автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров универсального инструмента для круглогодовой окорки на роторных станках без предварительной тепловой подготовки лесоматериалов

ВВЕДЕНИЕ.*

I; СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Обзор способов окорки.

1.2. Исследования процесса окорки скребковым инструментш

1.3. Исследования процесса окорки ножевом инструментом

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЖСЩДОВАНШ ПЕТЛЕВЫХ КОРОСНИМАТЕЛЕЙ,

КАК ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ КРУГЛОГОДОВОЙ ОКОРКИ.

2.1. Общие положения. Задачи исследования.

2.2* Обоснование параметров петлевого короснимателя для окорки лесоматериалов в режиме скобления.

2.3. Окорка лесоматериалов петлевыми короснимателями в режиме резания .5?

2.4. Исследование процесса саморазвода петлевых короснимателей

ВЫВОДЫ

3. ЗКСПЕРШЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЩОВАНШ

3.1. Объект и задачи исследований

3.2. Исследования по определению характера распределения глубины окорки .••••••••••.

3.3. Исследование петлевых короснимателей в режиме резания.

3.4. Исследования петлевых короснимателей при работе в скребковом режиме.

3.5. Исследование взаимодействия петлевых короснимателей с остатками сучьев

- 3

3.6. Сравнительный анализ энергозатрат на окорку пиловочного сырья петлевыми и Г-образными короснимателями на станке 0K-63-I .••••.••

ВЫВОда.♦.

4; РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДОСВДОВАНИЙ

5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

ОСНОВНЫЕ вывода И РЕШУВДАЦИИ .•••.•

выводы

По результатам: эксперимзнтальных исследований можно сделать следующие вкводы:

1. Петлевой коросниматель способен производить ошрку влажных лесоматериалов при положительных температурах за счет создания на рабочей кромке стабильного давления порядка 20 кН/м прж окорке березы и 16 кН/м при окорке ели / без учета динамических факторов /, обеспечивающего удаление коры по камбиальному слою без повреждения заболонной древесины на бревнах различного диаметра.

2. Коросниматели обеспечивают устойчивый процесс стружкообразования цри работе в режиш резания, цроизвадя чистую окорку мерзлых лесоматериалов.

3. Усилие окорки увеличивается ■ с возрастанием усилия прижима, угла окорки и подачи за оборот ротора. Наибольшее влияние на усилие окорки оказывает изменение угла окорки.

4. В процессе окорки обеспечивается устойчивая работа подрезающих кромок во всем диапазоне диаметров обрабатываемых бревен.

5. Излучили подтверждение гипотезы о нормальном законе распределения глубины окорки и о независимости последней от диаметра окоряемых бревен при условии: сохранения постоянства угла окорки.

6. Сравнительный анализ энергозатрат на окорку мерзлого пиловочника петлевыми и серийными короснимателями на роторном станке показал, что средняя мощность во всем диапазоне окоряемых диаметров бревен практически одинакова.

7. Усилие при взаимодействии короснимателя с остатками сучьев достигает 90 кН, после чего появляется пластическая деформация соединительных элементов мзжду короснимателем и кронштейном.

- 140

4. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕЩОВАЩЙ

I •

1 <

Петлевые коросниматели в качестве инструмента для круглогодовой окорки лесоматериалов цропшж проверку в производственных условиях на ряде лесозаготовительных предприятий объединения "Свердлеспром", в Тосненском леспромхозе объединения "Ленлес", Ленинградском мачтопропиточном заводе ж в объединении: "ЛИтбумцром*. , При этом использовались коросниматели, изготовленные в эксперимен-талжных мастерских СНШЮ, а также силами механических мастерских лесцромхозов.

В процессе опытной эксплуатации получены результаты, подтверждающие теоретические положения о возможности использования петлевых короснимателей, как: универсального инструмента для окорки, лесоматериалов на роторных станках без предварительной тепловой подготовки. На основе проведенных наблюдений за работой короснимателей выявились два основных направления совершенствования петлевых короснимателей:

- совершенствование инструментов для станка QK-35 / 0К-40 / с целью повышения их эксплуатационной надежности, долговечности;

- создание инструмента для окорки пиловочного сырья и крупномерных лесоматериалов.

