Оценка влияния физико-механических свойств древесины на изменение мощности при пилении ленточными пилами

УДК 674.093.6 - 413.82

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРИ ПИЛЕНИИ ЛЕНТОЧНЫМИ ПИЛАМИ

А.И. Максименков

ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Приведены исследования по влиянию физико-механических свойств древесины на мощность резания при распиловке лесоматериалов на ленточнопильном станке. Установлено, что ощутимое влияния на расход мощности резания оказывают упругие свойства древесины в периферийных участках бревна.

Ключевые слова: физико-механические свойства древесины, пиление, ленточнопиль-ный станок, мощность резания, упругие свойства древесины, бревно.

Древесина является анизотропно-ортотропным материалом клеточно-волокнисто-слоистого строения, обладающим одновременно вязкими и упругими свойствами. Упругие свойства древесины тесно связаны с её микроструктурой и химическим составом. Одними из основных свойств древесины являются плотность, влажность и твердость.

Плотность древесины характеризуется несколькими показателями: плотностью в абсолютно сухом состоянии; плотностью влажной древесины и условной плотностью, которые взаимосвязаны между собой. Из-за пористого строения плотность древесины меньше плотности древесного вещества, для всех пород равной в среднем 1,53 г/см . Породы с плотностью 540 кг/м и менее при 12 % - ной влажности считаются древесиной малой плотности (сосна, ель, пихта, кедр, осина), от 550 до 740 кг/м - древесиной средней плотности (лиственница, берёза, бук, дуб черешчатый, восточный и болотный, ясень), от 750 кг/м и больше - древесиной высокой плотности (береза железная, дуб каштанолистный и араксинский) [1].

Влажность меняется в зависимости от условий хранения и стремится к равновесной, т.е. к влажности древесины, соответствующей определённому сочетанию температуры и влажности окружающей воздушной среды. Древесина влажностью более 100 % считается мокрой, от 100 до 50 % - све-жесрубленной, от 20 до 15 % - воздушно-сухой, от 12 до 8 % - комнатно-сухой и около нуля - абсолютно сухой. Влажность 20...22 % называется транспортной, в период эксплуатации изделий из древесины -эксплуатационной, во время изготовления деталей и изделий - производственной (она обычно на 1.2 % меньше эксплуатационной). Поскольку физико-механические свойства древесины зависят от влажности, то все показатели сравнивают при нормальной влажности (разновесной влажности, достигаемой древесиной в воздухе при 20±2 °С и относительной влажностью 65±5 %). Влажность коры в свежесрубленном состоянии для сосны в среднем 120, для ели 112, для березы 58 %. На предприятиях перед распиловкой бревен влажность коры указанных выше пород примерно одинакова

(60...70 %). При этом влажность наружного слоя коры у ели и сосны составляет 21 и 27, а у берёзы 7 %; влажность луба у хвойных пород в 7 раз, а у березы в 10 раз больше влажности коры [1].

Твердость торцевой поверхности выше тангентальной и радиальной на 30 % у лиственных пород и на 40 % у хвойных. При увлажнении древесины на 1% торцовая твердость уменьшается на 3 %, тангентальная и радиальная - на 2 %. Породы с торцовой твердостью 40 Н/мм и меньше считаются мягкими (сосна, ель, кедр, пихта, осина), от 40,1 до 80 Н/мм твердыми (лиственница сибирская, береза, бук, дуб, ясень) и более 80,1 Н/мм очень твердыми (берёза железная).

В производственной практике и исследованиях процесса пиления древесины часто приходится производить регистрацию и подсчет силовых показателей, таких как мощность, расходуемую на резание и подачу, усилие резания, удельную работу резания. Обычно их определяют по усредненным показаниям регистрирующего прибора без учета влияния физико-механических свойств древесины. Между тем изменения по длине и по диаметру бревна существенным образом влияют на процесс пиления.

