автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.03, диссертация на тему:Основы теории получения технологической щепы и разработка нового поколения дисковых рубильных машин

- ^ и 7 ч ■ ■ ■>

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ

На правах рукописи

ЛАУТНЕР Эрнест Михайлович

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОЛУЧЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЩЕПЫ И РАЗРАБОТКА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДИСКОВЫХ РУБИЛЬНЫХ МАШИН

05.21.03 - Технология и оборудование химическом переработки древесины; химия древесины

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада

Санкт-Петербург - 1995 г.

Работа выполнена на кафедре теории механизмов и машин Санкт-Петербургской лесотехнической академии (ЛТА).

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Бутко Ю.Г.

- доктор технических наук, профессор Вальщиков ii.Nl.

- доктор технических наук, профессор Михайлов Б.К.

Ведущая организация - Всероссийский науно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности (БНИИБ)

Защита диссертации состоятся" ^ " 1996 г. в 10 часов на

заседании диссертационного совета Д 063.24.01 Санкт-Петербургского государственного технологического университета растительных полимеров по адресу: 198092, Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Научный доклад разослан

1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Ж,-

Швецов Ю.Н.

Принятые основные обозначения

Я - равнодействующая сил действия ножа на древесину; N - составляющая силы Л, нормальная к передней грани ножа; Т - составляющая силы Я, параллельная передней грани; М - составляющая силы Л, направленная вдоль волокон древесины; 5 - составляющая силы И, направленная перпендикулярно к волокнам древесины; т - масса щепы; I - длина щепы; * - толщина щепы; Ъ - ширина щепы;

г - ширина образца древесины, принимаем 2=1;

<р- угол встречи скорости резания с направлением волокон древесины; а - задний угол;

<5- угол резания, равный углу заточки;

Ц>- эквивалентный угол действия;

С# - коэффициент упругости основания;

/- коэффициент трения скольжения древесины по передней грани ножа; /и- коэффициент, учитывающий поперечное расширение щепы; °сжв ' пРеДел пропорциональности древесины при сжатии под углом к волокнам;

асж <р\ ~ напРяжение сил сжатия под углом

сжв ' текУЩее значение напряжения сжатия под углом к волокнам; а _ предел пропорциональности при растяжении древесины поперек волокон;

_ текущее значение напряжения растяжения поперек волокон; тск - предел прочности древесины на скалывание вдоль волокон; I* - текущее значение напряжения скалывания; К1 - коэффициент пропорциональности;

Е - модуль упругости в направлении перпендикулярном к волокнам; Е- модуль упругости древесины при изгибе в плоскости волокон; С - модуль сдвига;

Кд - коэффициент пропорциональности, зависящий от физико-механических

свойств древесины; е- относительная деформация;

Е, а,/ЗиЛ - постоянные материала (реологические константы древесины);

V - скорость резания;

у^ - скорость перемещения щепы;

сд - коэффициент подъемной силы;

с - коэффициент аэродинамического сопротивления;

- площадь миделева сечения; К - баллистический коэффициент щепы; рв - плотность воздуха; р, - плотность древесины;

// - расстояние между упруго восстановившейся поверхностью резания и слоем древесины, на уровне которого деформации полностью затухают;

"Станки..." - в книге "Станки и инструменты деревообрабатывающих производств": Межвузовский сборник научных трудов. /Л., ЛТА;

"Технология..." - В книге "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств": Межвузовский сборник научных трудов. /Л., ЛТА;

"Вопросы резания..." - Б книге: "Вопросы резания, надежности и долговечности дереворежущих инструментов и машин": Межвузовский сборник научных трудов. /Л., ЛТА;

"Лесной журнал" - В книге: "Известия высших учебных заведений. Лесной журнал";

"Древпром" - Журнал "Деревообрабатывающая промышленность";

"Вумпром" - Журнал "Бумажная промышленность".

ВВЕДЕНИЕ

В научном докладе приведены результаты исследований автора в области производства технологической щепы для получения целлюлозы*. Учитывая, что в процессе производства щепы осуществляют раскряжевку и окорку хлыстов, в работе рассмотрены вопросы, связанные с подачей древесины в рубш1ьную машину, рубка древесины, удаление и прием (остановка) удаленной из машины щепы. Исследования выполнены в период с начала 80-х годов, когда перед промышленностью была поставлена проблема резкого развития целлюлозно-бумажной промышленности Сибири и Дальнего Востока, до 1994 г.

Актуальность проблемы связана с необходимостью создания более экономичных и менее энергоемких оборудований и технологий производства щепы. По сравнению с развитыми странами потребление бумаги одним человеком в России в 4-5 раза меньше. Это вызвано как недостаточными производственными мощностями, так и несовершенными технологиями и оборудованием по производству целлюлозы. Стоимость древесины в общей стоимости целлюлозы составляет около 50%. Б то же время при переработке хвойной древесины в рубильных машинах выход кондиционной щепы не превышает 90%, а количество мелочи, являющейся отходом, достигает 4-6%. Особенно большие потери древесины наблюдаются при переработке мороженной древесины лиственницы (на Братском ЛПК - до 25%), перестойных хвойных пород (на Амурском ЦБК до 13%,) и лиственных пород (до 10%).

В существующих древесно-подготовительных цехах ЦБК из-за конструктивных особенностей рубильной машины перерабатываемая древесина совершает в вертикальной плоскости некоторые волнообразные движения с ампли-

* В дальнейшем термин "Технологическая щепа для производства целлюлозы" заменен термином "щепа".

тудой до 9 м. Такая технология кроме больших потерь древесины энергоемка и связана со значительными капитальными вложениями. Только на удаление щепы из машины расходуется до 20% ее мощности.

В работе решается проблема повышения эффективности выработки технологической щепы путем улучшения ее качества при снижении потерь древесины и энергоемкости процесса.