Использование петлевых короснимателей на окорке балансов и рудничной стойки показало, шо коросниматели данного типа по своим эксплуатационным и технологическим показателям значительно превосходят серийные серпообразные, особенно цри окорке сухих и мерзлых лесоматериалов. Петлевые коросниматели обеспечивали требуемое качество как при грубой, так и при чистой окорке, зачистку остатков сучьев, возможность сашразвода как при прямом, так и цри обратном цроходе бревна через станок, большую стойкость.

Однако, выявился: и существенный недостаток, который приводил к преждевременным поломкам коро снимагеля. Поломки происходили из-за трещин в теле упругого элемента, о; чем можно было судить по характеру излома. Анализ структуры металла рабочей зоны позволил установить, что причиной появления трещин является наличие функциональных элементов на короснимателе, выполненных из материалов i с различными механическими свойствами. Так:, непосредственно коро-сниматель был выполнен из пружинной стали марок 65Г или 50С2А, ребра саморазвода из стали 3 приваривались к коросниматолю в рабочей зоне, при. этом добавлялся материал электрода ж, наконец,передняя грань наплавлялась твердым сплавом типа "рэлизг". Таким образом, после изготовления короснимателя его конструкция была образована четырьмя структурами с различными механическими характеристиками, которую необходимо было еще и термообработать.

Дальнейшее совершенствование короснимателя пошло по пути сокращения количества структурных элементов в рабочей зоне.

Анализ методов упрочнения рабочих поверхностей режущих инструментов без наплавки твердыми сплавами позволил сделать вывод о целесообразности применения местного борирования, в процессе которого происходит одновремэнно насыщение рабочей поверхности атомами бора в образование закалочной мартенситной структуры в основном металле.

Задачу отказа от приварки ребер сашразвода позволяет решить применение горячей штамповки полосы перед гибкой. Таким образом, в полученном короснимателе, целиком выполненном из пружинной стали в значительной степени уменьшается вероятность- появления термических трещин.

Изготовление опытной тгарпжтг коросншателей на заводе "Иршав-ремстанок" позволило также повысить коэффициент использования

- 142 металла с 0,4 црк изготовлении серповидных короснимаягелей до 0,85 при изготовлении петлевых короснимателей.

Применение петлевых короснимателей на окорочном станке типа ОК-63 при окорке пиловочного сщья в Ексертском ЛПХ СШШО и при окорке энергостолбов в окорочном цехе Ленинградского мачтопропи-точнош завода показало возможность осуществления качественной круглогодовой окорки на станке данного типа. Вместе е тем, часто происходили полешки короснимателей, основными причинами которых стали:

- попадание в рабочую зону короснимателя крупных сучьев црж обработке бревен большого диаметра, что приводило либо к разрушению непосредственно рабочей зоны, либо к разрушению соединения мзжду упругим элементом и кронштейном;

- отсутствие пробуксовки подающих вальцов и значительные размеры короснимателя создавали условия для возникновения в процессов саморазвода чрезшрных напряжений в мвете крепления упругого элемента на кронштейне и цриводшш к разрушению одной из ветвей упругой конструкции.

Поисковые исследования рациональной конструкции короснимателя, проведенные на мачтопропиточном заводе, позволили выявить пути улучшения конструкции петлевого короснимателя для окорки крупномерного леса:

1, Поиск варианта устройства для предохранения рабочей зоны от попадания крупных сучьев,

2, Проведение прочностного анализа конструкции короснимателя.

В качестве устройств для предохранения рабочей зоны от попадания крупных сучьев был: применен гладкий съемник, установленный в рабочей зоне и поднимающий кромку короснимателя при встрече с крупным сучком, а также съемник с нарезанными: на нем зубьями / 39 /, назначение которых щж последовательных проходах разрушить древесину сучка, после чего рабочая кромка срезает его заподлицо с обрабатываемой поверхностью, Коросниматель оснащенный съемниками обоих типов показал свою работоспособность на мерзлых, сухих и свежесрубленных лесоматериалах. При окорке лесоматериалов, поступающих из воды» съемник способствует быстрому забиванию рабочей полости коросниматвля. В этом случае необходимо работать без съемника, производя предварительную зачистку крупных сучьев.

