Совершенствование технологии учета круглых лесоматериалов с разработкой средств влагометрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Цветков, Владимир Евгеньевич

• Цветков, Владимир Евгеньевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цветков, Владимир Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Понятие объема, актуальность вопроса измерения объема.

1.2. Методы измерения объема. Российские и зарубежные стандарты.

1.3. Поштучные методы измерения объема.

1.4. Групповые методы измерения.

1.4.1. Геометрический метод измерения.

1.4.2. Гидростатический метод определения объема.

1.4.3. Фотометрический метод определения объема.

1.4.4. Весовой метод определения объема.

1.5. Сводная таблица методов измерения объема. Области применения, погрешности.

1.6. Методы определения массы лесоматериалов.

1.7. Обзор методов определения влажности лесоматериалов.

1.8. Выводы. Цели и задачи исследований.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ДРЕВЕСИНЫ И ИХ

РОЛЬ В ВЕСОВОМ МЕТОДЕ УЧЕТА.

2.1. Различие характеристик по породам и элементам деревьев.

2.2. Технология весового метода учета.

2.3. Связь плотности и влажности древесины.

2.4. Алгоритм пересчета веса в объем и вывод поправочного коэффициента.

2.5. Выбор метода определения влажности.

2.6 Исследование электрофизических свойств древесины. Поведение диэлектрика в электрическом поле конденсатора.

Выводы по разделу.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ВЛАЖНОСТИ БРЕВНА.

3.1. Методика проведения эксперимента.

3.2. Результаты экспериментальных исследований.

3.2.1. Определение распределения влажности по сечению.

3.2.2. Математическая модель распределения влажности в ядровой породе древесины.

3.3. Выводы по разделу.

4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ.

4.1. Метрологические аспекты влажности.

4.1.1. Дополнительные погрешности. Способы их компенсации.

4.1.2. Основная погрешность. Способ уменьшения.

4.2. Разработка схемы измерителя влажности круглых лесоматериалов.

4.2.1. Мостовая схема.

4.2.2. Резонансная схема на электрическом контуре.

4.2.3. Автогенераторная схема.

4.3. Выбор типа датчика.

4.4. Выбор оптимальной частоты генератора.

4.5. Разработка принципиальной схемы измерителя влажности.

4.6. Конструктивные особенности измерителя влажности.

4.7. Градуировка прибора.

4.8. Выводы по разделу.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРОЧНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОБЪЕМА ДРЕВЕСЕНЫ ВЕСОВЫМ МЕТОДОМ.

5.1. Методика проведения эксперимента.

5.2. Результаты эксперимента.

5.3. Вероятностные расчеты по экспериментальным данным.

5.4. Выводы по разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии учета круглых лесоматериалов с разработкой средств влагометрии»

Актуальность темы. Вопрос точности измерения круглых лесоматериалов становится все более актуален с ростом объемов поставок древесины внутри страны, при экспортно-импортных взаимоотношениях, а так же с ростом цен на древесину.

Существующие в настоящее время способы измерения объемов не дают точных результатов. Кроме того, различные страны используют разные стандарты.

Весовой метод учета, хотя и узаконен в стандартах, не имеет конкретной технологии применения, удовлетворяющей требования предприятий лесной отрасли. Возможно, это вызвано некоторым недоверием к косвенным измерениям в целом. Так же не существует полной теоретической базы этого метода, хотя она необходима для составления технологии и рекомендаций.

Объем древесины - это наиболее трудно измеряемая величина. В условиях больших потоков древесины требуется быстрая и точная оценка ее объема.

В работе теоретически и экспериментально обосновывается актуальность применения весового метода учета лесоматериалов, а так же возможность повышения его точности при условии введения дополнительных поправочных коэффициентов. Поэтому тема работы является актуальной.

Основная погрешность, возникающая при переводе массы в объем возникает из-за разной плотности древесины и изменения ее влажности в зависимости от различных естественных факторов, а так же в процессе транспортировки и хранения древесины. Поэтому основной акцент в работе поставлен на исследовании распределения влажности в круглых лесоматериалах, разработке измерителя влажности круглых лесоматериалов и определении значения поправочного коэффициента на основании показаний измерителя.

Цель работы. Повышение эффективности весового метода учета круглых лесоматериалов путем введения теоретически и экспериментально определенного коэффициента коррекции по влажности; разработка переносного прибора измерения влажности в диапазоне 20-200%.