В разные годы значительный вклад в теорию и практику производства щепы внесли Палыциков Н.М., Рушнов Н.П., Житков A.B., Калашников Ю.А., Лицман Э.П., Бирюков М.В., Гончаров В.Н., Святков C.B., Коробов В.В., Воронин Ю.Б., Ивановский Е.Г., Егоров В.А., Каменев Б.Б., Hartler N., Eberhardl Z., Farkas J., Colombo P., Kawka W., Stopka F., Murto J., McKenzie W., Stone G. и многие другие.

Актуальность и значимость пробемы подтверждает и включение исследований по производству щепы в ряд специально принятых Государственным комитетом по науке и технике СССР и Президиумом АН программ, а также включение этих работ в ряд Государственных научно-технических программ России.

Цель и задачи работы. Повышение эффективности получения высококачественной щепы для производства целлюлозы путем разработки дисковых рубильных машин с боковым щепоотводом, обеспечивающих возможно наименьшие потери древесины и энергоемкости процесса.

Для достижения цели в работе теоретически и экспериментально решались следующие задачи:

- обоснование и установление условий взаимодействия ножа с древесиной, обеспечивающих образование щепы с минимальными остаточными ее деформациями. повреждениями и энергозатратами процесса;

- обоснование и выбор способа подачи перерабатываемой древесины в рубильную машину, обеспечивающего реализацию выбранных условий резания;

- разработка способа и установление условий удаления образующейся щепы из машины без изменения ее качества;

- обоснование и выбор способа дальнейшего перемещения уда 1енной из машины щепы, обеспечивающего ее сохранность при минимальных энергозатратах и капитальных вложениях;

- обоснование и установление способа остановки (приема) движущейся щепы, обеспечивающего ее сохранность.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Способ образования щепы определяет ее качество и энергоемкость процесса. При отслоении подрезанного режущей кромкой элемента древесины остаточные деформации и разрушения щепы минимальные.

2. Реологические постоянные древесины при любых скоростях нагружения не зависят от продолжительности нагрузки и величины деформаций.

3. Потенциальная энергия деформированной древесины при резании частично переходит в кинетическую энергию образующейся щепы.

4. Аэродинамические свойства сыпучих материалов характеризуются обобщенным показателем, который для щепы является функцией плотности древесины.

5. При пневмотранспортировке подъемная сила является функцией расстояния щепы от стенки трубопровода.

6. Изменения электрических зарядов, возникающих при резании древесины, отражают изменения энергетических показателей процесса и износ инструмента.

Научная новизна работы.

В развитие существующих представлений теории резания древесины установлено: в зависимости от условий рубки щепа может образовываться не только сколом, но и отслоением подрезанного режущей кромкой элемента древесины; подрезанный элемент древесины при отслоении можно рассмотреть как балку-слой конечной длины, к которому применимы дифференциальные уравнения упругой линии; режущая кромка и задняя грань ножа не влияют на способ образования щепы; скорость перемещения образующейся щепы значительно выше скорости резания; с учетом скорости резания установлены закономерности изменения параметров щепы в зависимости от способа ее образования; разработаны новые методики определения деформации и поврежденности щепы, позволяющие оперативно оцемшать ее качество.

Теоретически обоснована, разработана и применена методика определения реологических постоянных древесины по малым деформациям и кратковременным нагрузкам, позволяющая учесть влияние скорости резания на качество щепы.

В отличие от существующих представлений доказано, что основной причиной разрушения и образования мелких фракций является удар образующейся щепы о детали машин. Предложен механизм управления траекторией образующейся щепы и безударный способ ее удаления из машины, позволившие создать новый тип машин с боковым щепоотводом.

Обоснованы и математически описаны условия стабилизации движения перерабатываемой древесины, позволившие разработать загрузочные устройства рубильных машин с равенством скоростей резания и затягивания древесины ножом.

На основании уравнения двухфазного потока сформулированы и математически описаны новые закономерности движения вылетающего из рубильной машины потока щепы в трубопроводе и свободном пространстве. Разработан механизм управления расстоянием перемещения щепы по трубопроводу, заключающийся в изменении относительной скорости воздуха.

В дополнение к существующим представлениям пневмотранспортирования установлено: при движении подъемная сила является функцией расстояния щепы от стенки трубопровода, что является причиной ее волнообразного движения; коэффициент аэродинамического сопротивления, площадь миделева сечения и массу летящей щепы можно заменить одним обобщенным показателем - баллистическим коэффициентом.

Выведены математические зависимости, связывающие силу удара летящей щепы о поверхность с ее качеством. Обоснованы и установлены условия нового ступенчатого способа гашения энергии летящей щепы, позволившего создать гамму приемников щепы и обосновать параметры рубильных машин.

Разработаны и применены новые методы и средства для исследования процесса резания древесины при промышленных скоростях, обеспечивающие одновременную видеозапись, регистрацию динамических и энергетических характеристик процесса.

Новизна технических решений, принятых по результатам исследований, подтверждена 19 авторскими свидетельствами, патентами Канады и Финляндии.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена обоснованными упрощениями, корректными допущениями при замене реальных процессов расчетными схемами и разработке математических моделей; использованием фундаментальных законов физики и механики, включая теорию наследственности, релаксации, реологии, резания древесины и пневмотранспортирования сыпучих материалов; подтверждением адекватности разработанных моделей функционирования машин и технологических процессов; использованием надежных методик и современной измерительной техники, позволяющих одновременно и комплексно регистрировать основные показатели исследуемых процессов; хорошим совпадением результатов теоретических исследований с экспериментальными данными опытно-промышленных и межведомственных приемочных испытаний, а также многолетним опытом эксплуатации в разных климатических и производственных условиях машин и оборудования, разработанных по результатам исследований.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты являются научной основой для создания гаммы рубильных машин, в том числе с боковым щепоотводом, и технологии производства щепы, позволяющей улучшить качество щепы, снизить потери древесины, расход электроэнергии, капиталовложения, расходы на эксплуатацию и шум работающих машин.