Проведенный прочностной анализ конструкции петлевого коросниматвля / 65 / позволил сделать предложение о применении на станках с жесткой кинематикой подающего механизма и не имеющих реверсивной подачи лесоматериала петлевых короснимателей асиметричной конструкция / 40 /, которая позволяет увеличишь допустимую дефор -мавдю коросниматвля в направлении подачи, вместе с тем, такая конструкция дает возможность короснимателю упруго удлиняться при попадании в рабочую зону сучка, снижая тем самым динамическое действие на инструмент в процессе зачистки сучьев.

Результаты проведенных производственных исследований и; испытаний позволили внедрить, на ряде цредприяий объединения "Свердлес-цром" петлевые коросниматели усовершенствованной конструкции. Так, применение на окорке экспортных балансов в Березовском ЛПХ петлевых короснимателей позволило получить годовой экономический эффект в размере 7100 рублей.

- 144

5. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ. j I

Расчвт производится на основе действующей отраслевой инструкции / 66 / но результатам эксплуатации петлевых короснимателей на окорочном станке ОК-35 для окорки экспортных балансов в Березовском леспромхозе производственного лесозаготовительного объединения "Алапаевсклес" / 67 /.

Применение петлевых короснимателей на окорке экспортных балансов по сравнению: с серийновыпускавмнми серповидными дает следующие преимущества:

- повышение производительности станка за ста сокращения кратности обработки при окорке; в зимнее время на 2С$;

- высвобождение одного рабочего на дообрубке сучьев и на ручной доокорке;

- снижение затрат, связанных с приобретением короснимателей.

По данным Березовского ЛПХ за 1983 год на окорке балансов отработано 1132 мапшно-емвн, прж этом выработка на I станок составила 20,14 м3/см. Количество отработанных смен на одном сганке-- 400.

Цроизводительность станка, оснащзнного петлевыми короснимателями составит:

20,14 xl,2 = 24,16 м3/см

Годовой расход серповидных короснимателей на станок составляет 83 штуки в год. Стоимость одного короснимателя - 7 рублей. Затраты, связанные с расходом короснимателей, составляет 581 руб в год. Годовой расход петлевых короснимателей составляет 41 штуку. К£оме того, для установки: короснимателей на станок необходимо 15 кронштейнов на год. По данным экспериментальных механических мастерских СИПЛО стоимость петлевого короснимателя составляет 8 руб. Стоимость кронштейна - 1,8 руб.

- 145

Затраты, связанные с расходом короснимагселей составят на I станок: !

8 х 41 + 1,8 х 15 = 355 руб/на станок На окорке балансов в Березовском ЛПХ каждый окорочный станок ОК-35 обслуживает 5 человек.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС, М.: Политическая: литература, 1961. - 223 с.

2. Пигилбдин Н.Ф. Окорка лесоматериалов. -М.: Лесная промышленность, 1982. -192 с.

3. Львовский Л.В., Орлов А.Т. Способы окорки ж окорочные станки. /Обзорная информация/. -М.: ЦНИИТЭИлеспром, 1966. -52 с.

4. Бойков С.П. Теория процессов очистки древесины о® коры. -Л.: Ленинградский университет, 1980. -150 с.

5. Косов B.C. Исследование процесса окорки лесоматериалов стальными канатами: Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1978. -19 с.

6. Югов В.Г. Исследование некоторых вопросов окорки древесины гидравлическим способом: Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1965. -21 с.

7. Кислицина Г.Ф. Исследование окорки лесоматериалов импульсными гидравлическими струями: Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1979. 19 с.

8. Лонн К»А. Некоторые вопросы окорки древесины сверхзвуковой воздушной струёй. -В сб.: "Материалы научно-технической конференции /ЛИФ, okt.I969/", Изд.ЛТА, 1969, с.53-68.

9. Мирещкий В.О. Исследование некоторых вопросов окорки древесины электрическими разрядами в жидкости: Автореф. . канд. техн.: наук. -М,. 1969. -23 с.

10. Шварпман Г.М., Верткин Б.Й. Окорка древесины методом термокомцрессии. -Механическая обработка древесины, 1969, №11, с.10-12.

11. Торговников Г.И., Рыбаков Д.М., Югов В.Г. Использование сверхвысокочастотной энергии душ окорки древесины. Тр. /ЦНИИМЭ,1972, вып. 127, с.126-130/.