Научная новизна работы:

1. Определен характер распределения влажности по длине и поперечному сечению круглых лесоматериалов, при этом установлено:

- средняя влажность в любом поперечном сечении круглых лесоматериалов является величиной постоянной,

- для определения величины средней влажности, определяющими являются значение влажности в заболонной части древесины и соотношение геометрических параметров ее ядровой и заболонной зон.

2. Построена математическая модель распределения влажности в древесине, позволяющая аналитически определить значение влажности в любой точке объема хлыста (сортимента) и используемая при известных параметрах в верхнем и нижнем отрубе: радиуса и влажности ядровой зоны, радиуса и влажности заболонной зоны.

3. Сформулированы, обоснованы и математически описаны основные закономерности диэлькометрического метода измерения влажности древесины в диапазоне от 20 до 200% применительно к осуществлению процесса весового метода учета.

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена методика определения коэффициента коррекции по влажности при пересчете массы в объем при учете ядровой древесины.

5. Разработаны и обоснованы функциональные и конструктивные параметры средств измерения влажности древесины на основе использования диэлькометрического метода, позволяющие усовершенствовать процесс весового способа учета лесоматериалов.

Результаты работы, выносимые на защиту:

1. Определен характер распределения влажности в древесине ядровых пород.

2. Построена математическая модель распределения влажности, которая связывает геометрические параметры учитываемых лесоматериалов с их влажностью и позволяющая повысить точность расчетов при переводе массы древесины в объем.

3. Разработан метод измерения влажности древесины в диапазоне 20200%, основанный на использовании диэлектрических свойств древесины.

4. Усовершенствована методика механизма введения поправок и учета погрешностей при измерении объема древесины.

5. Разработана технология осуществления весового метода учета с использованием предлагаемых средств измерения влажности древесины; конструкция переносного прибора измерения влажности.

Достоверность научных исследований обеспечивается обоснованными упрощениями, принятыми при моделировании весового метода учета; сходимостью результатов теоретических исследований и экспериментальных данных; современными средствами научных исследований и средствами обработки экспериментальных данных, базирующимися на положениях теории вероятности, математической статистики и теории электрического поля.

Значимость для теории и практики:

Для теории имеют значение:

- характер распределения влажности по длине и поперечному сечению круглых лесоматериалов;

- математическая модель распределения влажности в ядровых породах;

- теоретическое обоснование диэлькометрического метода для измерений влажности в диапазоне 20-200%.

Для практики имеют значение:

- методика применения коэффициента коррекции по влажности при весовом методе учета;

- метод измерения влажности древесины в диапазоне 20-200%

- конструкция переносного прибора измерения влажности в диапазоне 20200%

Основные положения диссертации и отдельные ее разделы были заслушаны и получили одобрение на:

- ежегодных научно-технических конференциях СПбГЛТА в 2001-2005 г г.

Реализация работы. Результаты работы в части разработки измерителя влажности реализованы на ряде деревообрабатывающих предприятий: ЗАО «ЗСК «ИНКОН» (прил. 13), ООО «Рос Инвест Групп» (прил. 14), ООО «Трек» (прил. 15), ООО «Саункомплект» (прил. 16), ЧП «Павлов A.M.» (прил. 17).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Цветков, Владимир Евгеньевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Результаты исследований показали, что основным фактором, влияющим на коэффициент перевода массы древесины в объем является влажность. Другие коэффициенты, связанные с объемом коры и плотностью можно, на основании статистических наблюдений, учитывать как константы для определенного района произрастания.

2. Исследование диэлектрических свойств древесины показало, что рациональным методом измерения больших значений влажности, характерных для свежесрубленных лесоматериалов является метод, основанный на измерении электрической емкости.

3. На основании экспериментальных исследований распределения влажности в свежесрубленном бревне ели получены математические зависимости, описывающие это распределение. Эксперимент показал, что средняя влажность по высоте ствола остается величиной постоянной.

4. Получена формула (2.27) пересчета массы в объем с введением поправки по влажности.

5. Математическая модель распределения влажности в древесине, выраженная в формуле (3.10), позволяет аналитически определить значение влажности в любой точке объема хлыста (сортимента) при известных параметрах в верхнем и нижнем отрубе: радиусе и влажности ядровой зоны, радиусе и влажности заболонной зоны.