Место проведения исследований и объекты исследования. Работа проводилась под руководством и при участии автора на кафедрах "Станки и инструменты" и "Теории механизмов и машин" Санкт-Петербургской лесотехнической академии, на деревообрабатывающих комбинатах г.Приозерска, г.Санкт-Пе-тербурга ("Нева"), Пярну (Эстония), на Ильинском лесозаводе (Карелия) и Ракверевском лесхозе (Эстония). Исследование работ рубильных машин с боковым щепоотводом проводилось на многих предприятиях европейсткой части СССР, Сибири и Дальнего Востока (30 предприятий).

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы были неоднократно заслушаны и одобрены на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии (1974-1994 гг), проектно-конструкторских и научно-исследовательских институтов (НИИЦмаш, ВНИИБ, Гипробум, Гипродрев) (1981-1988 гг.), ГОЗБО им.Рошаля (1981-1988 гг.), на международных конференциях лесотехнических институтов г.Зволен (1984, 1986), г.Врно (1985-1988) (Чехословакия), Шопрон (Венгрия - 1982,1984), научно-исследовательских институтов г. Братислава, Прага (Чехословакия) (1984 г.) и Будапешт (Венгрия) (1986 г.).

Разработки диссертации экспонировались и получили одобрение на выставках ВДНХ (2 серебрянные и 1 бронзовые медали) и "Лесдревмаш - 84" (грамота).

Внедрение результатов исследований. Результаты теоретических и экспериментальных исследований явились основой для создания нового класса

рубильных машин, загрузочных устройств и приемников щепы. Серийный выпуск рубильных машин с безударным и боковым удалением щепы производительностью 20, 40 и 50 м3/ч. (машины МРГ-20Б, МРЗ-40ГБ и МРЗ-50ГБ) начат с 1983 и 1988 годов. В настоящее время в России, странах СНГ и мира эксплуатируется 813 таких машин.

Внедрение разработок позволяет улучшить качество щепы, снизить потери древесины, капитальные сложения, расход электроэнергии и прочие эксплуатационные расходы. По фактическим усредненным данным предприятий по сравнению с машинами с верхним выбросом щепы при боковом ее удалении снижение потерь древесины и расхода электроэнергии в год составляют: МРГ-20Б: 1680 м3 и 67200 кВт.ч; МРЗ-40ГБ: 3420 м3 и 100800 кВт.ч, МРЗ-50ГБ: 4220 м3 и 117600 кВт.ч.

Минлеспромом СССР утверждены и выданы заявки, исходные данные и технические задания на разработку опытно-промышленных образцов рубильных машин с боковым щепоотводом производительностью 100 м3/ч, 150 м /ч и 300 м3/ч.

Опытно-промышленные образцы загрузочных устройств и приемников щепы внедрены на Приозерском ДОКе и Ракверевском ЛПХ.

Разработанные схемы привязки рубильных машин МРГ-20Б, МРЗ-40ГБ и МРЗ-50ГБ в технологические потоки внедрены на многих деревообрабатывающих предприятиях (.около 200 предприятий).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 105 работ, в том числе 19 авторских свидетельств СССР, патенты Канады и Финляндии и две монографии.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ЩЕПЫ

1.1. Способы образования щепы [1]. Технологическая щепа представляет собой элемент стружки, образовавшейся в результате действия на нее передней грани ножа. Рассмотрим образование щепы при продольно-торцовом резании -наиболее часто встречающемся в дисковых рубильных машинах.

Г

Рис. 1.1. Распределение нормальных сил на образуемой поверхности щепы

Допустим, что в момент, предшествующий отделению щепы, влияние режущей кромки и задней грани на подрезанную режущей кромкой стружку незначительно. Тогда действие ножа можно представить как работу передней грани, которая вытесняет некоторый объем древесины, вызывая в ней поля деформаций и напряжений. Действие передней грани ножа на древесину выразим приложенными к точке А независимыми друг от друга равнодействующими силами - нормалью N и касательной Т.

Положение точки О и точное распределение нормальных сил до настоящего времени ни теоретически, ни экспериментально не определены. Поэтому в первом приближении рассмотрим простейший случай, когда распределение нормальных сил по передней грани равномерное (на рис. 1.1 - линия 1-2), а зависимость сил от расстояния между участками передней грани и точкой О линейная (линия 3-4). В этом случае направленные вправо постоянные силы pnj (линия 1-2) вызывают в плоскости аЪ нормальные напряжения сжатия; изменение нормальных сил рн2 от пары с моментом МN на участке 03 вызывает растягивающие а на участке 04

- сжимающие напряжения. Аналогично изображено распределение растягивающих сил tnJ, (линия 5-6), выражающие силы Т/у и распределение сил t/2 (линия 7-8). вызванных моментом Мт. Силы t^ на участке 07 сжимающие, а на участке 0В -растягивающие.

Анализ диаграмм распределения сил показывает, что щепа (плоскость аЬ) может образоваться:

- отслоением (отрывом) щепы от подрезанного режущей кромкой стружки с началом разрушения в точке а или точке Ь\

- сколом (сдвигом) одновременно по всей плоскости ab\

- сочетанием процессов отслоения (отрыва) или скола (сдвига).

1,2. Образование щепы при наклонном в вертикальной плоскости загрузочном патроне

1.2.1. Условия образования щепы сколом (2,4,5]*. Рассмотрим пространственную схему сил взаимодействия резца с древесиной, возникающую при образовании щепы (рис.1.2). Нож с углом заточки д внедряется в древесину, отделяя слой толщиной А. Образующаяся при этом стружка является элементной. Волокна древесины расположеныотносительно режущей кромки ножа, плоскости резания и вектора скорости резания v под углом рили его составляющими и <р2, которые определяют углы наклона подающего патрона относительно плоскости ножевого диска и вид резания древесины. Эти угла связаны с конструктивными углами установки подающего патрона «.s и а 2 отношениями:

а= arcsin (cos ■ cos (1.1)

* Для простоты рассуждений пренебрегаем радиусом кривизны режущей кромки и считаем, что силы, действующие по задней грани ножа, в образовании элементов щепы не участвуют. В подрезанном элементе древесины учитываем только средние напряжения.

