CC BY
33
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДИК РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОКОРКИ РЕЖУЩИМ ИНСТРУМЕНТОМ И ПУТИ ИХ
УТОЧНЕНИЯ
Газизов А.М., Шапиро В.Я., Григорьев И.В.
(СПб ГЛТА, г. Санкт-Петербург, РФ)
Assay values of modern design procedures of key parameters of removal of a bark are resulted by an edge tool, their refinement are proved.
Рассмотрим процесс окорки цилиндрической или конической фрезой, ось которой перпендикулярна оси ротора, а глубина резания зависит от величины выпуска ножей над поверхностью фрезы. Принципиальная схема расчета глубины резания [1] приведена на рис. 1 где приняты следующие обозначения: прямая А - след ножа фрезы в поперечном сечении бревна; В - след следующего ножа, в момент когда ротор станка повернется на угол фф, точка М - точка касания фрезы поверхности бревна с момента прохода первого ножа до второго; hф - величина выпуска ножей над поверхностью фрезы, определяющая максимальную толщину стружки; he: - толщина слоя коры, срезаемого фрезой за один проход; - сила окорки при резании.
4
М\ Xх ** hf
-
А 1/ f V
кф
Рисунок 1 - Схема для расчета при фрезерной окорке: 1 - кора; 2 - древесина; 3 - срезаемый слой; 4 - нож фрезы
Величина угла фф устанавливается в зависимости от кинематических параметров станка - угловыми скоростями вращения фрезы щ, рад/с и ротора юр, рад/с с учетом количества ножей пп на одной фрезе:
2 71Ю
В зависимости от соотношений геометрических параметров окорки - диаметра бревна dб и конструктивных параметров фрезы - величины выпуска ножей hф, устанавливаются ограничения на величину угла фф, в результате чего представляется возможным оценить размер толщины слоя коры
Так если соэ <
1-2/г
>
ф
то Ьс=кф. Этот случай соответствует состоянию
процесса окорки, когда точка М не лежит на следе предшествующего ножа. В противном случае величина срезаемого слоя определяется по формуле:
Н = 0,5
й 6+ кф -
2 4У ьт2 (рр
кФ л _;„ 2 ,
А*ш\<р 12)
Анализ зависимости (2) свидетельствует о том, что при определении величины Ис учитываются только конструктивные и кинематические особенности режима фрезерования, тогда как материал коры, ее структура и способность сопротивляться механическому воздействию резания не нашли должного отражения.
Вместе с тем, величина Ис является одним из основных параметров, определяющих необходимую силу ¥ф для качественной фрезерной окорки бревна.
Основываясь на методических подходах [2] для оценки средней силы окорки, определим значение ¥ф для снятия переменного слоя коры на глубину К:
и V
ж
рф=-
й6 -
¡О 2
Н
п„
(3)
где Оф - удельное сопротивление окорки, Па, которое слабо зависит от толщины коры и является свойством ее материала; ип - скорость подачи бревна, м/с; ус -скорость резания фрезами, м/с, зависящая от среднего диаметра фрезы dф в зоне контакта площадью Ал с лесоматериалом и числа пф оборотов фрезы. Таким об-
разом
К =
60
об/мин.
В качестве Оф в зависимости от технологии фрезерования и типа станков принимают различные прочностные характеристики на резание. При этом необходимо учитывать различие в сопротивлении материала при резании вдоль и поперек волокон. В частности, при влажности ели 190% это различие достигает соотношения 1:7. При продольно-фрезерной технологии максимальное качество окоренной поверхности обеспечивается в том случае, когда кора срезается в направлении, продольном к волокнам древесины.
При уменьшении скорости ип ширина полосы фрезерования сужается, уменьшается площадь контакта Дя и производительность станка падает. С ростом ип качество окорки растет, но до определенного предела, поскольку на предельных скоростях подачи на поверхности бревна появляются микронеровности в виде кинематических волн, параметры которых - длина и высота - являются одними из основных критериев качества продукции. Величина скорости продольной подачи должна быть одного порядка с величиной скорости ус.
Отличительной особенностью соотношения (3) является то, что в нем представлены характеристики среды не только в виде переменной величины Кс (0<Ис<Ик), но и предела прочности Оф, причем этот показатель существенно от-
личается как для каждого слоя коры так и при сравнении коры как единого целого с древесиной. При этом необходимо учитывать, что величина Оф для древесины различных деревьев слабо зависит от температуры среды и укладывается в диапазон значений 30-35 МПа, тогда как для коры этот диапазон существенно шире (3,4-11,2 МПа) и для некоторых деревьев температура среды является существенным фактором [2]. На рис. 2 представлена зависимость величины аф, МПа от температуры среды для коры лиственницы.
.1.ПЫ
I-1-1-1-1-1-Ч-—
Т. С -30 -25 -20 -15 -10 -5 О
Рисунок 2 - Зависимость предела прочности на перерезание от температуры среды
Определим значение силы ¥ф по достижении Ис значения Ик, причем для предварительных оценок в качестве Оф примем величину предела прочности лесоматериала на перерезание [2], которую при расчетах уменьшим в 6-7 раз. Более детальный учет сопротивления материала при резании вдоль и поперек волокон необходим при разработке адекватной математической модели фрезерной окорки. Исходные данные для расчета ¥ф при постоянных пп=4; dб=0,4 м и
= 0,5 приведены в таблице 1 и соответствуют температуре окружающей среды Т=-5 оС.
Таблица 1
Показатели Сосна Береза Ель Осина Лиственница
Ик, мм 14 12 8 13 29
оф, МПа 3,85 4,87 4,99 5,3 9,0
На рис. 3 представлена графическая зависимость величины силы ¥ф от ширины коры Ик, которая с коэффициентом детерминации Я % 1 свидетельствует о параболическом характере их связи. Сравнение этой силы ¥ф с силой окорки Рт при роторной технологии свидетельствует о возможности создания общего подхода к оценке разрушающих напряжений в коре.
В этой связи, необходимо дополнить рассмотрение механизма окорки вве-
-рФ
дением величины напряжении <у , = у^, возникающих в массиве коры при
фрезеровании. Площадь контакта Дя определяется эмпирическим путем для конкретных технологических условий. При инженерных расчетах рекомендовано использовать еще один критерий - величину удельной силы окорки Руд = аф^к , кН/м, обобщающий показатель сопротивления материала при разрушении его на полную глубину. На рис. 4 этот показатель представлен для коры пяти видов деревьев.
гф. кН
О 10 20 30 К- мм
Рисунок 3 - Зависимость силы окорки от ширины коры
Рисунок 4 - Удельная сила окорки: 1 - сосна; 2 - береза; 3 - ель; 4 - осина; 5 - лиственница
При роторной окорке для пород хвойных и лиственных деревьев в летних и зимних условиях наиболее характерный диапазон изменения удельной силы прижима составляет 8-40 кН/м. Этот результат коррелирует с данными рис. 4, то есть, в различных механизмах окорки заложены определенные единые принципы, установление закономерностей которых позволит выработать общий ме-
тодический подход для оптимизации технологических параметров при заданных критериях качества окорки.
Литература
1. Бойков С.П. Теория процессов очистки древесины от коры.-Л.: Изд-во ЛГУ, 1980.152 с.
2. Симонов М.Н., Югов В.Г. Окорка древесины- М.: Лесная промышленность, 1972.128 с.
