CC BY
17УДК 630.822
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЦЕПНОГО РЕЖУЩЕГО ОРГАНА ПРИ ПИЛЕНИИ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ТЕПЛОВОЙ СПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕТА
М. Ю. Геваргис, С. Н. Долматов, А. В. Никончук
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: gevargism@mail.ru
Приведен анализ исследований и публикаций в области измерения температуры при резании древесины. Были выбраны методика и средства измерительного контроля температуры рабочего режущего органа при резании древесины цепным режущим органом.
Ключевые слова: измерение температуры, резание древесины, цепное пиление.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF WORK OF THE CHAIN CUTTING BODY AT THE SAWING OF WOOD MATERIALS BASED ON THE ANALYSIS OF THERMAL ABILITY OF THE TOOL
M. Yu. Gevargis, S. N. Dolmatov, A. V. Nikonchuk
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: gevargism@mail.ru
This work reviews research and publications in the field of temperature measurement when cutting wood. The researchers select method and means for measuring the temperature control of the cutting working body when cutting wood cutting chain on.
Keywords: temperature measurement, wood cutting, chain sawing.
Основной вид обработки древесины и древесных материалов - это пиление. Пилы, применяемые при резании древесины, разделяются на следующие виды: круглые, ленточные, прямые (рамные) и цепные. В процессе пиления древесины режущие органы испытывают значительные нагрузки, вследствие интенсивного трения происходит нагрев режущих элементов, что оказывает существенное влияние на характер взаимодействия элементов зуба с древесными частицами.
Значительный нагрев элементов цепного режущего органа существенно снижает стойкость зуба, ведет к интенсивному термоабразивному износу. Расширение металла элементов цепи при нагреве в процессе пиления приводит к уменьшению зазоров в элементах цепной пилы. Это приводит к снижению подвижности соединения звеньев и ухудшает режим работы зубьев в пропиле. Различные ученые в данной области, в основном, проводили исследования по устанавливанию режимов пиления круглыми пилами. В области пиления цепными пилами объем исследований недостаточен. Режим пиления - это скорость цепи и усилие надвигания, подача на зуб и многое другое. У всех этих параметрах режима пиления, существует ряд определенных ограничений, в том числе и температурные.
Цель исследований: повышение эффективности процесса пиления древесины цепными пилами на основе температурной устойчивости элементов цепи.
Для достижения цели исследования предстоит решить следующие задачи:
1. Провести анализ исследований и публикаций в области измерения температуры при резании древесины.
2. Выбрать методы и средства измерительного контроля температуры при резании древесины цепным режущим органом.
3. Разработать методику и средства реализации экспериментальных исследований по изучению температурных явлений в очаге деформации древесных материалов элементами цепной пилы в процессе пиления.
Как правило, исследователи для обобщения влияния условий резания на силы резания, характеристики изнашивания и износостойкости режущих инструментов используют температуру резания, определяемую экспериментально, как среднюю температуру контакта режущего лезвия со стружкой и деталью [1]. Но для решения многих практических задач необходимо знать распределение температуры по передней и задней поверхностям режущего инструмента.
Изучением влияния температуры на процесс резания занимались многие ученые. Так или иначе затрагивали данную тему: Резников А. Н. [2], Да-ниелян А. М. [3], Лоладзе Т. Н. [4], Зорев Н. Н. [5], Полетика М. Ф. [6], Утешев М. Х. [7], Кушнер В. С. [8] и многие другие. По мнению многих авторов, температура является основной характеристикой процесса
Решетневские чтения. 2017
резания. Так, Зорев Н. Н. в работе [5] считает температуру резания «комплексной обобщающей характеристикой, отражающей деформационные процессы в зоне резания» и считает температуру резания основным фактором, определяющим условия трения на рабочих поверхностях инструмента, так как все внешние факторы влияют на трение постольку, поскольку они изменяют температуру резания. Грановский Г. И. [9] считает, что «распределение температуры на рабочих поверхностях является одной из важнейших характеристик условий работы и оказывает существенное влияние на закономерности изнашивания этих поверхностей». Кушнер В. С. [8] называет температуру, возникающую на поверхностях инструментов, величиной, определяющей работоспособность инструмента и ограничивающей производительность обработки. Автор считает, что для повышения точности производимых расчетов необходимо учитывать ширину зоны стружкообразования с параллельными границами, а также наличие контактной зоны пластических деформаций на передней поверхности.
Несмотря на достигнутые успехи в аналитических расчетах температуры при резании и управлении тепловыми потоками, никто из перечисленных авторов не уделил достаточно внимания изучению температуры резания древесины.
Методы измерения температуры резания можно выделить на две группы: косвенные и прямые.
К первой группе относятся методы, с помощью которых дают оценку температуры: по цветам побежалости стружки; с помощью термокрасок, меняющих цвет в зависимости от температуры; путем измерения инфракрасного излучения наружной поверхности стружки фотоэлектрическими датчиками и радиационными пирометрами; путем измерения микротвёрдости зоны термических превращений в режущем инструменте, происходящих под воздействием высоких температур.
Ко второй группе относятся методы, основывающиеся на использовании температурных датчиков. Прямые методы, в свою очередь, подразделяются на контактные и бесконтактные.