'-1-2-

1 ~ сся <рх соз <р2

1 1 (1.2)

Условия образования элемента щепы сколом или отслоением определяет угод <ру Угол <р 2 определяет вид скола поперек или вдоль волокон в зависимости от того, какие касательные напряжения поперек волокон или вдоль волокон достигнут своего допустимого значения [т#] или [т^]. Условия образования щепы при сколе вдоль волокон:

(1.3)

*„*[*„]; т#<[т#1; ®р#<1<тР#1;

при сколе поперек волокон:

ги<[ги]; г#а[г#]; а # < [ ар# ]; V < »>,.

(1-4)

Выражение, связывающее толщину щепы ( с параметрами процесса рубки, для случая скалывания щепы поперек волокон:

к

2 а. 1=1

t tga

Л!..

1Щ №<РХ

2

[ т#) I сое а + гр) бЦ а + ^ )

(1.5)

Выражение, связывающее толщину щепы / с параметрами процесса рубки для случая скалывания щепы вдоль волокон: Щ

к

2 я. 1=1

щ

1щ(*е<р 1 +#<7)51112^

(1.6)

1.2.2. Условия образования щепы отслоением [3,4,6]. С уменьшением значения угла <р/ (рис. 1.2) по сравнению со случаем образования щепы сколом, изменяется схема действия сил (рис.1.3). В этом случае элементы щепы будут образовываться качественно новым способом - отслоением вдоль волокон. Отделение щепы возможно также в результате действия растягивающих напряжений поперек волокон о ф древесины, которые пр_и определенных значениях угла <р] будут вызваны действием составляющей силы 5 (отслоение поперек волокон).

6

I

Рис. 1.3. Схема действия сил при образовании щепы отслоением Условия образования элементов щепы отслоением будут следующими:

гп<[г111;г#<[г#]; <г#>[а

(1.7)

Рис. 1.4. Схема образования щепы-балки на упругом основании

Подрезанный режущей кромкой элемент древесины рассмотрен как балка-слой конечной длины, лежащая на упругом основании (рис. 1.4), для которой значение прогибов можно найти из общего решения дифференциального уравнения упругой линии балки.

Выражение, связывающее толщину щепы I с параметрами процесса рубки при образовании ее отслоением:

[а . ] о? Е„ I р* <РХ щ

12 С

<р\ к

11

щ 2 4 щ

3 4 и'

Л---5-

1 - С05 <р2 сое ( <Р — V )

Г tga

Ж.

(1.8)

1.2.3. Виды резания в дисковых рубильных машинах [7]. В существующих рубильных машинах с горизонтальной подачей можно изменять угол установки патрона только в одной (горизонтальной) плоскости, проходящей через нижнюю точку окружности резания; при этом может быть осуществлено только продольно-торцевое резание древесины. Переход от продольно-торцового резания к продоль-но-торцово-поперечному снижает энергоемкость процесса резания и уменьшает деформацию продольного сжатия щепы ножом.

1.5. Преобразование наклонного патрона в горизонтальный

В рубильной машине с наклонной подачей любому соотношению углов установки наклонного патрона соответствует определенное положение этого же патрона в горизонтальном положении. Это обеспечивается разворотом на угол ш (рис.1.5),

при котором его продольная ось оказывается лежащей в горизонтальном плоскости (пл. А'). Требуемый угол разворота определяется из соотношения

cos а. • sin си

, (1.9)

1 - cos2 «J • cos2 «2

где aj - угол наклона патрона к горизонтальной плоскости, а2 - угол разворота патрона в горизонтальной плоскости.

При этом угол разворота а оси патрона в горизонтальной плоскости окажется связанным с углами установки наклонного патрона зависимостью

cosa = cosa1 • costZj (1.10)

Таким образом, изменяя угол разворота патрона в горизонтальной плоскости а и угол поворота т, отсчитанный в направлении вращения, от горизонтальной оси диска, можно осуществить в рубильной машине с горизонтальным патроном те же виды резания древесины, что и в машине с наклонным патроном.

1.3. Влияние скорости резания на процесс образования щепы

1.3,1. Методика определения реологических постоянных древесины [8,61]. Механическое поведение материалов, в частности и древесины, значительно зависит от скорости и времени нагружения. Поэтому при расчетах режимных параметров использование механических характеристик древесины, найденных при статических испытаниях, приводит к значительным ошибкам.

В процессе образования щепы от воздействия ножа величина деформаций древесины достигает 10%, поэтому для описания связи между напряжениями и деформациями можно использовать апробированное при испытаниях полимерных материалов уравнение нелинейной теории наследственности Ю.Н.Работнова: t

<p[e{t)] = a(f) — А/ Э ( -{S, t -т)о(т) d г , (1.11)

0 а

где Эа ( —/3, t -г) - ядро ползучести; a(t) - ядро релаксации.

Реологические константы легко определить, если провести испытания при малых деформациях с законом нагружения а( t>=пост. Однако при времени нагружения, соизмеримым со временем действия ножа на древесину в процессе образования щепы (i=10~4 с), осуществить такой закон нагружения технически сложно из-за неизбежной инерции элементов нагружающего устройства.

Для определения реологических постоянных древесины разработана специальная методика, в которой использованы данные испытаний, проведенных при малых по времени нагрузках и деформациях с легко реализуемым законом нагружения, описанным уравнением [61]:

a(t)=JB±. ?el-i/<max) цл2)

шах

где om , t тах - максимальные значения напряжений и время, соответствующее этому значению.

