Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1. Обоснование выбора схемы раскроя низкокачественных лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью 9
1.2. Выводы, цель и задачи исследований 24
Глава 2. Определение закономерности изменения величины плотности древесины березы, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала в комле 26
2.1. Краткий обзор работ в области изучения физико-механических
свойств древесины, пораженной ядровой гнилью 26
2.2. Аллометрический метод исследований как способ описания изменения величины плотности древесины, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала 28
2.3. Выводы 33
Глава 3. Теоретические исследования способов раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью 35
3.1. Методы исследований способов раскроя лесоматериалов, поражен
ных ядровой гнилью 35
3.1.1. Морфологический метод исследований 35
3.1.2. Метод ступенчатого подхода к решению задачи 47
3.1.3. Выводы 49
3.2. Теоретические исследования способов раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, с получением качественного строганого шпона 49
3.2.1. Аллометрический метод исследований как способ описания образующей лесоматериала и ядровой гнили 51
3.2.2. Анализ вариантов раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью, по новым способам
3.3.3. Выводы 62
3.4. Определение взаимосвязи геометрических параметров криволиней ных образцов шпона с величинами усилий и напряжений, возникающих в растягивающихся и сжимающихся слоях при их выпрямлении 63
3.4.1. Теоретические исследования процесса выпрямления криволинейных образцов шпона 63
3.4.2. Моделирование процесса выпрямления криволинейных образцов шпона в среде Mechanical Desktop 6 Power Pack 66
3.4.3. Анализ данных процесса моделирования в Statgraphics 2.1 70
3.4.4. Выводы 71
Глава 4. Экспериментальные исследования способов раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью 73
4.1. Определение взаимодействия геометрических характеристик круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, и вариантов раскроя по новым технологиям с величиной объемного выхода строганого шпона 73
4.1.1 Методика проведения экспериментальных исследований. Выбор варьируемых факторов и уровней варьирования. Определение необходимого объема выборки, статистическая обработка результатов. Составление плана эксперимента и результаты экспериментальных исследований 73
4.1.2. Анализ данных экспериментальных исследований в Statgraphics
4.1.3. Сравнение теоретических и экспериментальных данных величин объемного выхода строганого шпона при раскрое древесины, пораженной ядровой гнилью, по новому способу 83
4.1.4. Выводы 85
4.2. Экспериментальные исследования процесса строгания по криволи нейной образующей режущего инструмента 85
4.2.1. Методика проведения экспериментальных исследований; выбор факторов экспериментальных исследований; определение необходимого объема выборки, составление плана экспериментальных исследований 86
4.2.2. Анализ данных экспериментальных исследований в Statgraphics 89
4.2.3. Выводы 93
4.4. Экспериментальные исследования влияния геометрических параметров криволинейного строганого шпона на степень его выпрямления в ходе гидротермической обработки 93
4.4.1. Методика проведения экспериментальных исследований; выбор варьируемых факторов и уровней варьирования; определение необходимого объема выборки, статистическая обработка результатов, результа ты экспериментальных исследований 94
4.4.2. Выводы 97
4.5. Технико-экономическое обоснование производства качественного строганого шпона из древесины березы, пораженной ядровой гнилью по новой технологии 98
Основные результаты и выводы 106
Список литературы
- Обоснование выбора схемы раскроя низкокачественных лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью
- Аллометрический метод исследований как способ описания изменения величины плотности древесины, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала
- Теоретические исследования способов раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, с получением качественного строганого шпона
- Методика проведения экспериментальных исследований. Выбор варьируемых факторов и уровней варьирования. Определение необходимого объема выборки, статистическая обработка результатов. Составление плана эксперимента и результаты экспериментальных исследований
Введение к работе
Актуальность темы. Одним из приоритетных направлений развития деревообрабатывающей промышленности является внедрение в производство ресурсосберегающих технологий, позволяющих максимально использовать древесное сырье. На сегодняшний день большое количество древесины, как комлевой, пораженной ядровой гнилью, так и вершинной оставляется в лесу после рубок.
Распределение плотности (соответственно, механических характеристик) и характеристик внешнего вида по радиусу ствола неравномерно и, в большинстве своем, изменяется от сердцевины к заболони, что наиболее сильно проявляется в комлевой древесине.