6. Разработан электронный быстродействующий переносной измеритель влажности в диапазоне 20-200% и методика проведения измерений, при этом:

- Теоретически обосновано и практически доказано, что оптимальной схемой для этого диапазона является автогенераторная схема с емкостной обратной связью и частотой генератора в пределах 25-30 МГц;

- Обоснована и реализована конструкция датчика коаксиального типа с активной рабочей частью на конце датчика, с волновым сопротивлением в пределах 130260 Ом, диаметром внешней трубки 6мм, диаметром внутреннего стержня 0,21мм.

7. Смоделирован весовой метод учета с применением коррекции по влажности. Результаты расчетов по экспериментальным данным показали эффективность введения коррекции как для отдельных бревен, так и для их партии. Объем отдельных образцов, определенный весовым способом с поправкой по влажности с вероятностью 0,95 совпадает с их объемом, измеренным фотометрическим способом, в пределах +/- 7,6%. Для партии свежесрубленных лесоматериалов со средней влажностью 67,2%, погрешность определения объема составила 0,9%; для древесины после естественной сушки до средней влажности 55,8% - 2,0%.

8. Для определения средней влажности партии рекомендуется проводить не менее 30 измерений влажности заболонной части древесины и 5 контрольных измерений влажности ядровой части. Объем выборки, при этом, для поштучных измерений можно определять согласно положениям ГОСТ 2292-88, при измерениях транспортных партий или пачек по рекомендациям, данным в прил. 11. В формуле (2.25) использовать средние значения, вычисленные по результатам измерений.

9. Для сокращения трудоемкости проводимых операций при определении переводного коэффициента, рекомендуется использовать методику введения поправки по влажности, представленную на рис. 2.1а - прямым способом, 2.16 -с использованием таблиц относительной плотности (прил. 8,9). Предложенная методика позволяет избежать трудоемкой операции раскатки бревен.

10. Разработанный измеритель влажности может использоваться не только в целях определения переводного коэффициента, но и для дополнительного контроля при применении существующей технологии измерения объема весовым методом.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цветков, Владимир Евгеньевич, 2005 год

1. Методы измерения и приемка круглых лесоматериалов // Лесная газета. -1998. - Август.

2. Как измерять круглые лесоматериалы при таможенном досмотре? // Деловой лес. 2002. - август, № 8 (20).

3. С какими проблемами чаще всего сталкиваются экспортёры леса? // Лесной эксперт. 2002. - июль, №1.

4. Курицын А.К. Организация учета круглых лесоматериалов на предприятии / А.К. Курицын //Леспроминформ. -2003. Октябрь, № 12.

5. Полищук В.П. Оценка и учет лесоматериалов: учеб. пособие / В.П. Полищук, В.Н. Минаев, Л.Л. Леонтьев, Б.М. Локштанов. СПб.: СПбГЛТА, 2003. -108с.

6. Анучин Н.П. Определение объемов хлыстов и сортиментов / Н.П. Анучин. -3-е изд., доп. М.: Лесная промышленностьсть, 1985. - 184 с.

7. Ellis and Duff, 1973. N.Z. For. Serv., FRI For Mensuration Rept. 50.

8. Young, Robbins and Wilson 1967. IUFRO Section 25: 546-62.

9. Goulding, 1979. N.Z. J. For Sei. 9(1): 89-99.

10. Dargavel and Ditchburne, 1971. Aust. For. 35(3): 191-8.

11. Селиванов Ю.В. Погрешности уравнений объемов сосновых молодняков / Ю.В. Селиванов // Лесная таксация и лесоустройство: Межвуз. сб. науч. ст. -Красноярск: КПИ, 1991 148с. - с.60-63.

12. ОСТ 13-43-79 Е Лесоматериалы круглые. Геометрический метод определения объема и оценка качества лесоматериалов, погруженных в вагоны и на автомобили. М.: Минлестюм СССР, 1980. 14с.

13. Погрешности измерения объема бревен по ОСТ 13-43-79 //Деловой лес. -2003. апрель-май, № 3 (28).

14. Методические рекомендации по организации таможенного оформления и таможенного контроля лесоматериалов /Приложение к письму СЗТУ от 17.06.2002 №01-28-02/9863.

