小径木双面刨切单板的材积计算与效益分析

【目的】提出双面刨切工艺、下刀优化以及合理选材的措施,以期解决传统方法制备单板效率低下、出材率低并且容易出现缺陷的问题。【方法】提出采用小径木双面刨切加工工艺来提高出材率及生产效率的方法(双面刨切是指从小径木两侧同时进行纵向刨切,直到剩余厚度为20 mm的固定芯板时结束刨切,然后将多次加工后剩余的中间固定芯板再次进行刨切的工艺);通过对理想小径木进行数学建模、实际计算,分别给出刨切单板的短径、长径2个方向的具体材积计算公式,以此作为合理下刀的理论基础;对小径木截面进行数学建模,给出出材率的具体计算公式,并对将要进行刨切的小径木进行实际参数测量,根据所得公式分别计算其出材率。【结果】通过小径木出材率的实际分析计算得出,随着小径木长短径尺寸的增大(所讨论对象是无节子、径向无弯曲度的理想小径木),刨切出材率逐步增加,所以双面刨切单板时选择尺寸较大的小径木,可以在一定程度上提高小径木出材率。【结论】制备单板时,采用双面刨切单板工艺,不仅可以节省时间,而且可以减少人力,大大提高加工效率及出材率;将本研究得到的小径木数学模型、长短径方向材积计算公式及出材率公式作为基础,可以进行合理的选材、下刀以及刨切,减少木材资源的浪费,提高经济效益。     

小径木星形纵向锯解后重组刨切单板的数学理论描述

【目的】提出将小径木纵向锯解为多块扇形木材后重组为近似板材再刨切为弦切单板的工艺,以提高原木出材率。【方法】首先对理想原木进行数学建模,并分别对短径方向、长径方向的弦切单板建立数学模型;然后以建立的原木及弦切单板数学模型为基础,绘制最优星形下锯图及最优弦切单板刨切图;最后分别对星形下锯与直接刨切2种不同工艺进行出材率计算,以比较原木出材率的高低。【结果】通过对模型的比较,短径方向弦切单板宽度大于长径方向弦切单板宽度,要求弦切单板宽度时,应以短径方向弦切单板为模型基础进行最优下刀;要求弦切单板数量时,应以长径方向弦切单板为模型基础进行最优下刀。计算出材率结果显示,相对于直接刨切,采用星形下锯工艺可以提高原木出材率。【结论】采用星形纵向锯解后重组刨切单板的工艺可提高原木出材率,同时可为实际选材提供理论支持,选择原木尺寸规格越大,出材率越高。     

吉林省蒙古栎削度方程与材种出材率表研究

利用在吉林省各县(市、区)所采集3 157株蒙古栎编表、验表样木数据,运用削度方程计算立木材积和材种出材率表,结果表明:运用削度方程可以灵活地反映树干上任意部位直径、既定直径处材长、材积、出材率、树干上任意分段材积和全树干材积;同时根据林分树高差异调整树高式参数,编制的材种出材率表精度高、适用性强,更符合林分中林木生长实际状况     

原木裁板皮过程的建模理论与仿真方法

带锯制材的第一道工序就是裁板皮,数控带锯机的裁板皮过程必须进行软件设计,而软件设计的基础是数学理论的建立,提出板皮裁边的数控加工数学模型、仿真加工过程,为板材最优下锯提供计算机编程方程,为视频再现提供数学方法,为板皮锯切、板皮材积精确检测提供理论依据,为数字化控制提供理论.通过数控技术与现代制材工艺结合,将使传统木材加工工艺数控化,可以推进木材工业加工过程中计算机数学描述研究的发展,推进木材工业加工过程数学描述研究理论的开展.     