В существующих способах раскроя, в том числе и древесины, пораженной ядровой гнилью, получают выходную продукцию с различной плотностью и характеристиками внешнего вида, используя при этом сердцевинные зоны лесоматериала.
Как правило своем, раскрой осуществляется радиальными пропилами (плоскостями деления). Применение тангенциальных плоскостей деления (или близких к тангенциальным) лесоматериала позволит добиться разделения (сортировки) получаемых частей по качественным, механическим характеристикам и характеристикам внешнего вида.
В результате анализа существующих технологий использования древесины, пораженной ядровой гнилью, можно сделать следующие выводы: существующие приоритетные направления использования древесины, пораженной ядровой гнилью, не позволяют рационально использовать здоровую, не пораженную часть низкокачественной древесины; необходимо проектирование и внедрение специализированных технологий по переработке древесины, пораженной ядровой гнилью, способствующих максимальному выходу качественной продукции.
Получение продукции с варьируемыми характеристиками по качеству позволит в условиях современного рынка обеспечить всесторонние нужды потребителей.
Одним из перспективных направлений использования древесины, пораженной ядровой гнилью, является технология производства качественной выходной продукции путем получения криволинейного строганого шпона и его выпрямления.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка и научное обоснование технологии получения строганого шпона из древесины березы с ядровой гнилью.
Предмет и методы исследований. Предмет исследований - технология получения строганого шпона из древесины березы с ядровой гнилью.
В диссертационной работе были использованы: 1) аллометрический метод и математические модели для описания образующей хлыстов и изменения величины плотности древесины березы, пораженной ядровой гнилью; 2) морфологический метод для поиска новых технологий переработки древесины березы, пораженной ядровой гнилью; 3) метод конечных элементов при моделировании процесса выпрямления криволинейных образцов шпона в пакете Mechanical Desktop Power Pack.
Для теоретических исследований и обработки экспериментальных данных применялись методы математической статистики и программы: Statgraph-ics 2.1, Statistica 5.0, Origin 6.1, MathCAD 200li Professional, TableCurve 2D, Excel XP.
Научная новизна. Установлены закономерности изменения величины плотности древесины березы, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала в комле; установлены взаимодействия геометрических характеристик круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, и вариантов раскроя по новым технологиям с величиной объемного выхода строганого шпона; установлены взаимосвязи геометрических параметров криволинейных образцов шпона с величинами усилий и напряжений, возникающих в растягивающихся и
7 сжимающихся слоях при их выпрямлении; предложены новые технологии раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, защищенные патентами РФ № 2237573, № 2252135, № 2281198, № 2283218, № 2301145, № 2304040.
На защиту выносятся следующие научные положения:
Новые технологии раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью.
Математическая модель и результаты моделирования процесса выпрямления криволинейных образцов шпона.
Математическая модель и результаты экспериментальных исследований величины объемного выхода строганого шпона при раскрое круглых лесоматериалов по новым технологиям.
Результаты экспериментальных исследований процесса строгания по криволинейной образующей режущего инструмента.
Результаты экспериментальных исследований процесса выпрямления строганого шпона в ходе гидротермической обработки.
Достоверность выводов и результатов исследований. Научные положения и выводы, изложенные в данной работе, обоснованы теоретически и отражают физическую сущность рассматриваемых явлений. Достоверность результатов исследований обеспечена применением системного подхода при разработке математических моделей и методик.
Практическая значимость. Способы раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, могут быть использованы при раскрое низкокачественной древесины и позволяют повысить величину объемного выхода строганого шпона при повышении качества выходной продукции.
Математические модели и результаты экспериментальных исследований величины объемного выхода строганого шпона, а также результаты морфологических исследований способов раскроя могут быть использованы при проектировании новых рациональных технологий переработки круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью.
Математические модели, результаты моделирования и экспериментальных исследований процессов раскроя по новым технологиям круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, могут быть использованы для определения рациональных геометрических характеристик выходной продукции.
Реализация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли производственную проверку и использованы при получении строганого шпона для фанерования опытной партии дверей в условиях ООО «Техстройкомплект».