15. Курицын А.К. Методические наказания / А.К. Курицын // Таможенные ведомости. 2003, № 3 (60), с.ЗО.

16. Чудинов B.C. Вода в древесине / B.C. Чудинов. Новосибирск: Наука, 1984. - 270с.

17. Уголев Б.Н. Древесиноведение и основы лесного товароведения: Учебник для сред. проф. образования / Б.Н. Уголев. М.: Академия, 2004. - 272с.

18. РД 13-2-3-97 Лесоматериалы круглые, поставляемые на экспорт. Методы измерения размеров и объема. Контроль качества. Приемка.

19. Пустовалов Г.Е. Погрешности измерений, Методическая разработка по общему физическому практикуму / Г.Е. Пустовалов. М.: МГУ, 2001. - 17с.

20. Иванников Д.А. Основы метрологии и организации метрологического контроля / Д.А. Иванников, Е.Н.Фомичев. Нижний Новгород, 2001.

21. Чернова Н.М. Математическая обработка экспериментальных данных: Метод. Руководство/, Н.М.Чернова. Магадан.: МПУ, 1996.

22. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов / И.Н. Бронштейн. М.:Наука, 1981.

23. Технологичские измерения и приборы в лесной и деревообрабатывающей промышленности: учебник для вузов / В.И. Музалевский, Л.В. Леонов. М.: Экология, 1991.-400 с.

24. Арш Э.И. Автогенераторные измерения / Э.И. Арш. М.: Энергия, 1976. -136с.

25. Левшина Е.С. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи): учеб. пособие для вузов / Е.С. Левшина, П.В.Новицкий. Л.: Энергоатомиздат, 1983. -320с.

26. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов / Б.М. Тареев. М.: Энергия, 1973.-328с.

27. Корндорф С.Ф. Основы электроизмерений, электронной техники и электроавтоматики в приборостроении / С.Ф. Корндорф. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1959.

28. Доброхотов Б.А. Измерения в электронике: справочник, том 1 / Б.А. Доброхотов. М.- Л.: Энергия, 1965. - 288с.

29. Лавров A.C. Антенно-фидерные устройства: учеб. пособие для вузов / A.C. Лавров, Г.Б. Резников. М.: Сов. Радио, 1974. - 368с.

30. Forest Products Laboratory. Wood handbook — Wood as an engineering material. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-113. Madison, Wl: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, 1999.: Forest Products Laboratory. 463p.

31. Никольский B.B. Электродинамика и распространение радиоволн: учеб. Пособие / В.В. Никольский. М.: Наука, 1973.

32. Ушаков В.Н. Основы радиоэлектроники: учебник для студентов вузов / В.Н. Ушаков. М.: Высш. школа, 1979. - 287с.

33. Волощенко Ю.И. Основы радиоэлектроники: учеб. Пособие / Ю.И. Волощенко, Ю.Ю. Мартюшев, И.Н. Никитина и др. М.: Изд-во МАИ, 1993. -416с.

34. Зажигаев J1.С. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента / Л.С. Зажигаев, А.А. Кишьян, Ю.И. Романиков. М.: Атомиздат, 1978.-232с.

35. Simpson, William Т., ed. Dry Kiln Operator's Manual. Agric. Handbook AH-188. Madison, Wl: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 1991.

36. Torgovnikov G.I. Dielectric Properties of Wood and Wood-Based Materials / G.I. Torgovnikov. NY.: Springer-Verlag, 1993.

37. Butterfield B.G. Microfibril Angle in Wood / B.G. Butterfield. Westport New Zealand.: Proc. IAWA/IUFRO, 1997.

38. Venkatesh, M.S. and Raghavan, G.S.V. 2005. An overview of dielectric properties measuring techniques. Canadian Biosystems Engineering/Le genie des biosystemes au Canada 47: 7.15 7.30.

39. СПбБГТУ, Кафедра технологии деревообрабатывающих производств // Электронный ресурс. // http://bstu.unibel.by/Tdp Обновление 18 марта 2003.

40. Измеритель диаметров бревен "Вектор" //Электронный ресурс. // http://www.avtomatika.ru/ Обновление 23 марта 2003.

41. Бесконтактное измерение объема круглых лесоматериалов // Электронный ресурс. // http://www.videoscan.ru/ Обновление 20 янв. 2003.

