Уточнение инженерных расчетов процесса деления мягколиственной древесины

УДК 674 023

УТОЧНЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫХ РАСЧЕТОВ ПРОЦЕССА ДЕЛЕНИЯ МЯГКОЛИСТВЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ

© 2009 г. А.В. Ивановский, В.П. Ивановский

Воронежская государственная лесотехническая академия

Voronezh State Forestry Engineering Academy

Приведены уточнённые сведения по инженерным расчётам процессов деления древесины круглыми пилами и режущими дисками, а также указаны оптимальные значения поправочных расчётных множителей для мягколиственной древесины.

Ключевые слова: режим резания; удельная работа; плотность; порода; влажность; алгоритм.

The specified data by engineering calculations of processes of division of wood by round saws and cutting disks are given, and also optimum values of correction settlement multipliers for soft wood are specified.

Keywords: a mode of cutting; specific work; density; breed; humidity; algorithm.

Прикладной целью разработанной в нашей стране теории резания древесины является определение наивыгоднейших режимов резания с помощью различных расчётных методов [1, 2]. Современные инженерные расчёты резания древесины основаны на «объёмной» формуле, учитывающей удельную работу резания с поправочными множителями, численные значения которых устанавливаются экспериментально [3 - 5].

Установлено, что при обработке прессованной и натуральной (из мягких лиственных пород) древесины имеет место несоответствие поправочных множителей, введенных в [1, 2], реальному технологическому процессу - расхождение составляет от 10 до 30 %, что приводит на практике к неоправданным энергозатратам, перерасходу сырья, снижению производительности технологического оборудования по раскрою древесины и качества выпускаемой продукции.

Методика расчета силовых, мощностных параметров процесса резания древесины и назначение режима работы дереворежущих станков должны соответствовать обработке натуральной и прессованной древесины. Расчетные зависимости и методики должны обеспечивать простоту составления алгоритма, использование ЭВМ и содержать минимум табличного материала. Для случая деления натуральной и прессованной древесины нами разработан аналитический метод расчета скорости подачи и мощности привода с использованием ЭВМ [5, 6]. В предлагаемой методике практически исключен табличный материал.

Согласно существующей методике, скорость подачи по мощности привода рассчитывается с использованием зависимостей:

iPV

N =—-— • пр 1000л

Pk = KBH

U •

60V'

К = KU 7KnKwKtK5KHKV .

где Ыпр - мощность привода механизма резания, кВт; i - число пил на валу; Рк - среднее касательное усилие резания, Н; V - скорость резания, м/с; п - КПД механизма резания; k - удельная работа резания, Дж/см3; В - ширина пропила, мм; Н - высота пропила, мм; и - скорость подачи, м/мин; Киг - удельная работа резания в зависимости от подачи на один зуб и при продольном пилении воздушно-сухой сосны острыми режущими инструментами, Дж/см3; Кп - поправочный множитель на породу древесины; К№ - поправочный множитель на влажность древесины; К - поправочный множитель на затупление инструмента; Кн - поправочный множитель на высоту пропила; К - поправочный коэффициент на угол резания.

Совместное решение системы уравнений (1) - (3) дает возможность определить произведение:

UzKU7 =

6-10' Nnp^i

KnKwKK 5 KHKvBnzH

где п - частота вращения пилы, мин- ; г - число зубьев.

По величине и и Киг назначается табличное значение иг и рассчитывается скорость подачи:

"1-3

U = U7nz х10"

Вышеуказанные поправочные множители назначаются по таблицам, что приводит к необходимости при программировании на ЭВМ использовать диалоговый режим работы. С целью сокращения цикла расчета на ЭВМ в профессиональной инженерной деятельности стараются диалоговый режим не использовать. На основании этого выполнена алгоритмизация табличного материала [5, 6]. Осуществлена экспериментальная проверка предлагаемой методики при делении древесины круглыми пилами и режущими дисками.

Согласно стандартам, древесные породы имеют следующие значения усредненной плотности рв (кг/м3): липа - 485, сосна - 540, лиственница - 600, береза -630, бук - 670, дуб - 710, ясень - 770, древесина прессованная - 850-1400.

1,71 1,51

I 1,31

Рн

о

и 1>11 0,91 0,71

1 у. \ 2

445 500 555 610 665 Плотность древесины

720 775

Kn = 0,306 -10-2 р- 0,65.

g а

со у

О сс

СЗ СХ Е О

С

1,2 -, 1,15 1Д 1,05 1

0,95 0,9

1 N ^2

0

10 20 30 40 50 Период стойкости инструмента, мин

60

Рис. 1. Зависимость поправочного множителя на породу древесины от ее плотности: 1 - теоретически; 2 - экспериментально

Поправочный множитель на породу Кп имеет прямолинейную зависимость от плотности древесины (рис. 1).

График рис. 1 можно аппроксимировать уравнением:

Рис. 3. Зависимость поправочного множителя затупления инструмента от периода стойкости: 1 - теоретически; 2 - экспериментально

8 8

^ 2

с и

о S

Аналогично по табличным данным составлена графическая зависимость поправочного множителя КЖ от влажности древесины (рис. 2).