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2004 г.), научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ в 2002, 2003, 2004 гг., международной выставке «Сиблес. Деревообработка 2007» (Новосибирск, 2007 г.), всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (Вологда, 2008 г.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 1 по списку ВАК. Получено 6 патентов на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 раздела, выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Объем работы: основного текста - 120 с, иллюстраций - 35, таблиц —19, список литературы — 156 наименований.
Обоснование выбора схемы раскроя низкокачественных лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью
В работе использованы материалы исследований способов раскроя и переработки древесины, пораженной ядровой гнилью, ученых: П.П. Аксенова, Э.В. Алексеевой, М.Г. Анапольского, В.Ф. Ветшевой, Р.Е. Калитиевского, A.M. Копейкина, Ф.И. Коперина, В.В. Коробова, СИ. Малыгина, А.Н. Песоцкого, B.C. Петровского, Н.П. Рушнова, А.С. Торопова, Л.П. Тютиковой, У.Э. Яун-силс, В.М. Меркелова и других.
Выбор способа раскроя круглых низкокачественных лесоматериалов зависит от размерной и качественной характеристики сырья. В большинстве случаев это относится к сырью мягких лиственных пород, так как оно отличается пониженным качественным составом и неоднородностью.
Большое значение, в связи с этим, имеет выявление закономерностей распространения ядровых гнилей в перерабатываемом сырье. В ВНИИЭКИТу проведены экспериментальные исследования размерно-качественного состава древесины, пораженной ядровой гнилью [13, 14]. На основе экспериментальных исследований приводится уравнение зависимости между максимальным размером гнили в торце бревна и диаметром бревна древесины осины.
Аналогичные исследования проведены Л.Н. Малыгиным [25, 66] и В.Ф. Ветшевой [24, 25] по сосновому дровяному сырью, пораженному ядровой гнилью. Необходимо отметить, что, согласно исследованиям, у более 60% пораженных ядровой гнилью круглых лесоматериалов, от 50-75% диаметра торца поражено гнилью. Однако полученные в результате этих исследований зависимости между размером гнили и диаметром бревна в торце, а также зависимости объема здоровой древесины от размера гнили и сбежистости бревен не в полной мере отражают закономерности распространения пороков в березовом сырье.
Исследованиями [69] установлена корреляционная зависимость между средним размером гнили в торце и диаметром осиновых бревен. Автором не приводятся данные распределения низкокачественных круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, по содержанию гнили. Согласно исследованиям осиновое сырье отличается довольно крупными размерами по толщине.
Большой объем исследований распределения дровяных кряжей по содержанию ядровой гнили на торце представлен в работах [5, 50]. Согласно экспериментальным исследованиям, распределение пораженности ядровыми гниля-ми по радиусу лесоматериала соответствует параболическому, с максимумом распространения развития ядровой гнили в пределах 40-67% от величины радиуса березовых дровяных кряжей.
Важным аспектом использования древесины, пораженной ядровой гнилью, является качество здорового, непораженного слоя. Исследованиям процессов развития гнилей, а также влияния их на физико-механические свойства древесины посвящено множество работ [22, 23, 102, 103, 113, 115, 118, 126] и др., но почти все исследования направлены на описание процессов, происходящих в пораженном слое древесины и прилегающей к нему части. Исследованиями [102, 115] установлено, что пограничные части, непосредственно прилегающие к гнили, имеют несколько пониженные значения механических свойств, однако физико-механические свойства остальной части древесины (здоровой) освещены незначительно. Необходимо проведение исследований, направленных на описание физико-механических свойств здоровой заболонной части древесины березы, с целью подтверждения приоритетов ее использования в производстве качественной выходной продукции.
Для того чтобы эффективно организовать на предприятии переработку низкокачественной древесины, необходимо правильно определить возможные объемы поступления данной древесины [49, 55, 56, 62] и др. Объемы поступления низкокачественной древесины во многом зависят от состояния лесов, интенсивности и методов их эксплуатации. Для перспективного планирования и проектирования выхода качественного сырья после обработки низкокачествен иной древесины необходимы сведения о запасах спелых и перестойных насаждений, породном составе произрастающих древостоев.
Сырьевые ресурсы березовых лесов в РФ по данным [49] составляли 85,2 млн. га, учитывая, что доля лиственных пород увеличивается по мере интенсивного использования хвойных пород леса и недоиспользования мягколист-венных пород, а так же в результате естественного возобновления березы на вырубках хвойных пород.