人工速生材和小径木加工利用的途径与方法

小径木是指在天然次生林或人工速生林中间伐下来的直径在6—16cm的木材。由于小径木强度低、含水率纵向偏差较大、应力比率高等原因，直接利用原木生产产品易产生翘曲变形、开裂现象。因此，小径木的利用应尽量避免原木的直接加工成型，而应该从先分解后组合（即短接长、窄拼宽、薄积厚）的角度入手。这样既可以消除小径木本身材质低、性能差的不足，又能达到充分、合理、高效利用小径木的目的。目前具体的加工方法主要有以下几种。     

5个尾巨桉无性系材性、单板生产与价值的研究

对5个尾巨桉无性系的原木旋切单板的研究表明,5个无性系的木材密度、应力波传输速度及原木端裂指数、出材率、原木价值及单位材积原木的单板价值方面均存在差异。单板出材率从高至低的顺序是DH32-28>DH61-1>DH32-26>DH33-27>DH15-3,原木生产单板价值从高至低的顺序是DH61-1>DH32-26>DH32-28>DH33-27>DH15-3,单位材积原木生产的单板价值从高至低的顺序是DH32-28>DH32-26>DH61-1>DH33-27>DH15-3。影响单板出材率的主要因子是原木的弯曲度;影响原木单板产品价值的主要因子是大头直径、小头直径、最小小头直径和木材密度;影响单位材积原木的单板产品价值的主要因子相关性从大到小依次是木材密度、弯曲度、小头最小直径和端裂指数。从小头最小直径能较好地预测原木的价值,相关系数达0.8949;小头最小直径和弯曲度可以预测单位材积原木的单板产品的价值。建立的5个回归方程为原木分级和定价销售提供了依据。无损检测立木木材密度(Pilodyn测定值)和应力波传输速度能够较好地预测原木端裂指数,但是并不能由此预测单板出材率或原木价值。本研究为通过育种和营林措施培育高价值胶合板单板用尾巨桉木材提供基础数据。     

浅谈伐区剩余物的加工利用

随着国家天然林保护工程的全面实施、森林可采资源的锐减,木材产量大幅度下调,因此提高木材综合利用率已成为森工生产探索的重要课题.我们鹤北林业局结合本局实际,对伐区剩余物资源进行了有益的开发。1 伐区剩余物加工利用的效益分析1.1 锯材加工利用及经济效益分析 对于鹤北林业局来讲,充分利用那些有加工价值的小径木进行地板毛料、包装箱板、细木工芯板、家具料,学生桌椅等锯材加工可产生很大的经济效益。比如,加工地板块毛料,按现行小径木市场售价计算,小径木售价为140元/m3,出材率为15％,成本为     

实木拼接板胶合性能及其破坏形式

对铁杉木、橡胶木和北美核桃木拼接板的胶层耐久性能、侧拼抗剪和指接抗弯强度进行了检验.结果表明:侧拼胶层通过Ⅰ类浸渍剥离试验要求,指接胶层不能完全满足Ⅱ类浸渍剥离要求,破坏形式主要有胶层开裂和边齿脱落 ;侧拼抗剪强度低于木材顺纹抗剪强度5％,指接抗弯强度是木材抗弯强度的26.2％～77.9％,破坏形式主要有指接胶层开裂、指榫折断及木材撕裂.     

皖北杨树二元立木材积表的编制

以安徽省杨树人工林为研究对象,按照立木材积表编制要求,随机抽取329棵杨树伐倒木材积资料.以300棵样木资料为编表样本,选用3种数学模型为二元材积的候选模型,利用非线性麦夸特迭代求解法确定各模型参数、剩余标准差、相关指数.根据相关指数和剩余标准差,确定最优二元材积模型为:V=0.000 096 93d2.0123h0.6147".以29棵样木资料为验表样本,分别计算二元材积模型理论材积与实际材积的平均相对误差、平均绝对相对误差和系统误差,计算结果为:二元材积表分别是2.7%、8.6%、0.1%.各种材积误差均满足林业生产材积估算误差要求.     

