериалов;
методика процесса измерений объемов лесомагериатов по пневмометри-ческому методу;
методика исключения объемов припусков по длине и коры из физического объема круглых лесоматериалов при использовании пневмометрического метода измерений.
Реализация результатов. Предложенный и обоснованный метод измерений практически реализован в экспериментальной измерительной установке.
Результаты работы использованы ООО «ИНТЕХСЕВЕР» (справка об использовании результатов НИР от 21.05.2007) и ООО «Архангельская лесная компания» (справка об использовании результатов НИР от 23.09.2007) для сравнительной оценки приемочных испытаний пилопродукции.
Результаты исследований использованы в госбюджетной НИР (№ 01.200.2.11592, 2007 г.). Работа поддержана грантом в областном конкурсе «Молодые ученые Поморья» (проект № 04-1, г. Архангельск, 2007 г.), в рамках которого издано практическое руководство по выполнению исследовательских испытаний «Определение объемов древесных материалов газодинамическим способом».
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены и одобрены на:
- международных научно-практических и технических конференциях в
БГИТА (г. Брянск, 2006 г.), ВоГТУ (г. Вологда, 2007 г.);
- всероссийской научно-практической конференции в СибГТУ (г. Красно
ярск, 2006 г.);
- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
состава АГТУ (2007 г., 2008 г.).
Результаты работы были представлены на IX международной специализированной выставке «Лес и деревообработка» (г. Архангельск, 2008 г.).
Описание установки и методика для пневмометрического определения объемов тел включены в базу информационных ресурсов РФ, по результатам работы изданы два информационных листка (г. Архангельск, ЦНТИ, 2006 г., 2007 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в т.ч. две в изданиях по перечню ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований, 7 приложений. Основное содержание работы изложено на 167 страницах, включает 42 рисунка, 23 таблицы.