При обработке результатов испытаний используется только линейная область закона нагружения. В этом случае уравнение (1.11) примет вид:

[»е1-"^ +А / Эа(-р,1-т)те1-'/так ¿г]. (1.13)

тах О

Левая часть уравнения (1.13) представляет собой результаты испытаний по нагружении древесины индентором (в виде графика-осциллограммы или таблицы). Произведя с левой частью уравнения численные преобразования Лапласа-Карсона и найдя по Лапласу изображение свертки функций (интеграл) правой части уравнения, получим:

+ 1 = —-^-+/3. (1.14)

1 Г ч 1

где:

Р+7- ё(р)

шах

t Е шах

(1.15)

Система уравнений (1.14) представляет собой трансцендентные уравнения, которые можно решить относительно реологических констант а, Д X и Е.

Продифференцировав уравнение (1.14) и произведя соответствующие преобразования, реологические константы равны:

где:

*=A(a + l)(f-l) ;y = (a + l)(l-2f) ; z=i(a+l)f (1.17)

Разработанный метод определения реологических постоянных древесины пригоден для любой скорости нагружения. Однако с увеличением этой скорости непомерно усложняется конструкция испытательной установки и регистрирующей аппаратуры. Для анализа процесса образования щепы реологические исиытании древесины достаточно провести при скоростях нагружения до 5 м/с. В случае необходимости полученные зависимости с некоторой погрешностью можно экстраполировать на весь диапазон скоростей взаимодействия ножа с древесиной.

1.3.2. Влияние скорости резания на толщину щепы при образовании се сколом [9]. При выводе формул 1.6и 1.8 связь между толщиной щепы и условиями резания установлена без учета скорости резания, что при расчетах приводит к определенным погрешностям. Среднее напряжение сжатия древесины от воздействия передней 1рани ножа под углом <p¡ определялось выражением R sin (d + V)sin (<5 +<p. )

=-i- <U8>

Щ

где: <pt - проекция угла между вектором скорости резания и направлением волокон на плоскость YOX (рис. 1.2).

Разложив выражение (1.18) в ряд и заменив в ряду упругие постоянные вязко-упругими операторами (принцп Вольтерра) и выбрав применительно рубки

(быстро-протекающий процесс) ядро ползучести Э функцию, посте преобразований выражение (1.18) можно представить в виде:

и ■

СЖ<р1

£,л1 ' <8 6

Ч>\ щ а

iita^tg^ +tgd)i +V

t tgd Щ

sin2jPj (tg<pi +tgd)lu

I , i -л r о j4"/< + l) + a

V fi + l Г у ) (-Р-Я) (?-r) > . 1

(1.19)

«=0

где - а показатель дробности;р- параметр Эд - функции; Эд (/?) - дробно-экспоненциальная функция отрицательных параметров; 1(а+1) (п+1)] - гамма функция Эйлера.

В этом выражении постоянные ядра релаксации а £ и Я принимаем как физико-механические константы древесины. Время взаимодействия древесины с ножом I определяется скоростью резания.

Сравнивая выражения (1.18) и (1.19), после преобразований получим:

t = "f

zr 27

+ С

С

27

В выражении (1.20): D

V'

(1.21)

Dl ' 27

С 4 27

О

' 3

ЛТ

с =-

= sin((3+V')sin(d+y, ), (1.23)

Ф =

tgd

sin2fj (^pj +tg6)l

(1.20)

(1.22)

(1.24)

Равнодействующая сил Л при образовании щепы сколом подрезанного элемента древесины вдоль волокон равна

г,. I cos р. И щ г2

■(<Pi -V) '

а при сколе элемента поперек волокон X . I cos in.

cos(jf>, -f)

(1.25)

(1.26)

где: :р2 - проекция угла между вектором скорости резания и направлением волокон древесины на плоскость YOZ.

Решение уравнения (1.20) позволяет устанозить толщину щепы. Влияние способа образования щепы (скол элемента вдоль или поперек волокон) учитывается подстановкой в выражение (1.22) равнодействующей силы Л, определенной соответственно по формуле (1.25) или (1.26).

1.3.3. Влияние скорости резания на толщину щепы при образовании ее отслоением [10]. Подрезанный режущей кромкой элемент древесины рассмотрен как балка-слой, лежащей на упругом основании (рис. 1.3). Под воздействием силы 5 балка-слой и упругое основание деформируются до критической величины, при

которой происходит отслоение подрезанного элемента. Напряжение растяжения поперек волокон а „ от силы 5 равно:

где - коэффициент упругости основания, учитывающий упругость и

"распределяющее" свойство основания; у - значения прогибов по длине балки-слоя (щепы).

С целью учета влияния скорости резания (нагружения) на механические свойства древесины (реология) основание балки-слоя принимаем вязкоупругим, а коэффициент упругости основания заменим вязкоупругим оператором, тогда:

аР#=У С*<Р1 [1-Ьа(-/»-А,Г-г)«/г]. (1.28)

Значения прогибов определим из уравнения балки на упругом основании конечной длины I. Общее решение дифференциального уравнения упругой линии, выражаем через нормальные фундаментальные функции А.Н.Крылова.

Используя принцип Вольтерра, уравнение прогибов вязкоупругой балки имеет

вид:

• [1 +/Эа (-/3-А,/-г)</г] . (1.29)

У( 0="

1к2(Ш)--

X <р 1

Выразив составляющую силу 5 через равнодействующую Я, после соответствующих преобразований получим:

'■Г 1-Т' +

(с!'

27

' 27

а з ■

(1.30)

В выражении (1.30)

с _ 12с# Ю1 кг Ь аф 1 Ф1п - V ЕУ\ ГУ ^

В свою очередь: Гу= вш 0+10 5111 (<5+^);

Ф =

___

s^tl2<pí(tg<pl +tgд)l|í

п 0 и

кг= ЩШ)--^

(1.31)

<

(1.32)

(1.33)

(1.34)

(1.35)

( £2/) - функция А.Н.Крылова,

<р3 - угол между направлением волокон (вектор М) и равнодействующей Я.

Выражение (1.30) связывает основные параметры процесса рубки, механические свойства древесины и толщину щепы с учетом скорости резания (рубки). Количественная оценка влияния отдельных факторов производится на ЭВМ по специально разработанной программе.