微坑型微织构硬质合金表面对木材摩擦特性的影响

【目的】探讨木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响规律,为设计更加合理的木材切削刀具表面织构形式提供参考和指导。【方法】以水曲柳和樟子松为研究对象,在具有不同微坑直径硬质合金表面条件下,研究木材含水率、木材切面和纤维方向以及运动速度等因素对木材表面摩擦系数的影响。【结果】与无微坑表面相比,当微坑直径为60μm、含水率为67%±3%时,在水曲柳表面产生的摩擦系数由0. 151降低到0. 091,降幅为39. 7%,在樟子松表面产生的摩擦系数由0. 241降低到0. 164,降幅为32. 0%。木材径切面上纤维方向差异对表面摩擦系数的影响不大,但在横切面上,微坑直径越小,其表现出的摩擦系数越高。摩擦过程中运动速度对表面摩擦系数的影响与木材中的水分有较大关系,当含水率处于生材状态时,表面摩擦系数随运动速度增大而降低,且微坑型结构表面产生的摩擦系数降幅明显高于无微坑表面,无微坑表面产生的摩擦系数由0. 160降低到0. 134,降幅为16. 3%,微坑直径为60μm时的摩擦系数由0. 124降低到0. 071,降幅为42. 7%。【结论】木材含水率状态对微坑型表面微织构与木材之间的摩擦系数影响较大,木材中自由水的存在有利于降低硬质合金与木材表面之间的摩擦系数。微织构直径越小,其接触角平均变化率越大,表面铺展速度越大,越有利于改善木材/硬质合金摩擦副的状态,使表面间的摩擦系数减小。     

竹材旋切的数学模型建立与理论分析

【目的】为加工出等厚连续的整张竹单板,减小竹材无卡轴旋切机加工竹材选取的局限性,扩大旋切设备的应用范围,提高竹材旋切的整体出材率和成品率,提出一种以"对数螺旋线"为基础的新型旋切曲线数学模型,并计算竹单板的理论出材率,分析讨论所建立模型是否适用于无卡轴竹材旋切机的使用。【方法】对旋切机2种旋切曲线进行数学建模,利用Matlab软件对传统无卡轴旋切理论"阿基米德螺旋线"的数学模型及改进的旋切曲线数学模型(呈椭圆形的"对数螺旋线"旋切曲线)进行仿真分析,建立待加工竹材段的三维模型,结合Matlab仿真结果,对竹材旋切出材率公式进行推导。【结果】通过Matlab仿真结果可知,"阿基米德螺旋线"为圆形螺旋线,由于竹材横截面不规则且近似为椭圆形,壁薄,旋成圆形后,竹材壁厚加工余量小,圆形螺旋线旋切曲线并不完全适用于加工自然生长的竹材,存在加工竹单板易碎、形状不整等缺陷;改进后的"对数螺旋线"旋切曲线呈椭圆形,旋切曲线贴近竹材实际形状,可以保证相邻螺旋线距离误差精确度在许可范围内,模型更加适用于竹单板旋切。数学模型参数可以根据竹材内外径大小实时调整,缩小竹材选取局限性。对推导出的出材率数学模型进行分析,得出竹材的材率η与竹段长度L无关,但应注意长度、壁厚和尖削度的相互影响。【结论】改进后的旋切曲线数学模型以"对数螺旋线"为基础,在旋切竹材时单板厚度误差小,旋切效率更高,具有很高的可靠性和加工精度。在满足加工要求的前提下,为保证竹材出材率、旋切效率、旋切质量等具体要求,加工竹段长度L应在0.8～1 m,竹材壁厚大于10 mm,尖削度小于3～4 mm·m^-1。新的旋切模型的建立可提升竹材的整体利用率,拓宽加工范围,为竹材旋切设备设计提供基础理论,对无卡轴竹材旋切加工提出一个新的发展方向。     

木-钢组合箱梁抗弯性能试验及有限元对比分析

【目的】为促进木结构在大型工程中的应用范围,本研究提出了一种以落叶松胶合木板作为上下翼板、焊接冷弯薄壁槽钢作为腹板并通过螺栓连接的木-钢组合箱梁。【方法】采用分级加载的方式分别对3根木-钢组合箱梁和1根木箱梁进行弯曲加载试验,观测组合箱梁和木箱梁在荷载作用下翼缘和腹板的应变变化、挠度的发展、破坏过程及形态变化,研究其抗弯极限承载力和抗弯刚度等力学性能,并基于ABAQUS建立了有限元模型对组合箱梁及胶合木箱梁进行数值模拟分析。【结果】组合箱梁的翼板与腹板组合性能较好,最终均为下翼缘木板受拉断裂的破坏模式,同时伴随着钢材局部屈曲和上翼缘木材的局部劈裂等破坏;木箱梁为腹板顺纹剪切破坏。相比胶合木箱梁,组合箱梁的抗弯极限承载能力平均提升了30.33%,但初始刚度平均降低了34.42%;根据翼板横向应变分布计算了木箱梁和木-钢组合箱梁上翼缘的剪力滞系数以及有效分布宽度。有限元模型与试验结果吻合良好,能有效预测木-钢组合箱梁及胶合木箱梁的弯曲性能。【结论】木-钢组合箱梁充分发挥了木材和钢材的力学性能,相比于纯木箱梁,抗弯承载力提升显著,说明木-钢组合箱梁是一种科学合理的组合形式,研究成果可为木-钢...     

