CC BY
27
УДК 674.05:674.025
О ПОДАЧЕ РЕЗЦА ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПНЯ В.В. Цыплаков, Р.А. Рыхлов
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Дано обоснование величины подачи на резец при фрезеровании (сверлении) пня и приводится описание лабораторно-полевой установки, на которой изучались режимы резания древесины (пня) вдоль волокон различных древесных пород.
Ключевые слова: фрезерование пня, величина подачи на резец, лабораторно-полевая установка, режимы резания, древесина.
Лесные культуры на вырубках создаются с обработкой и без обработки почвы [1]. Осуществление указанных направлений связано с решением проблемы пня на вырубках. В одном случае его корчуют, фрезеруют, срезают бензомоторными пилами (понижая высоту), объезжают; в другом - производят в него посев (посадку) культурных растений [2, 3].
В последнее время наиболее широкое распространение решения проблемы пня получает механическое его измельчение -фрезерование до поверхности почвы или сквозное сверление с последующей посадкой (посевом) растений в подготовленное отверстие (шурф).
Рис. 1. Сквозное отверстие в пне с его торца
Одним из главных рабочих органов машин для механического измельчения
пня является резец. Обоснование его конструктивных, кинематических и техноло-
гических параметров для различных пород - это одна из главных задач исследователей и конструкторов подобных машин. Отметим принципиальное положение, которое положено нами в основу обоснования рабочего органа - это фрезерование (сверление) пня осуществляется с его торца, с подачей с резца вдоль волокон. Указанный подход к процессу фрезерования пня отличается от принципа, заложенного в конструкцию машины МУП-4, у которой рабочий орган - фреза, выполнена в форме усеченного конуса, на образующей поверхности которого и на нижнем основании размещаются подрезные и скалывающие ножи. Фреза подводится к пню сбоку, на высоте не более 5 см от уровня почвы [4]. Не касаясь многочисленных недостатков машины (необходимо отметить, что на основе их анализа совершенствуются и разрабатываются новые рабочие органы и машины) отметим только два:
- при боковом фрезеровании пня лезвие резца и значительно быстрее затупляется от постоянного контакта с мелкоземом, песком, находящихся в трещинах коры;
- постоянная ассиметричная нагрузка на режущие элементы вызывает увеличение конструктивных параметров, как рабо-
чего органа, так и вспомогательных узлов машины (например, стрелы), способствует возникновению производственного шума, вибрации и т.п.
Фрезерование (сверление) пня с его торца, исключает вышеперечисленные недостатки; режущие элементы равномерно, относительно оси вращения, нагружены и практически не считая той пыли, которая может находиться на его торцевой поверхности, осуществляют резание чистой древесины.
Известно, что при сверлении вдоль волокон главные кромки сверла осуществляют или торцевое резание или торцово-продольное. Причем второе направление резания значительно легче, чем торцовое [5]. Поэтому при фрезеровании (сверлении) пня должно преобладать торцово-продольное резание. С учетом этих посылок, подача на один резец нами определялась для торцово-продольного резания на лабораторно-полевой установке изображенной на рис. 2. Она состоит из сверлильного (фрезерного) устройства 1, смонтированного на транспортной тележке 2, перемещаемой по двум направляющим 3 гидроцилиндром двухстороннего действия 4, дросселирующе-предохранительного устройства 5.
Рис. 2. Общий вид лабораторно-полевой установки
Давление рабочей жидкости (масла) на поршень гидроцилиндра устанавливается по показанию манометра 6. Транспорт-но-энергетическим средством является самоходное шасси Т-16М, на брусьях которой монтировалась лабораторно-полевая установка. Привод сверлильной головки осуществляется от вала отбора мощности Т-16М. Изменение величины С достигается с помощью дросселирующе-предохранительного устройства путем изменения давления рабочей жидкости на поршень гидроцилиндра.
Дросселирующе-предохранительное устройство (рис. 3) состоит из предохранительного клапана 1 шарикового типа непосредственного действия с наружной регулировкой марки 34-9-15Е и 34-9-16Д,
дросселирующего клапана 2, тройника 3 и манометра 4.