Согласно данным [49, 55, 56, 62, 108], возможные объемы поступления в производство древесины березы, пораженной ядровой гнилью, можно определить, используя данные:
Аллометрический метод исследований как способ описания изменения величины плотности древесины, пораженной ядровой гнилью, по радиусу лесоматериала
Наиболее целесообразной и унифицированной математической моделью описания изменения плотности древесины по радиусу будет модель, структура которой основана на естественном законе изменения параметров. В данном случае может быть использован закон относительного (аллометрического) роста [60].
Аллометрический метод исследований является частным случаем регрессионного анализа при использовании в качестве выравнивающей функции уравнения относительного роста [61, 124, 127]. Y = C + a-XB, где Y, Х- величины переменных факторов; а, С - константы начального состояния;
В - константа равновесия, передающая темп изменения Г относительно X. В данном случае изменение плотности древесины по радиусу в соответствии с аллометрическим законом изменения параметров [126-129], p = p0±a-Lb, (2.1) где p - плотность древесины, кг/м ; р0 — начальная плотность исследуемого участка керна, кг/м3; а, Ь — константы начального состояния и равновесия соответственно; L - расстояние по радиусу от оси исследуемого образца, м.
Данная модель не позволяет на наш взгляд адекватно описать изменение плотности древесины, пораженной ядровой гнилью. Для повышения точности математической модели необходимо применять кусочную аллометрию [118], то есть определять уравнение (1) на характерных участках исследуемого предмета труда. Применительно к данным исследованиям необходимо разделение описания математическими моделями здоровых участков древесины и участков, пораженных ядровой гнилью. В соответствии с этим: Рп = Роп ап Аст . ть3 (2-2) Рз=Роз±аз Ч где/?//, Рз — плотность пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого предмета труда соответственно, кг/м ; Роп Роз - начальная плотность пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого участка керна соответственно, кг/м3; ап, аз, Ъп, Ъз - константы начального состояния и равновесия пораженной гнилью и здоровой частей исследуемого предмета труда соответственно; L[j, L3 - расстояние по радиусу от оси исследуемого образца пораженной и здоровой частей исследуемого предмета труда соответственно, м. Для участков здоровой древесины и участков, пораженных ядровой гнилью, согласно (1) и (2), а = (1/у,)ь-(р -р0), Ъ = 1п[(р" - р0 )/(р -р0)]/ ln[( + f)/], где р — величина плотности древесины, кг/м ; L—расстояние по радиусу от оси исследуемого образца, м; Ро Р Р "начальная плотность исследуемого участка керна и в двух местах замера плотности по длине керна, м; /-соответственно, абсцисса места первого замера и расстояние между замерами плотности керна, м.
Согласно уравнению (2.1) исследуемая функция зависит от нескольких случайных аргументов.
Известно, что математическое ожидание функции от произвольного числа случайных аргументов f(Xi, ...XJ равно +00 М[ р(Х1,...,Х„)]= ltp{Xl,...tXn)-f(Xll...,Xn)dX1..jdXnt (2.3) —00 где (X7,...,XW) - функция случайных элементов; / [Xj,..., Хп ) - многомерная плотность распределения величин Xh... Хп. Далее дисперсия будет равна: +оо 2 D\jp{Xlt...,Xn)y J [ ( ,,..., „)-,«,] f(X1,...,Xn)dX1...dXn, (2.4) Бесспорно, в общем случае, найти Ми D довольно сложно. Для этого чаще всего используется метод статистической линеаризации, основанный на разложении функции в ряд Тейлора в точке Xt = тх, т.е. в окрестности математического ожидания X. При этом формула для определения математического ожидания имеет вид: M{X{a)) = q (Xlt...,Xn)+± х{")Ум{Хі-тХі) + ... (2.5) или, если X], ...,Хп- независимые случайные величины, то р(х{п)) д2 X = mx-D(X{n)y (2.б) 2 Ж\п) м(х{я)) = р(х„...,ха)+1і: где D(Xi\ \ — дисперсия в точке X = тх. Обычно отбрасывается и второй член равенства (2.6), тогда просто (2.7) Таким образом, выражение (1) будет иметь вид mp = mpo+maLmb, (2.8) где тро та, ть- соответственно, математическое ожидание случайных величин р0, а, Ъ. При этом: та=\ V т, (Р -Р0); Щ= [{тґ-тп)/(т -тт)уіп[(тг+т/)/тг (2.9) где т t тр., тр., т - соответственно, математические ожидания случайных величин у/,р ,р"я f.