1.3.4. Влияние скорости резания на скорость перемещения образующейся щепы [11 ]. В процессе внедрения нож сильно деформирует древесину, создавая при этом как в щепе, так и в массиве, поля упругих деформаций. Скорость щепы в это время равна скорости резания V . В момент образования (снятия нагрузки) сжатая ранее щепа освобождается от нагрузки в виде перехода потенциальной энергии поля сжатия в кинетическую энергию движения. Это приводит к увеличению скорости щепы. Скорость образующейся щепы V можно определить по формуле:

у =»у Щ (1.36)

Щ Р

гдст}> 1 - коэффициент упругости, зависящий от физико-механических свойств древесины, направления сжатия относительно волокон и скорости резания (нагру-жения).

1.3.5. Взаимодействия древесины с задней гранью ножа [12, 68]. При исследовании условий образования щепы (пп. 1.1-1.3) предполагали, что силы, действующие на задней грани ножа, не влияют на процесс.

Рассмотрим схему взаимодействия задней грани ножа с древесиной при резании (рис. 1.6). Предположим, что над самой нижней точкой ножа находится вертикальный столб древесины шириной с11-* 0. При продвижении ножа этот столб получит возможность упруго восстанавливаться со скоростью, определяемой профилем задней грани ножа ¡Ьк, утлом наклона задней грани к плоскости резания а и скоростью резания V. На участке Ьк при постоянной скорости резания вынужденная скорость восстановления столба постоянна.

Рис. 1.6. Схема взаимодействия задней гр ни ножа с древесиной

Участок задней грани ножа ¡Ьк можно рассматривать как контактирующий с различными во времени состояниями вертикального столба древесины, получивше-

го в момент, соответствующий точке резца начальную относительную деформацию е.

Принимая, что древесина вязко-упруго-пластическое тело и процесс "разгрузки" можно описать реологическим уравнением А.Р.Ржаницина, на основании анализа восстановления древесины с вынужденной постоянной скоростью напряжения можно представить в виде (без учета контактных напряжений от сил трения):

о = Ее0

(1.37)

где е0 - величина относительной деформации в точке Ь; - коэффициент пропорциональности в выражении (поскольку вынуж-

денная скорость восстановления постоянна, то в момент времени I =/и Т напряжение определяется в особой точке х на прямой Ък выражением Ьх=ц-Ьк\ 0 <,« <1);

£ - коэффициент, позволяющий выразить скорость изменения относительной

£йЕ

деформации у в долях от наибольшего значения V = „ , при котором скорость

о с П' * ^

вынужденного восстановления равна скорости свободного восстановления (в момент Г = 0); 0< £ <0.

Среднее напряжение на участке Ък равно:

Т уеп2е( -11 оср=у£п[Е-Е2}+Ее0-УЕЕ-5--±т-{1-е п) . (1.38)

Усилие по задней грани от восстановления древесины

Р=о ■Ые-В. (1.39)

ср

Графический анализ формул (1.37- 1.39) показал, что закон распределения напряжений по задней грани близок к линейному и скорость резания мало влияет на форму эпюры напряжений.

Однако изменение скорости резания оказывает влияние на длину контакта Ьк, а следовательно, и на величину усилия по задней грани. Без учета силы трения по задней грани сила Р уменьшается почти пропорционально увеличению скорости

резания (при изменении скорости резания в пределах 0,2< —< 0,8).

тах

3.4. Причины образования мелхих фракций щепы при рубке древесины в дисковых рубильных машинах

1.4.1. Причины образования щепы мелкой фракции в процессе рубки [13]. При производстве технологической щепы в дисковых рубильных машинах наряду с нормальной фракцией образуется мелкая и крупная фракции*. Крупную фракцию

* Б дальнейшем термин "остаток на поддоне анализатора щепы - мелкая фракция" заменен термином "мелочь".

можно дополнительно переработать, а мелкая является для ЦБП отходом. Анализ производства щепы показал, что некоторые причины образования мелочи являются неизбежными, связанными с сущностью самого процесса рубки, а некоторые являются результатом использования несовершенного оборудования или низкой культуры производства, т.е. их можно устранить.

К неизбежным причинам образования мелочи относятся действие режущей кромки и передней грани ножа.

При образовании щепы сколом передняя грань сильно деформирует и повреждает ослабленную трещинами древесину. При образовании щепы отслоением сила S (рис.1.2) вызывает отслоение или растяжение древесины поперек волокон. Образующиеся от действия режущей кромки трещины также увеличиваются. Это приводит к образованию глубоких, но нераззившихся на всю длину трещин. В результате торец щепы имеет форму щетки, частицы которой частично разрушаются и отделяются.

К устраняемым причинам образования мелочи относятся рубкя с затупленными ножами, несовершенство режущего аппарата, нхтичие большого зазора между ножом и контрножом, а также удар образующейся щепы о детати машин.

1.4.2. Причины образования мелких фракций в процессе удаления щепы из машины [14,15,27,38]. Удаление щепы из рубильных машин с верхним и нижним выбросе одинакова: вылетающая из подножевой щели щепа, после удара о кожух и корпус машины перемещается вниз. При верхнем выбросе, достигнув зоны действия вентиляторных лопаток, щепа подвергается с их стороны дополнительным ударам. Поскольку скорость щепы значительно превышает скорость резания, в момент удара со стороны поверхности действуют силы, которые вызывают в древесине напряжения, превышающие допустимые.

При определенных допущениях, когда удар сопровождается главным образом деформацией сжатия (рис. 1.2 ж,з [15]) разрушение щепы - трещины и остаточные деформации возникают, если угол встречи а : 1,5[ (Т ]

а <arcSin-SL^äOL. (1.40)

Kpl

Более мелкие фракции образуются (полное разрушение щепы), если: 4,5£ er ]

. сж. стат ...