0,82 0,81 0,8 0,79 0,78 0,77

1

0

10

24 36 Влажность, %

Рис. 2. Зависимость поправочного множителя на влажность древесины от ее влажности: 1 - теоретически; 2 - экспериментально

С использованием уравнений (3)-(6) получим зависимость:

1п КЖ = 0,0721п Ж - 0,194.

Отсюда для расчета КЖ на ЭВМ используем формулу

КЖ = 0,83Ж °,°72.

В различных методиках [2, 3] значение К выбирается в зависимости от времени работы инструмента без переточки. Графическая зависимость К = Д*) представлена на рис. 3.

Для расчета на ЭВМ получена следующая формула:

К* = 0,510-2 * + 0,9;

* - время работы пилы без переточки, мин.

Функция Кн = у(Я) имеет графический вид прямой (рис. 4). С использованием уравнений (3) - (6) получена формула

Кн = 0,5-10-2 Н + 0,77.

2 4 6 8

Толщина заготовки, мм

Рис. 4. Зависимость поправочного множителя на высоту пропила от толщины материала: 1 - теоретически; 2 - экспериментально

В результате проведённых теоретических и экспериментальных исследований процессов деления мяг-колиственной древесины режущими дисками и круглыми пилами [5, 6] были получены усреднённые поправочные множители к табличным значениям удельной работы резания Кт и табличной силы Fxт (табл. 1).

На основе анализа представленных источников в нашей лесотехнической академии создан алгоритм, позволяющий получить оптимальный режим резания мягколиственной древесины (табл. 2), и составлена программа для его реализации.

В результате были установлены допустимые значения подачи на 1 зуб, отвечающие оптимальным режимам деления мягколиственной древесины (рис. 5).

900

750

600

s

450

GÜ

300

150

0

1 ^У

0,3

0,6

1,2

1,5

1,8

0,9

и2, мм

Рис. 5. Зависимость шероховатости обработанной поверхности от подачи на зуб: 1 - с разводом;

2 - с плющением

Установлено, что оптимальная зона режимов при продольном делении древесины круглыми пилами и режущими дисками составляет от 0,3 до 1 мм. Практика показала неэффективность применения у пил

одинакового профиля на всех зубьях (с учётом оптимальных параметров инструментов для деления древесины различной плотности [5]), значительно большей производительности, при той же потребляемой мощности, можно добиться при использовании комбинированных зубчатых венцов пил с подрезающими зубьями [5].

Таблица 1

Поправочные множители к табличным значениям удельной работы и силы резания при пилении круглыми пилами и резании древесины диском

Поправочный множитель на Численное значение апопр = anawaTa<?ap aS au at

Липа Осина Ольха

породу 0,78 0,85 0,90

влажность, % (5-70) 0,8 - 0,92 0,93 - 1,03 1,03 - 1,05

температуру (-20 ^ +50) 0,64 - 1,2

угол встречи, град. (20-65) 0,72 - 0,84

затупление, км (при пути резания до 30) 1,0 - 1,42

угол резания, град.(90-85) 0,81 - 1,22

скорость резания, м/с (до 100) 0,84 - 1,26

высоту пропила, мм (до 100) 0,8 - 1,16

Поступила в редакцию

Таблица 2

Алгоритм расчёта скорости подачи по заданной шероховатости поверхности

Задаваемые величины Расчётные зависимости Итоговая формула

Rm max Sz = f ( Rm max) , мм S7ZHn US = 7 H , 1000 м/мин

Zh

Порода древесины

Влажность древесины

На основе проведённых исследований в ВГЛТА разработан комплекс инструментов пониженного энергопотребления.

Литература

1. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины. Минск, 1975.

2. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов. М., 2002.

3. Амалицкий В.В., Амалицкий В.В. Оборудование отрасли :

учебник. М., 2005.

4. Суханов В.Г., Кишенков В.В. Основы резания древесных материалов и конструкции дереворежущего инструмента : учеб. пособие. М., 2006.

5. Свиридов Л.Т., Ивановский В.П. Резание древесины различной плотности. Воронеж, 2005.

6. Ивановский В.П. Особенности деформирования древесины мягких лиственных пород при бесстружечном делении // Деревообрабатывающая промышленность. 2006. № 5. С. 13-15.

13 ноября 2008 г.

Ивановский Александр Владимирович - студент 5 курса, факультет ТДО, Воронежская государственная лесотехническая академия. Тел. (4732)767-705.

Ивановский Владимир Павлович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Древесиноведение», Воронежская государственная лесотехническая академия. Тел. (4732)536-700. E-mail: ivanosky@bk.ru

Ivanovsky Aleksandr Vladimirovich - student, faculty of technology wood processing, Voronezh State Forestry Engineering Academy. Ph. (4732)767-705.

Ivanovsky Vladimir Pavlovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, departament «Wood Science», Voronezh State Forestry Engineering Academy. Ph. (4732)536-700. E-mail: ivanovsky@bk.ru.