Контактные методы измерения температуры - это те, в которых между датчиком температуры и объектом измерения имеется непосредственный контакт, используются термометры, термоиндикаторы и термопары. К бесконтактным, относятся методы, при которых датчики измерительных устройств находятся на некотором удалении от объекта, температура которого подлежит определению, применяются радиационные и другие устройства, оптические, акустические и пневматические датчики.
Общими недостатками этих методов является:
1. Значительные погрешности измерения, зависящие от большого числа факторов;
2. Необходимость тщательной подготовки экспериментов по определению температуры в зоне резания со значительными затратами времени на их подготовку, тарирования и проведение экспериментов;
3. Возможность получения температуры только в определенной зоне. Температура может быть изме-
рена лишь в непосредственной близости к ней и из-за наличия значительных градиентов температуры, такой способ дает заниженные значения температуры.
В частности, когда необходимо определить температуру не в отдельной точке, а ее распределение по поверхности для установления участков с большим градиентом температуры, термометры термоэлектрические и сопротивления непригодны. Для этих целей наиболее применимы безконтактные методы измерения температуры.
Выводы и обсуждение:
1. Несмотря на успехи исследователей в аналитических расчетах температуры при резании материалов, не было уделено достаточного внимания изучению температуры, возникающей в контактном поле действия пильных аппаратов в процессе резания древесины.
2. В настоящее время для измерения температуры резания применяются: пирометры и тепловизоры. Применение пирометров, так же, как и искусственных термопар позволяет получить данные о температуре в заданной точке имеющей конечный диаметр, который может изменятся в зависимости от модели пирометра. Современные пирометры, как и тепловизоры, обладают существенным преимуществом, определяют в зоне наблюдения самый нагретый участок и измеряют его температуру с большой точностью, поэтому предлагаемый метод измерения температуры позволяет с высокой степенью точности определить температуру в зоне резания.
3. Для уточнения методики и средств реализации экспериментальных исследований по изучению температурных явлений в очаге деформации древесных материалов элементами цепной пилы в процессе пиления, необходимо разработать лабораторный стенд, который позволит достичь поставленной задачи.
Библиографические ссылки
1. Резание науки о резании металлов / В. Ф. Бобров, Г. И. Грановский, Н. Н. Зорев [и др.] ; под ред. д-р техн. наук Н. Н. Зорева. М. : Машиностроение, 1968. 416 с.
2. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М. : Машиностроение, 1981. 279 с.
3. Петрушин С. И., Проскоков А. В. Стружкообра-зование с развитой зоной пластических деформаций при резании материалов // Известия Томского политехнического университета. 2009 Т. 314, № 2. С. 57-62.
4. Лоладзе Т. Н. Стружкообразование при резании металлов. М. : Машгиз, 1952. 200 с.
5. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М. : Машгиз, 1956. 368 с
6. Полетика М. Ф., Красильников В. А. Напряжения и температура на передней поверхности резца при высоких скоростях резания // Вестник машиностроения. 1973. № 10. С. 76-80.
7. Утешев М. Х. Разработка научных основ расчета прочности режущей части инструмента по контактным напряжениям с целью повышения его работоспо-
собности : дис. ... д-ра техн. наук : 05.03.01, 01.02.06. Томск, 1995. 663 с.
8. Васин С. А., Верещака А. С., Кушнер В. С. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании : учебник для техн. вузов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 448 с.
9. Грановский Г. И. Кинематика резания. М. : Машгиз, 1948. 200 с.
References
1. Cutting of the science of cutting metals / V. F. Bo-brov, G. I. Granovskii, N. N. Zorev [et al.] ; Under the editorship of Dr. sci. Sciences N. Zoreva. M. : Mashinos-troenie, 1968. 416 p.
2. Reznikov A. N. Thermophysics of machining materials. M. : Mashinostroenie, 1981. 279 р.
3. Petrushin S. I., Skips V. A. chip Formation with the developed area satisfy-ing deformation during cutting of materials // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. 2009 T. 314, № 2. Р. 57-62.
4. Loladze Tn. Chip formation when cutting metals. M. : Mashgiz, 1952. 200 p.
5. Zorev N. N. Problems of mechanics of cutting process of metals. M. : Mashgiz, 1956. 368 р.
6. Poletyka M. F., Krasilnikov V. A. Voltage and temperature on the front the surface of the cutter at high speeds // the mechanical engineering Bulletin. 1973. № 10. P. 76-80.
7. Uteshev M. H. Development of scientific bases of calculation of durability of the cutting tool by the contact stress with the aim of increasing its efficiency : Diss. doctor. tech. Sciences: 05.03.01, 01.02.06. Tomsk, 1995. 663 с.
8. Vasin S. A., Vereshchaka A. S., Kushner, V. S. Cutting of materials: thermo-Mechanical approach to the system of linkages in the cutting process : the Textbook for technical.universities. M. : Izd-vo MGTU im. N. Uh. Bauman, 2001. 448 р.
9. Granovskii G. I. The Kinematics of cutting. M. : Mashgiz, 1948. 200 c.
© Геваргис М. Ю., Долматов С. Н., Никончук А. В., 2017
