Теория расчета силовых характеристик механизма термосилового воздействия на поверхность древесных композитных плит Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621

ТЕОРИЯ РАСЧЕТА СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМА ТЕРМОСИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПЛИТ

П. В. Цаплин, С. П. Ереско

Сибирский государственный технологический университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82. E-mail: tsaplin10@mail.ru

Рассматривается методика расчёта физических параметров термопротяжного узла для обработки поверхности древесных композитных плит с целью достижения наиболее выгодных экономических результатов и получения наименьшей шероховатости поверхности таких плит.

Ключевые слова: термосиловое воздействие, древесно-стружечные плиты, тепловая энергия, шероховатость поверхности, суммарная функциональная мощность, трение, окружная скорость.

THEORY CALCULATION OF POWER CHARACTERISTICS OF THE MECHANISM OF THERMAL EFFECTS ON THE SURFACE OF THE WOOD COMPOSITE BOARDS

P. V. Tsaplin, S. P. Eresko

Siberian State Technological University 82, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: tsaplin10@mail.ru

The article deals with the method to calculate the physical parameters of thermosliding assembly to process wood composite plate surfaces in order to achieve the most favorable economic results and obtain the lowest surface roughness of such plates

Keywords: thermopower effect, chipboard, thermal energy, surface roughness, total functional capacity, friction, circular speed.

В последние годы стал актуален вопрос получения древесных плитных изделий для мебельного производства с наименьшими энергозатратами, но при этом более высокого качества. Широко используемые в промышленном производстве в настоящие время шлифовальные ленты для обработки поверхности древесных плит обладают рядом недостатков. К основным можно причислить получение невозвратных отходов, повышенную шероховатость поверхности под ламинирование, высокую потребляемую мощность, крупногабаритность и т. д. Предлагаемый метод термосиловой обработки поверхности плит исключает вышеперечисленные недостатки. Главная особенность предлагаемого метода состоит в организованном резании фрезой для снятия припуска с последующим выглаживанием за счёт сил трения термопротяжным узлом (см. рисунок).

Совместный способ фрезерования и термосилового воздействия на поверхность древесных композитных плит: 1 - винтовая фреза; 2 - термопротяжный узел

Важным аспектом разработки технологии снижения шероховатости методом термосилового воздействия является составление теории расчёта динамических и кинематических характеристик предложенного метода. В процессе термосилового воздействия происходит нагрев поверхности протяжного термосилового механизма от силы трения Б^, сопровождающийся теплопроводностью трущихся тел. Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени представляет температурное поле, которое в общем случае имеет вид

t = f (^ у, z, т), (1)

где t - температура тела; x, у, z - координаты точки; т - время.

Согласно закону сохранения энергии выделенное количество тепловой энергии требуется для нагрева пластины до температуры, необходимой для достижения минимума шероховатости поверхности плиты.

Точки с одинаковой температурой в совокупности образуют изотермическую поверхность. Изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности. Резкое изменение температуры получается в направлении нормали п к изотермической поверхности. Поэтому температурное изменение плиты при термосиловом воздействии можно описать с помощью температурного градиента. Предел отношения изменения температуры Дt к расстоянию между изотермами по нормали Дп называется градиентом температуры:

Решетнеескцие чтения. 2015

, аг

11Ш (—) = — = ягаа г = УГ. (2)

ап ап

Переход трения в теплоту осуществляется суммарной мощностью двигателя (Ждв) в составе следующих компонентов:

^дв ^водила(^резания + ^трения) + ^подачипл^тт^т +

Y резание 1Y трения/ 1Y подачиплиты + ^нагрев пластины + ^хол.ход.

т. е.

где

N = N + N + N + N + N (3)

1Удв 1Урез 1Утр 1Упод 1Унагр 1Ухол.ход- / Nрез Ррез ^окр.фрез.

Сила резания Ррез зависит от глубины резания к, удельного веса плиты у, площади контакта 5, т. е.