42. МВИ 13-2-6-02 Круглые лесоматериалы, поставляемые в Швецию с использованием штабельного метода измерения объема. Методика выполнения измерений (Аттестована ВНИИМС 06.08.2002).

43. James, William L. Electric moisture meters for wood. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-6. Madison, Wl: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory; 1988. 17 p.

44. Взвешивание в движении.ООО «НПП Корона» //Электронный ресурс. // http://www.korona.inc.ru/ Обновление 18 авг. 2003.

45. ОСТ 13-43-79 ЛЕСОМАТЕРИАЛЫ КПУГЛЫЕ Геометрический метод определения объема и оценка качества лесоматериалов, погруженных в вагоны

46. Сайт Австралийскийского национального университета // Электронный ресурс. // http://sres.anu.edu.au/associated/mensuration/ Обновление 23 сент. 2004.

47. ТУ 13-2-3-00 Балансы, поставляемые в Швецию, Технические условия, разработаны ООО «Лесэксперт».

48. VMR 1-99 REGULATIONS FOR MEASURING OF ROUNDWOOD recommended by the Timber Measurement Council, Circular.

49. Методы и средства группового обмера и учета круглых материалов и хлыстов. Экспресс-информация. - Лесоэксплуатация и лесосплав. Вып. 12. -М.: ВНИПИЭИлеспром, 1982.

50. Электрические измерительные приборы для определения влажности древесины. Экспресс-информация . - Механическая обработка древесины. Вып. 10. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1982.

51. ТУ 13-2-12-96 Хвойные пиловочные брёвна поставляемые в Финляндию.

52. Дьяконов К.Ф. Сушка древесины токами высокой частоты / К.Ф.Дьяконов, А.А.Горяев. М.: Лесная промышленность, 1981.

53. Перелыгин Л.М. Древесиноведение / Л.М. Перелыгин. М., 1969.

54. Полубояринов О. И. Плотность древесины ели по высоте ствола в связи с возрастной структурой древостоев / О. И. Полубояринов, Г.Н. Некрасова //Лесоведение. 1986. - №2. - с. 68-72.

55. Некрасова Г. Н. Изменение плотности древесины ели по высоте ствола в связи с ветровой нагрузкой / Г. Н. Некрасова, О. И. Полубояринов, А. И. Фурин. Изв. вузов. - Лес. ж., 1985. - №6. - с. 14-17.

56. Полубояринов О. И. Определение объемного веса древесины методом погружения в воду / О. И. Полубояринов. Изв. вузов. - Лес. ж., 1967. - №3.

57. Полубояринов О. И. О взаимосвязи влажности и плотности древесины растущих деревьев / О. И. Полубояринов, Г. Н. Некрасова, Р. Б. Федоров. Изв. вузов. - Лес. ж. 1982. - № 2-7.

58. Полубояринов О. И. Плотность древесины / О. И. Полубояринов. М.: Лесная промышленность, 1976, -160с.

59. Анализ эффективности приемки лесосырья автоматизированной системой "ФОТОСКАН" Электронный ресурс. //http://www.drevesina.com/materials.htm/a17/b152/- 27 окт. 2003.

60. Stephen L. Quarles, Physical Limitations of Moisture Meters // Электронный ресурс. // http://www.forestprod.org Обновление 12 окт. 2004.

61. Технические характеристики автоматизированного измерительного комплекса на базе лазеров. 40.

62. Технические характеристики автоматизированного измерительного комплекса. 40.

63. Диапазон измерения диаметра 20 735 мм

64. Диапазон измерения длины 1-9,9 м

65. Погрешность измерения диаметра/длины + 2 мм / ± 1 см

66. Напряжение питания 24 В +15% 50 Гц

67. Потребляемая мощность 15 Вт1. Частота измерений

68. Скорость сортировочного конвейера

69. Расстояние между линейками

70. Температурный диапазон эксплуатации1. Микропроцессор1. Интерфейсы1. RAM/ROMоколо 200 изм./с до 3,5 м/с 1,1 1,8 м -50 . +45 °С Z180, 16 МГц RS232, RS485 128/32 кВ

71. Рис. П3.1. Внешний вид измерителя диаметров бревен «Вектор» Принцип измерения диаметров

72. Рис. П3.2. Принцип работы измерителя.