宝天曼8种阔叶树木材密度的解剖学决定因素及其与叶性状的协同与权衡

【目的】探究影响木材密度的解剖学机制,揭示茎叶解剖和生理性状的协同与权衡关系,有助于阐明不同树种适应环境的生理生态机制。【方法】选择宝天曼天然林中常见的8种落叶阔叶树,测定木材密度、木质部导管及纤维等解剖性状、叶片压力-容积曲线参数等21个茎叶性状,探究决定木材密度的解剖学性状,分析茎叶性状的协同和权衡关系。【结果】1) 8个树种的木材密度与组成木质部的导管、薄壁组织和纤维组织这3大组织的比例都不相关,更多受到纤维细胞性状的影响。2)对木材密度影响最大的木质部性状是纤维细胞腔占横截面的比例,其次是纤维细胞壁占纤维细胞的比例、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁厚度等性状。3)木材密度与叶片单叶面积、失膨压时相对含水量和弹性模量呈负相关。4)失膨压时相对含水量与导管水力直径、最大导管直径、平均导管直径、纤维细胞腔面积、纤维细胞腔直径呈正相关;与导管密度、纤维细胞壁厚与腔直径比、纤维细胞壁占横截面比例呈负相关。【结论】木材密度主要由纤维细胞性状决定,而非导管和薄壁组织性状;高的叶片忍耐失水能力耦合于致密的茎纤维细胞和木材密度。     

小径木刨切单板纤维化处理设备整机结构设计

为突破传统重组木木束单元偏大、纤维形态不规则、疏解程度不均匀的缺陷,研发了一种能生产较小木束单元的纤维化疏解设备。在对现有疏解设备结构形式及工作原理进行分析的基础上,确定了小径木刨切单板纤维化处理设备的主要技术参数,完成了小径木刨切单板纤维化处理设备的结构组成设计,对机架、疏解机构等进行了合理设计和布局安排,其中包括疏解辊直径、辊齿参数、辊齿配置及微调装置的设计。采用该设备生产的纤维化单板具有纵向纤维不断裂、粗细较均匀的特点,且纤维束的宽度基本分布在1~3 mm,以该纤维化单板为基本单元制成新型重组木,能够得到不同性能指标的产品。小径木刨切单板纤维化处理设备是生产新型重组木的重要设备之一,可为制备新型重组木产品提供优质的原材料。     

实木地板榫槽铣削力的试验分析

【目的】以实验为基础,研究实木地板榫槽铣削加工中切削参数对切削力的影响,为不同切削工艺下加工参数的优化以及设置提供参考依据,达到提高加工质量、延长刀具寿命并用以指导生产的目的。【方法】以山毛榉材地板为试验材料,运用木材切削机理对切削速度、进给速度及切削宽度3个参数进行单因素试验,并采集切削过程中随着切削参数变化产生的切削力值,揭示在顺铣和逆铣方式下不同切削参数对实木地板榫槽铣削力的影响规律。【结果】在不同铣削方式下,随着切削速度的增大,XYZ方向的切削力总体呈降低趋势;随着进给速度和切削宽度的增大呈现升高的趋势,顺铣加工时XYZ 3个方向的铣削力变化相比逆铣加工的波动趋势小,稳定性要好。通过对铣削力回归模型进行方差分析,可知R2(Fdown)=0.9490,R2(Fup)=0.8516,均接近1,回归效果显著,验证了铣削力模型的合理性。【结论】通过对比相同切削参数在不同工艺条件下产生的切削力变化,可知顺铣加工稳定性高于逆铣加工。     