Ррез = ку 5. (4)

Линейная окружная скорость - равномерное движение по окружности с постоянной частотой вращения, в технике определяется числом оборотов в минуту, а поэтому

пИп

Ус

30

где R - ралиус фрезы, n - число оборотов. Откуда

hyS nRn

^рез Ррез ^окр.фрез

30

(5)

(6)

где у - удельный вес плиты.

Дифференциал величины БупКпк/ 30 равен произведению постоянной 5улИп /30 на переменную к, тогда

„г ynRnS

dNрез =-ah.

30

(7)

Мгр=

_ [^Мол + 0,5Д1/2(P/Pr)1/4]nRn

30

(10)

Далее дифференцируем как сумму двух пере-

менных:

P

ОРмол + d 0,5 Д1/2 (— )1/4 = ОРмол + / х '/2 а- 'ОД х

Pr

( P )i/4 + /Д1/2 х 1/4 ( P ) -3/4d( P ) (11) P P P

r r r

Код = V^const) (Ррез + Ртр) =

= ^ол (yhS + Рмол+ Рдеф). (12)

Расчёт мощности на нагрев пластины:

М,аг = Q =qs, (13)

где Q - тепловой поток, q - удельное значение теплового потока, S - площадь пластины (const)

dN^ = Sdq,

Nхолход lU,

(14)

(15)

где I - сила переменного тока в цепи, и - напряжение на контакте

О^олход= Udl + IdU.

Nтр равен произведению РГр на окружную линейную скорость, т. е.

Nтр = Ртр^окр. (8)

Общая сумма внешнего трения равна сумме двух составляющих Рмол и Рдеф, в которой Рдеф для заданной шероховатости и удельной нагрузки равна

Рдеф = 0,5Д1/2 (Р/Рг) (9)

где Р - удельная нагрузка; Рг - фактическое нормальное давление на контакт. Отсюда

(16)

Общий дифференциал мощности двигателя (dNю) равен сумме дифференциалов мощностей резания, трения, подачи, нагрева, холостого хода. Суммарная функциональная мощность двигателя зависит от переменных: глубины резания (к), молекулярной составляющей силы трения (Рмол), неровности контактирующих поверхностей (Д), нагрузки и давления на контакте (Р, Рг), теплового потока (0, силы тока (I) и напряжения на контакте (и). Механическая и электрическая энергия, таким образом, переходят в теплоту, изменяя параметры шероховатости пласти плиты в процессе её механической обработки.

Технология обработки ДСтП методом синтеза калибрования двухподвижной винтовой фрезой (для снятия припуска изделия) и термосилового воздействия с последующим выглаживанием термопротяжной пластиной, установленной на одной оси с фрезой, является ресурсосберегающей.

Предлагаемый способ заключается в замене шлифования направленным организованным узлом резания, чем достигается качество, безотходность и по-вторность использования оборудование.

В процессе обработки поверхности плит как резанием, так и термосиловым воздействием происходит контакт между поверхностями плиты и обрабатываемого органа. В связи этим происходит износ как режущего инструмента, так и термопротяжного органа. Интенсивность изнашивания зависит не только от усилия прижима термопротяжного органа, но и во многом зависит как от продолжительности времени работы обрабатываемого инструмента, так и от кинематических параметров работы станка, а именно: скорости подачи плиты, окружной скорости калибро-вально-термопротяжного узла.

Выводы

1. Предложен способ обработки поверхности древесных композитных плит, физический принцип которого основан на термосиловом воздействии обрабатывающего инструмента.

2. Проведены расчёты силовых и кинематических характеристик обрабатывающего инструмента на основе физических законов.

3. Определена зависимость суммарной функциональной мощности силовой установки привода термопротяжного механизма для дальнейшего экономического обоснования предложенного способа.

Библиографические ссылки

1. Кутуков Л. Г., Зотов Г. А. Шлифовальные станки для обработки древесины. М. : Лесная. промышленность, 1983. 80 с.

2. Михеев М. А., Михеев И. М. Основы теплопередачи. М. : Энергия, 1977. 344 с.