а ~2arcsin-;-—. (1.4.1)

кп2

Когда удар сопровождается главным образом деформацией сдвига (рис.1 б, в, д, е), критические углы встречи: 1,5[ г ]

а .saresix-(1.42)

Ч>1

и

4,5[г]

а 7< aresin-. (1.43)

Рассчитанные по формулам 1.40-1.43 значения критических углов встречи показали, что при скорости полета 33 м/с остаточные деформации щепы в зависи-

мости от физико-механический свойств древесины возникают уже при углах встречи 9,7-18,4°.

Для определения силы удара используем теорему о движении центра масс.

Рис. 1.7. Схемы удара щепы.

После преобразований и с учетом принятых допущений ударная сила равна (рис. 1.12)

т V

K^-r-fiM- U-44)

В свою очередь:

cos- fe. cos +V)

f({¡%) ----

3 [ (cosx-fsinx)-n (sinx+fcosx)] Vj +J cos (* + '/')

1 +---Г—Г-1-

1

(1.45)

и

Ъ и a2 + b2 ..

nl=a> kl'--TT (L46)

cl

b 1

где:a = ; b = ; vf - скорость центра масс щепы; Cj - положение центра масс; íüj- начальная угловая скорость; ip, /3 - параметрические углы центра масс.

Поскольку расположение кожуха, направляющих и т.д. под углом 10° приводит к значительному увеличению размеров конструкции при разработке рубильных машин, циклонов, приемников щепы и т.д., целесообразно принять компромиссное решение, учитывающее габариты устройства, породу перерабатываемой древесины, назначение щепы, определяющее допустимую степень разрушения и деформирования древесины. Остаточные деформации возникают в щепе уже при ее образовании от воздействия ножа, поэтому при скорости равной30-40 м/с (скорость вылета щепы из дисковой рубильной машины и при пневмотранспорте) предпочтительным можно считать угол встречи с поверхностью в пределах 20...30°.

1.5. Электрические характеристики процесса резания [И]. При резании (рубке) древесины на вновь образующихся поверхностях и резце появляются элек-

трические заряды (контактные, пьезо и трибозаряды). Общая величина этих зарядов отражает совокупную интенсивность процессов деформирования и трения. Со сходом стружки (щепы) с резца часть образующихся зарядов нейтрализуется, а часть уносится на поверхности стружки. Величина электрического заряда достигает значительных размеров, например, при торцовом резании сосны он равен 0,8 10~8 К/мм2, а для лиственницы - 1,2 10" К/мм2. Поскольку взаимодействие происходит по некоторой постоянной для резца и все время обновляющеся для древесины поверхности контакта, электрические заряды отражают поверхностные явления, связанные с износом поверхностей резца (затупление) и качеством образующейся поверхности. Закономерность изменения величин зарядов отражают закономерности изменения энергетических показателей резания и износ инструмента.

Изучение электрических явлений при резании древесины позволит получить новые сведения, которые могут быть использованы при решении теоретических и экспериментальных задач процесса резания (рубки).

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ ЩЕПЫ

2.1. Методы и средства исследования резания (рубки) древесины

2.1.1. Экспериментальные установки для исследования процесса резания (рубки). Для проверки результатов теоретических исследований, обоснования режимов работ и основных параметров оборудования (рубильных машин, приемщиков щепы, схем привязки и др.) в процессе выполнения работы разработаны методы и средства исследований, а также экспериментальные установки. Конструкции установок и регистрирующие приборы (датчики сопротивления, пьезодатчики, усилители, осциллографы, высокоскоростные кинорегистраторы, приспособления для регистрации затупления ножа и др.) позволяют комплексно исследовать весь процесс одновременно по нескольким направлениям: непосредственное наблюдение (под микроскопом, при помощи видеокамеры, фото и кинорегистрацией), измерение составляющих сил и электрических показателей процесса резания, деформации древесины, контроль состояния режущей кромки инструмента (ножа) и качества получаемой поверхности. Отличаются установки друг от друга скоростью резания и траекторией инструмента, размерами инструмента и образца древесины. Ряд методов исследования и конструкций экспериментальных установок защищены авторскими свидетельствами [18,19,29].

Установка для исследования прямолинейного и криволинейного резания (установка N 1) базируется на плоскошлифовальный станок по металлу. Скорость прямолинейного резания 0,07 - 30 мм/с, а криволинейного до 100 м/с. [11].

Установка для исследования прямолинейного резания со скоростью 0,0030,19 мм/с создана на базе медицинского микротома (установка N 2) [11].

Вертикальный копер - установка для исследования прямолинейного резания толстых стружек (щепы) со скоростью 1-6 м/с (установка N 3) [11,13].

Установка N 5 для исследования прямолинейного резания со скоростью 6-140 м/с и любой толщине стружки (установка N 4) [15,16].

Установка для исследования криволинейного резания со скоростью до 70 м/с базируется на горизонтально-фрезерный станок (установка N 5) [11].

Установка для исследования процесса рубки со скоростью 1-6 м/с базируется на базе маятниковского копра Шарпи, оборудованного механизмами резания, подачи и измерительными узлами (установка N 6) [11].

Лабораторная рубильная машина (установка N 7) [17]).

■Серийная рубильная машинаМНР-30 использована для определения скорости образующейся щепы (установка 8) [18].

Серийная рубильная машина МРН-25 использована для установления влияния удара щепы о кожух на ее фракционный состав (установка 9) [62].

Опытно-промышленная рубильная машина МРГ-20Н-1 использована для исследования движения воздуха и потока щепы в корпусе и составного щепопровода на расстоянии до 4700 мм, а также для исследования удара шепы (установка 10) [19,20].

О пышно-промышленный образец рубильной машины МРЗ-40ГБ использован для исследования направления движения щепы и при испытании приемников щепы (установками) [21].

2.1.2. Кинорегистрация процессов. Кинорегистрация исследуемых процессов, в зависимости от скорости протекания и необходимого увеличения, осуществляли серийно выпускаемыми камерами СКС-1М, РКС-11 и СФР^у которых наибольшая частота кадров в секунду соответственно равна 15.10^, 10.10 и5.10 . Однаковсвязи с необходимым увеличением и ограниченной мощностью источника света при скоростях резания больше 50 м/с использовали растровую кинокамеру РКС-21, разработанную и изготовленную совместно с Ленинградским институтом киноинженеров.