基于木蜂筑巢习性的古建筑木构件木蜂危害等级划分

【目的】基于木蜂筑巢习性，划分古建筑木构件木蜂危害等级，为古建筑保护工程勘察提供参考依据和评定标准。【方法】收集受木蜂危害的轻木构件，采用内窥镜、CT扫描和巢穴解剖方式，了解巢穴构造，计算隧道容积和巢穴体积，估算木材损失程度，结合古建筑木构件危害勘察，划分木蜂危害等级。【结果】经鉴定，收集到的木蜂为黄胸木蜂。内窥镜可以观测到主隧道，隧道有2～3条分枝，次隧道与主隧道夹角成一定角度，影响内窥镜进一步深入观测。CT扫描能够准确了解巢穴内部危害。巢穴解剖发现，黄胸木蜂巢穴皆为分枝型，大部分为双向平行2条分枝或一侧2条分枝另一侧1条分枝；巢室内径平均1.55 cm,每条分枝长度平均14.4 cm,隧道容积平均约133.67 cm³,巢穴体积平均1 436.58 cm³。【结论】古建筑木蜂危害一般发生在建筑外部的檐椽、望板、斗栱等非承重和非独立作用构件上，基于木蜂筑巢习性估算木材损失程度，古建筑木构件木蜂危害可划分为1～4级：当木构件有且仅有1个木蜂孔洞时，为1级危害；当木构件有2～3个木蜂孔洞时，为2级危害；当木构件有4～5个木蜂孔洞时，为3级危害；...     

圆钢钉和自攻螺钉钉入角度对规格材握钉力性能的影响

【目的】基于规格材上不同角度钉入圆钢钉和自攻螺钉的握钉力性能测试,研究不同钉入角度、木材密度和木材径、弦向对握钉力性能的影响,为木结构钉连接设计提供更完善的科学依据。【方法】以落叶松和白云杉规格材为研究对象,参考握钉力性能试验国家标准,选取国产直径2. 5 mm的圆钢钉和直径4. 0 mm的自攻螺钉,长度均为50 mm,在满足国标最小钉边距、端距和间距的要求下,与木纤维分别成90°(横纹)、60°、45°和0°(顺纹)钉入规格材,在自主设计的多角度握钉力试验夹持装置上以3 mm·min-1恒定速度拔出并得到破坏荷载,比较分析不同条件下的握钉力。【结果】1)随着钉入角度减小,钉拔出时的荷载-位移曲线峰愈加尖锐,自攻螺钉握钉力大于白圆钢钉,密度较大的落叶松的握钉力大于白云杉,且对自攻螺钉的握钉力刚度明显大于白云杉,但相同角度条件下拔出时的荷载-位移曲线特征基本相似; 2) 90°钉入时圆钢钉和自攻螺钉的握钉力均大于0°,但从90°到0°圆钢钉的握钉力先增大后减小,而自攻螺钉则相反; 3)白云杉径面自攻螺钉的握钉力大于弦面,其圆钢钉的握钉力没有规律,落叶松径面圆钢钉的握钉力小于弦面,其自攻螺钉的握钉力没有规律。【结论】钉与木纤维之间的角度对规格材握钉力具有显著影响,随着角度减小,规格材对自攻螺钉的握钉力先降低后增大,而对圆钢钉的握钉力则相反。规格材径面和弦面的握钉力没有确定关系,在木结构握钉力设计值计算时无需考虑年轮角度参数。欧洲木结构设计规范(BS EN 1995-1-1:2004)推荐的计算公式为螺钉握钉力随着钉入角度减小而减小,测试结果证明该公式在0°时握钉力估算过于保守。端面钉入的自攻螺钉被拔出时,荷载-位移曲线和破坏特征均表明其为明显的脆性破坏,在实际工程中木构件端面上使用自攻螺钉连接需要有效的增强措施和强度验算。     

