Обоснование малоотходных режимов деления мягколиственной древесины с пониженной энергоёмкостью

ОБОСНОВАНИЕ МАЛООТХОДНЫХ РЕЖИМОВ ДЕЛЕНИЯ МЯГКОЛИСТВЕННОЙ ДРЕВЕСИНЫ С ПОНИЖЕННОЙ ЭНЕРГОЁМКОСТЬЮ

Ивановский А.В.

On the basis of unique deformations and elastic - plastic properties of soft deciduous wood are determined and data by engineering calculations of processes of division of wood by round saws and cutting disks are resulted, and also optimum values of correction settlement multipliers for soft deciduous wood are specified.

В различных конструктивных элементах, а также, при некоторых операциях механической обработки древесины, последняя часто испытывает не только статические, но и динамические нагрузки, при которых она деформируется

Деформативность древесины при динамических нагрузках существенно отличается от деформативности при статическом нагружении. Влияние скорости нагружения на развитие и соотношение упругих, эластических и остаточных деформаций весьма значительно и это может вносить существенные изменения в различного рода расчеты. Однако, исследования деформативности древесины при динамических нагрузках носят ограниченный характер, хотя сведения о поведении древесины при динамических нагрузках с каждым годом становятся все более необходимыми для описания различных процессов вызывающих напряженно-деформированное состояние древесины. Например, при безопилочном резании древесины на ножерезательных станках, или резании диском, при быстром внедрении ножа в древесину, она испытывает локальное напряженно-деформированное состояние, характеризующееся быстрым искажением макроструктурных элементов в зоне резания. Аналогичные процессы протекают в древесине при ее прессовании с применением динамических нагрузок.

В связи с этим представляет определенный теоретический и практический интерес исследование упруго-пластических свойств древесины при динамических нагрузках и при различном гидротермическом состоянии. Опыты проводились на сжатие вдоль волокон. При деформировании древесины одновременно проявляются как упругие, так и остаточные деформации. При быстром приложении нагрузки к образцу замер величины остаточной, упругой и эластической деформации обычно представляет определенную трудность. Неоднородность структуры древесины, свойства различных слоев, зависимость механических свойств от временных факторов, вносят определенные сложности в решении вопросов обработки древесины резанием. Результаты исследований показывают, что при удельных нагрузках в образцах древесины мягких лиственных пород при ее сжатии в осевом направлении возникают одновременно как упругие, так и остаточные деформации. При этом величина относительных остаточных деформаций при всех значениях удельной нагрузки превышает величину упругих деформаций. С увеличением удельной нагрузки все три вида деформаций возрастают с постоянным замедлением, которое объясняется

повышением плотности древесины по мере ее «упрессовки». С повышением влажности древесины с 10 до 30% деформативность древесины возрастает, что подтверждается увеличением всех трех видов деформаций.

Прикладной целью разработанной в нашей стране теории резания древесины является определение наивыгоднейших режимов резания с помощью различных расчётных методов. Современные инженерные расчёты резания древесины основаны на «объёмной» формуле мощности резания с участием удельной работы резания и системы поправочных множителей, численные значения которой устанавливаются экспериментально. Однако, проверенные на практике, авторитетные работы по конкретным процессам резания не соответствуют обработке древесины прессуемой и натуральной из мягких лиственных пород. Различие в поправочных множителях по данным перечисленных работ 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 должна 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. В предлагаемой методике практически исключен табличный материал, который представлен в виде расчетных подсистем.

На основе анализа представленных источников в ВГЛТА создан алгоритм, позволяющий получить оптимальный режим резания мягколиственной древесины (табл. 1) и составлена программа для его реализации.

Таблица 1 - Алгоритм расчёта скорости подачи по заданной шероховатости поверхности_

№ Задаваемые величины Расчётные зависимости Итоговая формула

1 Кт тах

2 Zн Sz = /(Кт тах) , мм ТТ S7 • 2И • п Us =-, м/мин 1000

3 Порода древесины

4 Влажность древесины

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

Рисунок 1 - Зависимость шероховатости обработанной поверхности от подачи на зуб

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), значительно большей производительности, при той же потребляемой мощности, можно добиться при использовании комбинированных зубчатых венцов пил с подрезающими зубьями. На основе проведённых исследований в ВГЛТА разработан комплекс инструментов пониженного энергопотребления.

Современные инженерные расчеты резания древесины базируются на результатах экспериментальных исследований. В качестве основных справочных материалов используют результаты наиболее полных авторитетных работ по конкретным процессам резания [1]. Влияние условий расчета, отличных от условий базового эксперимента, учитывают системой поправочных множителей, численные значения которых также установлены экспериментально.

Нами использована методика расчетов, основанная на «объёмной» формуле мощности резания. В общем виде объёмная формула мощности резания N (Вт) записывается как N = К  У1С; где: К - удельная работа резания в данном процессе резания при заданных расчётных условиях обработки, Дж/см ; У1С - объём материала заготовки, измельчаемый в стружку, находится из условий резания:

/  и 2

К1С = -—; где: / - площадь поперечного сечения удаляемого слоя, мм ; и -60

скорость подачи, м/мин.

Удельная работа К для расчётных условий находится как произведение табличного значения удельной работы Ктабл., действительного для определённых табличных условий резания, на поправочные множители, учитывающие отличия расчетных условий резания от табличных:

К = Ктабл.  апопр. = ККтабл  ап  ам>  От  а<р  ар  аз  аи  а1;

где Ктабл. - табличное значение удельной работы Дж/см ; апопр. - общий поправочный множитель; ап - поправочный множитель на породу древесины; а№ - поправочный множитель на влажность; ат - поправочный множитель на температуру древесины; аф - поправочный множитель на угол встречи лезвия с волокнами древесины;

ар - поправочный множитель на затупление лезвия; а§ - поправочный множитель на угол резания; аи - поправочный множитель на скорость резания аг - поправочный множитель на глубину обработки.

Численные значения поправочных множителей найдены по результатам экспериментов. Разработано программное обеспечение интенсивных режимов резания для мягколиственной древесины.

Литература

1. Ивановский В.П. Резание древесины различной плотности [Текст] / Л.Т.Свиридов, В.П. Ивановский -Воронеж: ВГУ, 2005. -200 с.