Теоретические исследования способов раскроя круглых лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью, с получением качественного строганого шпона
Результатом проведенных исследований явилось определение количественных характеристик схем раскроя по новым технологиям использования лесоматериалов, пораженных ядровой гнилью.
Наиболее точные результаты при раскрое лесоматериалов, пораженных ядровыми гнилями, позволяющие увеличить объемный выход конечной продукции возможны при описание образующей лесоматериала унифицированной математической моделью изменения диаметра лесоматериала относительно его длины - модель, структура которой основана на естественном законе изменения параметров. В данном случае может быть использован закон относительного (аллометрического) роста [60, 118, 126, 129].
Аллометрический метод исследований является частным случаем регрессионного анализа при использовании в качестве выравнивающей функции уравнения относительного роста. Y = C + a-XB, где Y, Х- величины переменных факторов; а и С - константы начального состояния; В - константа равновесия, передающая темп изменения Y относительно X. В данном случае необходимо первоначально провести замеры геометрических параметров раскраиваемого сырья. Пользуясь аллометрическим методом исследований, мы получаем зависимости, описывающие образующую лесоматериала и гнили: "л = "ол + а\ А d г = а р + а2 А где сіл ,dr- соответственно, диаметр лесоматериала и гнили в произвольном сечении, м; d0JI, dor — соответственно, диаметр лесоматериала и гнили в комле, м; L - расстояние от комля до произвольного сечения, м; а1г а2 - константы начального состояния; Ъи Ь2 - константы равновесия, передающие темп изменения диаметра относительно
1. Расчет геометрических параметров выходной продукции согласно новым способам раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью, при строгании (получении) шпона по криволинейной поверхности по годичным слоям а) совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала (рис. 3.7).
Объем листов шпона, получаемых при раскрое со стороны образующей сектора лесоматериала V(M ), находится следующим образом: "шпонсц шпонсц N С где R{- внешний радиус криволинейного листа шпона, м; Lt - длина листа шпона, м; N — количество секторов, на которые будет раскраиваться круглый лесоматериал.
Объем пропила (в случае получения выходной продукции пилением по криволинейной поверхности в плоскости волокон) при раскрое со стороны образующей сектора круглого лесоматериала Vnpon (м3) находится следующим образом: 2 2 Ту _ т І- понаі+ і гзагі+ Щ Ьіропі \ Ьмпонаі) Гішпонаі 1пропі \ 1прощ) J проп — Я -Ц (3.5) Объем листа шпона при раскрое сектора круглого лесоматериала со сто роны гнили V(M ), находится следующим образом, 1 и 4 четверти, при N=4: т , (2rz + 2AXi+2ARi + hm ) V = 7T-Lr hwoHOi jj. — (3 -6) 2 и 3 четверти, при N = 4: Ґ 2 (3.7) 2ARi+hMnOHa.+2[rzz-AXij2 V п Lj Пщпонщ
Объем пропила (в случае получения выходной продукции пилением по криволинейной поверхности в плоскости волокон) при раскрое со стороны гнили Vnpon (м3), находится следующим образом, 1 и 4 четверти, при 7V= 4: (Кшвнаї + Щитщ + 2ЛХі + 2Щ + 2гг) (3.8) и 3 четверти, при N= 4: -JXJ2 (3-9) ЛГ
2. Расчет геометрических параметров выходной продукции, согласно новым способам раскроя древесины, пораженной ядровой гнилью, при строгании (получении) шпона по криволинейной поверхности по одному радиусу кривизны (по криволинейной образующей режущего инструмента, смещая плоскость деления по биссектрисе угла раскраиваемого сектора круглого лесоматериала). а) совместное расположение оси пораженного слоя и оси лесоматериала (рис. 3.9). Рис. 3.9. Расположение оси гнили согласно оси лесоматериала: 1 - лесоматериал, 2 - пораженный слой, 3 - получаемые листы шпона, 4 - контуры смещения рабочего органа (траектория движения режущего инструмента)
При делении сектора лесоматериала на криволинейные листы шпона по одному радиусу закругления режущего инструмента происходит формирование листов шпона, толщина которых постепенно уменьшается в зависимости от удаления от середины листа (оси, по которой происходит смещение в процессе деления) к его краям. Таким образом, при совпадении первоначального внешнего радиуса сектора лесоматериала, деление практически происходит в плоскости волокон, однако при смещении в процессе деления режущего органа к оси сектора лесоматериала, радиус кривизны которого не изменяется, происходит постепенное смещение плоскости получаемых листов шпона от плоскости волокон древесины.