塑膜增强柔性装饰薄木热压复合卷曲变形特性分析

【目的】采用不同种类装饰薄木与塑膜热压复合,以卷曲曲率半径为表征,探寻塑膜与装饰薄木热压复合卷曲变形的影响因素,为控制塑膜增强柔性装饰薄木卷曲变形提供理论依据和实践支持。【方法】以红栎为试验对象,分析含水率、热压温度、塑膜和装饰薄木厚度等工艺条件对卷曲变形的影响,并以不同材质种类的柚木、水曲柳、红栎和花梨装饰薄木为试验材料,研究不同种类装饰薄木与塑膜热压复合的卷曲变形情况。【结果】热压温度对塑膜增强柔性装饰薄木卷曲变形具有显著影响,随热压温度增高,卷曲曲率半径逐渐减小,卷曲变形程度不断增大;装饰薄木与塑膜厚度比越大,塑膜增强柔性装饰薄木的卷曲变形相对越小,考虑成本和后续饰面加工,装饰薄木以0.3 mm厚为宜;含水率对塑膜增强柔性装饰薄木卷曲变形影响较小,实际生产中以8%～12%为宜;密度大、木材组织比率相对较大、结构致密的装饰薄木,热压复合卷曲变形相对较小。【结论】热压温度对塑膜增强柔性装饰薄木卷曲变形影响极显著,实际生产中,应尽可能降低热压温度,以增大曲率半径、减小卷曲变形。装饰薄木与塑膜厚度比对卷曲变形具有显著影响,一般而言,装饰薄木厚度越厚、塑膜厚度越薄,其热压复合卷曲变形程度越小,需结合生产实际进行厚度选择。本研究可为控制双层薄型材料热压复合特别是塑膜增强柔性装饰薄木卷曲变形提供思路。     

含地域和起源因子的马尾松立木生物量与材积方程系统

【目的】建立含地域和起源因子的相容性立木生物量与材积方程系统,为准确估计森林生物量提供依据。【方法】以我国南方主要针叶树种马尾松为研究对象,基于301和104株样木的实测地上生物量、树干材积和地下生物量数据,综合利用哑变量建模方法和误差变量联立方程组方法,建立集地上生物量、树干材积和地下生物量为一体、确保与生物量转换因子和根茎比等变量相容的一元和二元方程系统,并分析立木生物量和材积估计是否受地域和起源的影响。【结果】所建立的马尾松一元和二元相容性立木生物量方程与材积方程,确定系数(R~2)均在0.92以上,其中地上生物量方程的平均预估误差在4%以内,地下生物量方程的平均预估误差在8%以内。对马尾松地上生物量和树干材积的估计,二元模型均显著优于一元模型,其F统计量远大于临界值;但对地下生物量的估计,二元模型反而不如一元模型效果好。不论是一元模型还是二元模型,地域和起源对马尾松地上生物量估计均无显著影响,地上生物量模型具有很好的通用性,同时也进一步印证了曾伟生等(2012)提出的通用性地上生物量模型M=0.3ρD~(7/3)的广泛适用性。对马尾松地下生物量的估计,不同地域的模型存在显著差异;相同直径的林木,总体1地域范围内(长江流域东南部)的地下生物量要大于总体2(长江流域中西部)。对马尾松树干材积的估计,二元模型不受地域和起源影响,但一元模型受起源影响;相同直径的林木,人工林的材积估计值大于天然林。【结论】将哑变量引入误差变量联立方程组,可同时解决多个变量之间的相容性及地上生物量和地下生物量样本单元数不相等时如何联合建模的问题,是切实可行的生物量建模方法;研究所建立的马尾松立木生物量方程、材积方程及其相容的生物量转换因子和根茎比方程,达到相关技术规定预估精度要求,可推广应用。     

形率对白桦单木材积和生物量预测精度的影响

【目的】以大兴安岭地区白桦为研究对象,构建含有形率的材积模型,并与部颁东北地区白桦二元材积模型和传统基础材积模型进行比较,同时结合生物量转换因子,研究形率对单木生物量的影响,为单木材积和生物量的精准预测提供科学依据。【方法】将树干上15个形率引入传统基础材积模型分别构建二元和三元单木材积模型,应用R软件GNLS模块拟合各模型,引入方差函数消除各材积模型拟合过程中产生的异方差现象。以相对误差绝对值(MPB)、平均误差绝对值(MAB)、均方根误差(RMSE)和确定系数(R²)为评价指标对各模型进行对比分析,采用交叉检验法对模型进行检验。【结果】1)形率引入可显著提高材积模型拟合效果,当取相对树高为40%时,带有形率q_0.4的二元和三元材积模型拟合效果均表现最好;2)交叉检验结果表明,形率引入材积模型使得材积预测精度显著提高,相较传统一元模型(1)和二元模型(2),引入形率的二元模型(14)和三元模型(15)的均方根误差分别降低38.9%和45.8%; 3)与东北地区当前使用的二元材积模型(5)相比,引入形率的二元模型(14)的RMSE、MAB和M...