3. Патент РФ № 2313450 С1. Способ снижения шероховатости и разнотолщинности древесностружечных плит устройство для его осуществления / Сиб. гос. технол. ун-т ; А. Г. Ермолович, К. А. Ермо-лович, В. В. Ромашенко. Заявл. 29.06.2006, № 2006123154/12 ; Опубл. в Б. И., 2007. № 36. МПК В 27М 1/02.

4. Патент РФ № 2376131. Способ фрезерования древесных материалов / Сиб. гос. технол. ун-т ; А. Г. Ермолович, В. В. Ромашенко, П. В. Цаплин, П. С. Шастовский; заявл. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), опубл. в Б. И. 2009. № 15. МПК В 27G 1/02 (2006.01).

5. Синайлов В. А. Тепловые процессы при шлифовании и управлении качеством поверхности. М. : Машиностроение, 1978. 167 с.

References

1. Kutukov L. G., Zotov G. A. SHlifoval'nye stanki dlya obrabotki drevesiny. M. : Lesnaya. promyshlennost', 1983. 80 s.

2. Miheev M. A., Miheev I. M. Osnovy teploperedachi. M. : Energiya, 1977. 344 s.

3. Patent RF № 2313450 S1. Sposob snizheniya sherohovatosti i raznotolshchinnosti drevesnostru-zhechnyh plit ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya : Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet /

A. G. Ermolovich, K. A. Ermolovich, V. V. Romashenko. Zayavl. 29.06.2006, № 2006123154/12; Opubl. v B. I., 2007, № 36. MPK V 27M 1/02.

4. Patent RF № 2376131. Sposob frezerovaniya drevesnyh materialov : Sibirskij gosudarstvennyj tekhnologicheskij universitet / A. G. Ermolovich, V. V. Romashenko, P. V. Caplin, P. S. Shastovskij, zayavl. 07.04.2008, № 2008113536/02 (014698), opubl. v

B. I., 2009 № 15 MPK V 27G 1/02 (2006.01).

5. Sinajlov V. A. Teplovye processy pri shlifovanii i upravlenii kachestvom poverhnosti. M. : Mashinostroenie, 1978, 167 s.

© Цаплин П. В., Ереско С. П., 2015

УДК 621

МЕХАНИКА ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТНЫХ

ПЛИТ РЕЗАНИЕМ

П. С. Шастовский, С. П. Ереско

Сибирский государственный технологический университет Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 82 E-mail: shastovsky@mail.ru

Рассматривается механика процесса обработки поверхности древесных композитных плит цилиндрическими фрезами с целью достижения наиболее выгодных экономических результатов.

Ключевые слова: механика резания, древесно-стружечные плиты, цилиндрические фрезы, шероховатость поверхности, процесс стружкообразования, скорость резания, угловая скорость.

MECHANICS OF WOOD PROCESSING CUTTING BOARDS COMPOSITE

P. S. Shastovsky, S. P. Eresko

Siberian State Technological University

82, Mira Av., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation. E-mail: shastovsky@mail.ru

The article deals with the mechanics ofprocessing a surface of wood composite panels by cylindrical mills, in order to achieve the most favorable economic results.

Keywords: mechanical cutting chipboard, cylindrical milling, surface roughness, the process of chip formation, the cutting speed, the angular velocity.

В процессе изготовления древесно-стружечных плит плоские древесные частицы ориентируются параллельно плоскости получаемой плиты. Такова особенность строения, и благодаря своей структуре ДСтП является поперечно-изотропным материалом. Это означает, что все направления на плоскости листа равноценны в отношении свойств материала, а анизотропия материала определяется только различием

между его свойствами в плоскости листа и в направлении, перпендикулярном плоскости листа.

В процессе резания из-за хаотического расположения частиц в плоскости плиты и их относительно небольшой по сравнению с размерами обработки величины режущая кромка одновременно перерезает несколько древесных частиц в различных направлениях, а также слои связующего. Совокупность этих