Дросселирующе-предохранительное устройство устанавливается после гидрораспределителя самоходного шасси Т-16М между сливной и нагнетательной** магистралями трубопроводов гидросистемы. Корпус предохранительного клапана, отлитый из ковкого чугуна, имеет две пары противоположно направленных штуцеров со сквозными каналами. Верхними штуцерами клапан установлен в сливную магистраль, нижними - в нагнетательную. На одном из нижних штуцеров монтируется дросселирующий клапан 2, к корпусу которого с другой стороны через тройник 3 подсоединяется маслопровод от гидроцилиндра и манометр 4. Отметим, что предо-
хранительный клапан непосредственного действия регулируется на давление (максимальное) открытия на 50-2 кгс/см2 и
подробное его описание приводится в работе [6].
Дросселирование рабочей жидкости в гидроцилиндр осуществляется с помощью дросселирующего клапана 2 (рис. 4), в корпусе которого имеются две полости А
и Б, разделенные между собой перегородкой 5 со сквозными отверстиями 6. В центральное отверстие перегородки вставляется шток 7 тарельчатого клапана 8. Между нижним основанием тарельчатого клапана и перегородкой на штоке располагается пружина 9, которая постоянно прижимает клапан 8 к поверхности штуцера тройника 3.
Рис. 3. Дросселирующе-предохранительное устройство
Тарельчатый клапан имеет сквозное осевое отверстие, через которое рабочая жидкость нагнетается в гидроцилиндр. Изменение количества подаваемой жидко-
сти в единицу времени (при одном и том же давлении) достигается путем установки клапанов с различным диаметром сквозного отверстия.
Рис. 4. Дросселирующий клапан
В исследованиях использовались клапаны с диаметром сквозных осевых отверстий 1, 2, 3, 4 мм. Частота вращения сверлильной головки и давление рабочей жидкости на поршень гидроцилиндра в каждом варианте опыта фиксировались.
Применение дросселирующе-
предохранительного устройства позволяет варьировать скорость опускания сверлильной головки и сравнительно быстро осуществлять ее подъем, тем самым повысить ее производительность. Работает устройство следующим образом: от распределителя самоходного шасси Т-16М рабочая жидкость (масло) нагнетается (рис. 3) через нижний штуцер в предохранительный клапан 1, затем в полость Б корпуса дросселирующего клапана 2, из которой через сквозные отверстия 6 (рис. 4) перегородки 5 часть масла поступает в полость А. Совместно с пружиной 9 масло прижимает тарельчатый клапан 8 к внутренней поверхности штуцера тройника 3. Затем рабочая жидкость нагнетается в надпоршне-вую полость гидроцилиндра, заставляя вы-
двигаться шток гидроцилиндра и опускать транспортную тележку, которая шарнирно связана цилиндром. Избыток рабочей жидкости в нагнетательной магистрали перепускается через шариковый предохранительный клапан в сливную магистраль. Сюда же поступает масло из нижней (под-поршневой) полости гидроцилиндра. С помощью отвертки осуществляется наружная регулировка предохранительного клапана, т. е. имеется возможность изменять давление рабочей жидкости в нагнетательной магистрали.
При переводе сверлильного устройства из рабочего положения в транспортное, сливная магистраль дросселирующе-предохранительного устройства работает в режиме нагнетания. Рабочая жидкость за счет большего сечения верхней полости (в ней отсутствуют какие либо препятствия) предохранительного клапана в большем количестве (в единицу времени) поступает в подпоршневое пространство гидроцилиндра и в результате осуществляется более быстрый подъем транспортной тележки со сверлильным устройством.
Масло, находящееся в гидроцилиндре над поршневым пространством, через тройник давит на верхнее основание тарельчатого клапана, сжимает пружину, заполняет полость А и через отверстия в перегородке перераспределяется в полость Б, а затем идет на слив. Часть рабочей жидкости поступает в полость Б через сквозное осевое отверстие тарельчатого клапана и штока.
Изучение режимов работы сверлильного рабочего органа (с симметричным расположением режущих кромок) проводилась на пнях таких пород как дуб че-решчатый Quercus robur L. (основная лесо-образующая порода в степной и лесостепной зонах Поволжья), береза повислая Be-tula pendula Roth, липа мелколистная Tillia cordata Mill, сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., тополь дрожащий (осина) Popu-lus tremula L., т.е. на пнях тех древесных пород, которые наиболее часто встречаются в указанных лесорастительных зонах.