Ряд ученых проводили опытные распиловки по выявлению влияния физико-механических свойств по диаметру бревна на качественные и количественные изменения мощности, расходуемой на пиление ленточными пилами. В результате было установлено, что изменение мощности резания происходит следующим образом: первоначально возрастает от периферии к центру бревна до определённого значения, в

последующем происходит её резкое снижение к центру. От центра бревна изменения мощности происходит в обратном порядке. Указанное изменение мощности резания согласуется с существующими выводами Л.М. Перелыгина [2] о закономерном изменении физико-механических свойств по диаметру бревна, в частности, объёмного веса. Проведенными исследованиями установлено, что изменение мощности резания по сечению бруса неодинаково. Оно изменяется значительно интенсивнее и особенно при распиловке периферийной части. В процессе пиления на интенсивность изменения мощности резания могут оказывать влияния потери устойчивости пилы вследствие нагрева пильного полотна и частичном затуплении зубьев пилы. Но проведенные исследования показали, что потери устойчивости пилы в пропиле, вследствие нагрева не будет, так как теплоёмкость шкивов станка по сравнению с теплоёмкостью полотна пилы велика и поэтому пила, проходя по шкивам, успевает отдать им накопленное тепло. Учитывая, что холостой ход станка, т. е. время между окончанием предыдущего реза и началом последующего сравнительно велико, а пильная лента находится в вихревом потоке воздуха за счет вращения шкивов и своего движения, между смежными резами пила охлаждается до первоначальной температуры или близкой к ней. Влияние затупления зубьев также не объясняет наблюдаемой интенсивности изменения мощности. В пределах времени двух смежных резов и пройденного пути каждым зубом затупление практически не оказывает заметного влияния на увеличение потребляемой мощности.

На основе вышеприведенных сравнений изменения объемного веса и мощно-

сти резания по диаметру бревна (сечению бруса) интенсивность изменения последней зависит от распределения влажности по диаметру бревна. Известно, что в забо-лонной части бревна содержание влаги в несколько раз больше, чем в ядровой. Поэтому упругие свойства древесины в периферийных участках бревна, которые находятся в тесной связи с влагосодержани-ем, и оказывают весьма ощутимое влияния на расход мощности резания на этих участках. Понижение потребляемой мощности в средних резах свидетельствует о соответственном снижении объемного веса и других физических и механических свойств древесины. Возможно здесь имеют место напряжения волокон в поперечном направлении, которые обуславливаются особенностями роста дерева.

Взаимодействие стружки со стенками и дном пропила при различных условиях резания древесины вызывает разную величину сопротивления трения. Трение уплотненной стружки по древесине входит составной частью в общее сопротивление резанию древесины, оно увеличивает работу, затрачиваемую на резание древесины, а также повышает удельное сопротивление резанию. Наиболее полный учет влияния трения стружки в процессе резания древесины может произведен через коэффициент трения древесины по древесины. Коэффициент трения в основном зависит от влажности и температурного состояния древесины.

На основании исследований Н.И. Ле-вочкина [3] можно сделать вывод о том, что при положительных температурах древесины удельная работа трения увеличивается с повышением влажности древесины,

а при резании мерзлой древесины удельная работа трения с повышением влажности уменьшается по прямой. С понижением температуры мерзлой древесины (до 1=-35 °С) удельная сила трения при резании уменьшается. Изменение удельной силы трения с изменением влажности и температуры древесины вызвано изменением величины коэффициента трения уплотнённой стружки о стенки пропила.

Таким образом, из вышеизложенного можно сделать следующие выводы: упругие свойства древесины в периферийных участках бревна, которые находятся в тесной связи с влагосодержанием, оказывают весьма ощутимое влияния на расход мощности резания; изменение мощности резания количественно не совпадает с изменением объемного веса, что оказывает влияние на неравномерное распределение влаги по диаметру бревна; в установившемся режиме процесса пиления нагрев пилы не оказывает влияния на расход мощности.

Библиографический список

1. Справочник по лесопилению / Под ред. С.М. Хасдана. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 415 с.

2. Перелыгин Л.М. Древесиноведение / М. : Лесн. пром-сть, 1969. 316 с.

3. Левочкин Н.И. Влияние влажности и температуры древесины на удельное сопротивление трения // Труды СибТИ-Красноярск, 1971. Сб. 34. С. 29-31.