Некоторым недостатком данного способа раскроя является неравномерное распределение толщины листов шпона и смещение плоскости шпона от плоскостей волокон, однако раскрой, по постоянному радиусу закругления режущего инструмента начиная с периферии лесоматериала (сектора) снижает величину напряжений, возникающих в растягивающихся и сжимающихся слоях листов шпона при их выпрямлении, вследствие прямой зависимости радиуса кривизны образцов криволинейного шпона и величин напряжений.
Уравнение внешнего радиуса криволинейного листа шпона при совпадении радиусов сектора лесоматериала и заготовки можно описать функцией типа: Y = (R2 -X2).
Уравнение верхней полуповерхности окружности с радиусом R. Площадь, расположенная между данной полуповерхностью и осью X, определяется следующим образом: х2 . Р= \ [(R02-X2)d, (3.10) гдеXi,X2- точки пересечения уравнения полуокружности с осью ОХ; Ri - радиус кривизны сектора (радиус кривизны режущего инструмента).
Методика проведения экспериментальных исследований. Выбор варьируемых факторов и уровней варьирования. Определение необходимого объема выборки, статистическая обработка результатов. Составление плана эксперимента и результаты экспериментальных исследований
Выделены и рассмотрены все факторы, влияющие на величину объемного выхода при раскрое низкокачественного сырья, согласно новым способам раскроя и представленной методике.
Диаметр лесоматериала в торце. 2. Величина сбега лесоматериала. 3. Длина лесоматериала. 4. Диаметр гнили в торце. 5. Величина сбега гнили. 6. Величина смещения оси гнили относительно оси лесоматериала. 7. Угол раскраиваемого сектора. 8. Размещение секторов относительно расположения ядровой гнили. 9. Толщина получаемых криволинейных образцов.
Диаметр ядровой гнили в торце лесоматериала выделен нами как стабилизируемый фактор, так как согласно математической теории планирования эксперимента невозможно взаимное варьирование данного фактора и диаметра лесоматериала в торце в виду корреляционной зависимости между этими факторами [109, ПО]. Выделение данного фактора как неуправляемого, с нашей точки зрения, не даст определенной выгоды при обработке данных, из-за его явно прогнозируемого влияния на выходную величину. На основании исследований [49], от 40-67 % березовых кряжей поражены ядровой гнилью в 50 % от диаметра лесоматериала на торце, данное значение принимается за константу.
Длина лесоматериала принимается за стабилизируемый фактор с величи-ной в 2,3-10 м. В виду упрощения расчетов, а также специфики удаления пораженного слоя, перед процессом раскроя лесоматериалов принимаем условие, что образующие лесоматериала и гнили параллельны друг другу. Таким образом, величины сбега лесоматериала и гнили равны друг другу и в данном эксперименте не рассматриваются ввиду малого значения величины длины лесоматериала (раскраиваемых заготовок).
Величина объемного выхода криволинейных образцов и, соответственно, криволинейного шпона прямо пропорционально зависит от высоты заготовок, на которые в дальнейшем происходит деление секторов; имеет значение ис пользование данного фактора в случае получения выходной продукции пилением по криволинейной поверхности в плоскости волокон.
Диаметр лесоматериала, который будет приравниваться к диаметру пилы (для получения максимальной величины объемного выхода), используемой для раскроя, а также угол сектора, оказывающие непосредственное влияние на величину объемного выхода, принимаются за варьируемые факторы.
Величина смещения оси гнили относительно оси лесоматериала принимается равной нулю. Таким образом, выделим варьируемые факторы и пределы их варьирования.