Рассматриваемые древесные породы с позиции резания древесины их можно разделить на четыре группы по критерию коэффициенту an, учитывающему изменение удельного сопротивления резанию К, как это предлагается в работе [7]. В первую группу (от нее идет отсчет) включается сосна обыкновенная: an=1. Во вторую - липа мелколистная и тополь дрожащий (осина), an=0,8; в третью - береза повислая, an= 1,1-
1,2 и в четвертую - дуб черешчатый, ап=1,6-
1,7.
Исследования показали, что максимально допустимая величина С при сверлении (фрезеровании) пня вдоль волокон составляет 5...6 мм (рис. 5). Отметим, что длина режущей кромки сверла составляла 80 мм и в образцах стружки ее ширина находится тоже в пределах 60.80 мм (рис. 6). Таким образом, стружка при указанной подаче резца практически не разрушается по его длине. При этом было установлено, что при постоянных кинематических режимах работы сверлильно-фрезерной головки величина С постоянна и не зависит от обрабатываемой древесной породы (дуб черешчатый или липа мелколистная). Вид древесной породы влияет только на энергетику процесса сверления (фрезерования), т.е. величина С должна согласовываться с тягово-энергетическими возможностями средства, конструктивными и кинематическими параметрами резца. Поэтому обоснование конструктивных кинематических и технологических параметров и режимов работы машины для фрезерования пня, а также подбор трактора следует проводить для дуба черешчатого как породе, имеющей (из рассматриваемых) наибольшее значение ап.
Рис. 5. Образцы древесной стружки различных пород с определением величины С
а б в
а - дуб черешчатый; б - береза повислая; в - липа мелколистная Рис. 6. Образцы древесной стружки различных пород с определением длины и ширины
стружки
Известно, что величина С при сверлении, фрезеровании на деревообрабатывающих станках не превышает 2 мм, и только при рубке щепы толщина стружки е (е£С) достигает 25 мм [5]. Однако, фрезерование преследует цель и чистовой обработки детали, так же между прочим как и в сверлении. Поэтому при измельчении (фрезеровании) пня или же его сквозном сверлении (шурфообразовании) целесооб-
разнее принимать величину С >>2 мм, то есть стремиться к режиму рубки щепы, согласовывая с конструктивными параметрами фрезерного (сверлильного) рабочего органа машины и энергетическими возможностями тяговой машины. Обоснование времени фрезеровании или сквозного его сверления, следует проводить от значения величины С и высоты пня.
Рис. 7. Всходы дуба черешчатого в пне
Библиографический список
1. Цыплаков В.В. Технологические схемы и комплекс машин для создания культур на дубовых вырубках без корчевки пней // Лесное хозяйство, лесомелиорация и охрана природы: сб. научных работ / Саратовский СХИ. Саратов, 1993. С.110-120.
2. Цыплаков В. В. О новом направлении в технологии лесовосстановление // Лесоводство и защитное лесоразведение в Поволжъе: сб. научных работ / Саратовский СХИ. Саратов, 1990. С. 54-60.
3. А. с. СССР №1515411 кл. А 01 О 23/00 Способ выращивания лесных культур / В.В. Цыплаков, О.Е. Федоров, Ю.М. Гришин (СССР). «ДСП» Открытая публи-
кация запрещена. (Реш. ВНИИГПЭ от 30.08.1988.).
4. Механизация лесного хозяйства и лесозаготовок: учебник / Г.А. Ларюхин и др. Издание второе, переработанное. М.: Лесн. пром-сть, 1980. С. 121-132.
5. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины: учеб. пособие для вузов / Минск: "Вышейшая школа", 1975. 304 с.
6. Румянцев Е.К. Гидравлические системы зерноуборочных комбайнов: учеб. пособие / М.: Колос, 1975. 304 с.
7. Технология и машины лесосечных и лесоскладских работ: учеб. пособие для вузов / К.Ф. Гороховский и др. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 384 с.
* Сверление - разновидность фрезерования (торцевого или торцово-конического), когда движение подачи и главное движение осуществляется самим инструментом и направлено параллельно оси вращения инструмента.
** Сливная и нагнетательная магистраль при опускании и подъеме сверлильного (фрезерного) устройства попеременно меняются своими функциями.