12. Шубин А.Д. Исследование процесса поперечно-винтовой окорки круглых лесоматериалов тупыми резцами /кулачками/: Дне с. . канд. техн. наук. -Л., ЛТА, 1955. 266 с.

13. Житков А.В. Подготовка древесины к окорке тупыми короснимателями замочкой в воде: Дисс. . канд. техн. наук. -Л., ЛТА, 1958. —168 с.

14. Харитонов В.В. Исследование процесса окорки древесины на станках с тупыми короснимателями: Дисс. канд. техн. наук. -М., ГАИТИ, 1961. -220 с.

15. Фрид Л.Д. Исследование процесса окоркн тупыми короснимателями: Автореф. . канд. техн. наук. -М., 1967. -19 с.

16. Покрышкин О.В. Исследование режимов окорки мерзлой древесины и параметров резца на роторном станке: Автореф. . канд. техн. наук. -Химки, 1970. -20 с.

17. Попеко B.C. Исследование процесса окорки лиственницы 5дшыми короснимателями: Автореф. . канд.техн. наук. -Минск, I97Q, -15 с.

18. Пигильдин Н.Ф. Математическая модель процесса окорки •древесины. Тр. /ЦНИИМЭ, 1972, вып.127, с.97-102/.

19. Пигильдин Н.Ф. Торговников Г.И. Опыт эксплуатации окорочного оборудования. -М. Лесная промышленность, 1979. -136 с.

20. Пигильдин Н.Ф. Оценка некоторых параметров корреляционной функции макронеровностей древеыного ствола. Тр. /ЦНИИМЭ, 1972, вып.124, с.93-96/.

21. Пигильдин Н.Ф. К вопросу об анализе боковой поверхности древесного ствола. Тр. /ЦНИИМЭ, 1970, вып.ПО, с.ПЗ-122.

22. Мехренцев В.А. Исследования процесса продольной окорки круглых лесоматериалов с помощью тупых короснимателей: Дис. .канд. техн. наук. -Свердловск, УЗКИ, 1973. -191 с.

23. Добрачев А.А. Исследования работы ж выбор параметров короснимателей роторных окорочных станков: Дисс. . канд. техн. наук. -Свердловск, УЖИ* 1975. -200 с.

24. Симонов М.Н. Теоретические основы механической окоркж лесоматериалов ж оптимизация параметров гаммы роторных окорочных станков: Автореф. . д-ра техн. наук. -М., 1980, -36 с.

25. Бойков С.П. Исследование процесса окорки лесоматериалов: Дисс. . д-ра техн. наук. -Л., ЛТА, 1980, -331 с.

26. Абрамович А.Д. 0 работе корообдирки завада им.Второй пятилетки. -Бумажная промышленность, 1938, №2, с.8-10.

27. Суяханов П.П. Исследования величины мощности, потребной на резание при поперечно-винтовой механической окорке: Дисс. . канд. техн. наук. -Л», ЛТА, 1938, -389 с.

28. Вильке Г.А. Конструирование ж расчеты окорочных станков. Гослестехиздат, 1938. -168 с.

29. Дроздов Н.С. Иссавдрвание процесса окоркж древесины резанием: Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1958. -17 с.

30. Бойков С.П. Исследование процесса окоркж древесины резанием на роторных станках:. Дисс. канд. техн. наук. ЛТА, 1970,- 164 с.

31. Галеев С.Х. Исследование окоркж круглых лесоматериалов методом резания на роторных станках: Дисс. . канд. техн. наук. -Л., ЛТА,. 1981, -200 с.

32. Мазуркин П.М., Ершов А.Б., Галеев С.Х. К исследованию процесса окорки березовых лесоматериалов сашвращашщмися резцами.

33. Межвуз. сб.научн.тр. Л., ЛТА» 1979, выпг.8 с. 116-119.

34. Симонов М.Н. Исследование цроиэсса окоркж древесины фрезерешением и: определение параметров, влияющих на равномерную работу фрез: Автореф. . канд. техн. наук. -Минск, 1963» -20 с.

35. Симонов М.Н. Расчет ж экспериментальные исследования: параметров фрез для окорки древесины. Тр. /ЩШМЭ, 1965, вып.65, а. 13-47.

36. Гаврилов Ю.С. Исследование цроцесса чистой окоркк экспрр-тных балансов: Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1971. -21 с.