Значения -1, 1 и 0 соответствуют нижнему уровню, верхнему уровню варьирования и середине интервала варьирования. Данные уровни варьирования диаметра сортимента (равного диаметру пилы) были выбраны нами исходя из имеющегося инструмента для проведения эксперимента.
Уровни варьирования угла сектора выбраны, исходя из наиболее удобных для раскроя углов и рационального использования площади поперечного сечения лесоматериала, которое, в свою очередь, оказывает влияние на процентный объемный выход криволинейных заготовок.
Для того чтобы определить число дублирующих опытов плана эксперимента, мы проводили предварительный эксперимент. Это связано с тем, что единичный опыт не может дать точного представления о связи изучаемого процесса с влияющими на него факторами.
В нашем предварительном эксперименте мы провели 30 опытов при одинаковых условиях: диаметр заготовки 127 мм и угол сектора 90, длина 23 мм.
Подставляя полученные значения процентного выхода, находим у = 69,64, s2= 5,159966, s = 2,271556.
Задаваясь уровнем значимости q = 0,05 и соответствующей доверительной вероятностир = \-q = 0,95, из таблицы приложения по величине q = 0,05, и f = п — 1 =29 находим значение / = 2,05. Подставляя найденные значения в формулу, получаем доверительный интервал для математического ожидания: 69,83837 Му 71,53876 Минимальное число дублирующих опытов определяется по формуле [109,110]: t2-s2 П = — А2 где А - заданная величина, на которую среднее арифметическое выборки не должно отличаться от математического ожидания.
Задаваясь, среднее арифметическое будет отличаться от математического ожидания не более чем на величину А = 2 % с заданной вероятностью/) = 0,95, вычислим минимальное число дублирующих опытов п=2,0 5,159966 = 5421]89))5 2 Т. е. для каждого испытания требуется по 5 дублирующих опытов.
Анализ экспериментальных данных производится с помощью статистической программы Statgraphics 2.1 [19, 39]. Применение данной программы позволяет наиболее доступно и полно проанализировать полученные экспериментальные данные. Анализ экспериментальных данных производится после внесения исходных данных эксперимента (план эксперимента) и величин отклика в программу.
Таблица 4.5 (прил. 3) оценки факторов для величины отклика функции (Estimated effects for Vihod) показывает каждый из оцененных эффектов и их взаи модействий. Также показывается стандартная ошибка каждого из эффектов.
Из таблицы 4.6 (прил. 3) дисперсионного анализа данных определения величины объемного процентного выхода, при раскрое древесины, пораженной ядровой гнилью (Analysis of Variance for Vihod - Procentnii vihod) следует, что статистически значимый эффект имеют все члены, у которых величина Р меньше 0,05. R-squared — квадрат коэффициента множественной корреляции (коэффициент детерминации) показывает, что построенная регрессия объясняет более 99,5937 % разброса (относительно выборочного среднего зависимой переменной), которая объясняется построенной регрессией. R-squared (adjusted for d.f.) - скорректированный коэффициент регрессии. Standard Error of Est. - стандартная ошибка оценки. Эта статистика является мерой рассеяния наблюдаемых значений относительно регрессионной модели. F-Ratio, Р-Value - значение F критерия и уровня значимости соответственно. F критерий используется для проверки гипотезы о значимости коэффициентов регрессии.
Уравнение приспособленной модели: Р,% = 50,3166 + 531,312 D + 0,107576 S-2563,63 D 2-0,779375 D S -0,000578985 SA2, где диаметр лесоматериала D, м (Diametr); величина угла сектора S, град. (Sector); выходная величина - выход Р, % (Vihod).
Таблица величин отклика регрессионной модели 4.8 (прил. 3) показывает фактическую величину исследуемого отклика Observed Value и величину отклика в соответствии с полученной регрессионной зависимостью Fitted Value, а также границы 95 % доверительного интервала.
Для проверки адекватности модели второго порядка рассмотрим карту Парето на рисунке 4.4, которая представлена в приложении 3.
На карте Парето видно, что все столбцы пересекают вертикальную линию, которая представляет собой 95 % доверительную вероятность. Таким образом, все коэффициенты в уравнении регрессии значимы, что и подтверждается таблицей дисперсионного анализа.
Похожие диссертации на Разработка технологии получения строганого шпона из древесины березы с ядровой гнилью