37. Симонов М.Н., Захаров В.Б. Изменение сил сцепления корн с древесиной в зависимости от времен® года. Тр. /ЦНИИМЭ, 1965, вып. 65, о. 3-10.

38. Ч^щинов Б.С. Вода в древесине^ -Новосибирск.: Наука, 1984. -270 с.

39. А. о. 634934 / СССР /. Рабочий орган для окорки бревен / В.А.Мехренцев, А.А.Добрачев. -Опубл. в Б.И., 1978, № 44.

40. А. с. 1009767 / СССР /. Рабочий орган для окорки бревен / А^В.Мехренцев, С .П.Бойков, В.А.Мехренцев, В.И.Слинько. -Опубл. в Б .И», 1983, & 13.

41. Положительное решение на заявку № 3566165/29 от 17 марта 1983 г. Рабочий орган для окорки бревен / А.В.Мехренцев, СЛ.Бой-ков, В.А.Мехренцев, А.И.фуринг В.И.Слинько, Е.И.Басалаев.

42. Анучин Н.П. Лесная1 таксация. -М.: Лесная промышленность, 1977. -612 о.

43. Мехренцев В.А» Режимы работы кольцевых короснимателей на роторных станках 0К-35М. -Механическая обработка древесины. Экспресс-информация. Сверджовск, 1980, вып.2, с. 1-7.

44. Залегаллер Б.Г., Ласточкин П.В. Механизация ж автоматизация работ на лесных складах. -М., Лесная промышленное», 1973, -408 с.

45. Бойков С.П. Окорка лесоматериалов. Лекции, джя студентовлесоинженерного и лесомеханического факультетов, -Л.: РИО ЛЕА, 1975, -79 е.

46. Вентщель Е.С. Теория вероятностей. -М.: Наука, 1969. -567 с.

47. Кулиш В.Г., Коротов С.С. Распределение пиловочных бревен по диаметрам. -Об.научн.трудов. Архангельск, ЦНЙИШД, 1981, с. 10-14.

48. Калитеевский Р.Е. Автоматизация производственных процессов в лесопилении. -М.; Лесная промышленность, 1979. -336 е.

49. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. -М.г Мир, 1982. -235 с.

50. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений. -М.: Наука, 1966, -632 с.

51. Новиков А.Н. Исследование, процесса развода рабочих органов: Дисс. . канд. техн. наук. -Л., ЛГА, 1979. -200 с.

52. Ганжура Л.П. Исследование, фермы заходной кромки и характера нагрузок при раскрытии коросништелей роторных окорочных станков. -Автореф. . канд. техн. наук.-М., 1975, 20 с.

53. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие / Под® ред. Р.А.Макарова. -М.: Машиностроение, 1975. -288 с.

54. Методы определения относительной влажности. ГОСТ. 11989-66. -4S., 1967. -4 с.

55. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ш.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий . -М.: Науки, 1976. -279с- 158

56. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений -М.: Наука, 19,71. -676 с.1 58. Митро польский А .К. Элементы математической статистики. -Л.: ЛТА» 1969» -273 с»

57. Бижурин: А.А» Современные методы исследований технологических процессов в деревообработке. -М.: Лесная промышленность» 1972. -248 с.

58. Болыпев Л,Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М. Наукаг 1983. 416 е.

59. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа. -М.: Финансы и статистика,, 1983. 302 с.

60. Новик Ф.С., Арсов А.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планщювания эксперимента. -М.: Машиностроение, 1980. -304 с.

61. Королев Ю.Г. Метод наименьших квадратов в социально-эко номических исследованиях. -М.: Статистика, 1980. -112 с.

62. Полубояринов 0.й. Сучковатость древесного сырья. -I.t 1972. -54 с.

63. Мехренцев В.А., Фурин А.И., Мэхревдев А.В. К вопросу расчета конструкции петлевого короснимателя на прочность. -Л.: Межвуз.сб.научн.трудов.- Л.; ЛТА, 1983. с. 98-101.

64. Методика определения экономической эффективности использования в лесной промышленности и на лесосплаве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. -М., 1979. -340 с.

65. Воевода Д.К., Назаров В.В. Оборудование лесных складов. ■М.: Лесная промышленность, 1984. -224 с.