Для проведения исследований разработано специальное осветительное устройство, в котором свет по принципу волоконной оптики, многократно отражаясь между двумя параллельными плоскостями, попадает на объект съемки. В зависимости от вида съемки (фото или кинорегистрация) использовали лампы ИФК-50, ИФК-120, ИФБ-300, ИФК-2000 [11].

2.1.3. Метод и средство регистрации электрических зарядов при резании древесины. Разработанный метод позволяет определить в процессе резания электрический заряд как резца в целом, так и в отдельных его точках. Для этого резец изготавливают из проводящих электрический ток элементов любой формы и размеров, склеенных клеем-диэлектриком. Изолированные друг от друга и от станины элементы соединяют с гальванометрами, при помощи которых измеряют возникающий при резании электрический заряд [11,24].

Для определения среднего заряда резца (при срезании заданного объема стружки) появляющийся на элементах инструмента заряд подается на интегрирующие цепочки и в удобный момент "сбрасывается" на землю через зеркальный гальванометр, работающем в баллистическом режиме. Измерение электрических зарядов осуществлялось на установке N 1 [22, 23, 24].

2.1.4. Способ и устройство для измерения состояния режущей кромки ножа. Особенность предложенного способа заключается в получении профиля ножа в свинцовых пластинках особой формы. Устройство жестко крепится к диску или к

станине машины. Надвигание прикрепленной к устройству пластинки на нож осуществляется микровинтом. Получаемые профили обрабатываются под микроскопом [11].

2.1.5. Программа для обработки результатов факторного эксперимента рубки древесины. Для статистической обработки и регрессионного анализа результатов исследования процессов резания древесины (резание, рубка, пиление, фрезерование и т.д.) была составлена программа на АЛГОЛе для ЭЦВМ М-222. Программа позволяет проводить расчеты для любых планов второго порядка; число строк (опытов) и повторов в строке (наблюдений в каждом опыте) практически не ограничивается [25].

2.1.6. Применение численного эксперимента для исследования процесса рубки. Разработанный метод позволяет определить степень поврежденности по результатам анализа напряженного состояния древесины щепы с применением численного метода конечных элементов (МКЭ).

Учитывая громоздкость процедуры МКЭ и с целью уменьшения объема расчетных работ, предложено дополнить прямой эксперимент численным экспериментом по определению поврежденности, а далее с использованием полученных результатов построить аппроксимирующие поверхности и найти рациональные значения входных параметров [26].

2.2. Результаты лабораторных экспериментальных исследований.

2.2.1. Влияние условий рубки на составляющие силы резания [27,60] иллюстрируется рисунком 2.1. По результатам исследований на установке 2 для лиственницы получены уравнения регрессии:

Р = 5.7 + 0.42<5 + 0.197р+0.517у> + 0.575ИМ 0.668/ч + 0.063ур - 0.059<5И'+ 0.02рЖ -- 0.0Ъ/л>р + 0.173<52 + 0.073р2 - 0.04+ 0.463 IV2 + 0.022+ + 0.022V2 (2.1)

Р1 = 0.96 - 0.05(5 - 0.193р + 0.11<р+ 0.176 XV + 0.134^ + 0.034у - 0.0266 <р - 0.053(5/ + -Ю.048Й 2 + 0.01р2 + 0.01у>2+ 0.061 IV2 + 0.048/^2 + 0.023ур2 (2.2)

Анализ полученных уравнений регрессии показывает, что самое большое влияние на силу резания Р^ оказывает длина щепы. Вторым по значению фактором является влажность образца, причем зависимость носит ярко выраженный нелинейный характер. Дальше по значимости идут: угол наклона патрона и угол резания. Однако зависимость силы резания от угла резания имеет значительную нелинейность по сравнению с углом встречи <р.

Снижение силы резания Р (рис.2.1) при одновременном снижении углов встречи <р и резания <5 свидетельствует о постепенном переходе к менее энергоемкому способу образования щепы - от скола к отслоению подрезанного элемента древесины. Это подтверждается и тем, что с ростом угла резания, начиная со значения <5=40, даже при остром резце р=5 мкм, сила Р остается больше, чем при углах д=35° и 30° и остроте ножа р=105 мкм.

Наибольшее влияние на силу затягивания Рн оказывает острота резца. Вторым по значимости фактором является влажность образца. Длина щепы I оказывает меньшее влияние на силу затягивания, но эта зависимость нелинейна.

С увеличением скорости сила резания медленно растет. Полученный результат подтверждает результаты теоретических исследований (см. п.1.3), что увеличение скорости нагружения вызывает увеличение механических свойств древесины. Аналогичные результаты получены и при рубке сосны, березы и осины.

ЧграЗ

38 34

Рис. 2.1. Зависимость силы резания Р лиственницы от сочетания значений угла резания <5 и угла встречи р при/э=5 мкм, 1^=50%,

I =20 мм V = 3 м/сек. щ р

2.2.2. Влияние условий рубки на толщину щепы [27, 17] иллюстрируется рисунком 2.2. Из рисунка видно, что степень влияния угла встречи вектора скорости с направлением волокон <р на толщину щепы I зависит от угла резания. Изменение характера кривых <р=(О при разных углах резания вызвано изменением характера образования щепы. Анализ полученных кинокадров процесса рубки показал, что при определенных углах резания ( 6=30°) и углах встречи щепа образуется не только скалыванием, но и отслоением подрезанного элемента древесины.

По результатам исследования получены следующие уравнения регрессии:

1 = 3.07 - 0.2785 - 0.084р - 0.235р + О.г^ч- 0.829^ - 0.0034^ - 0.028<5р + 0.1316 <р -- 0.017а и/ - 0.0635 Ур + 0.01721Кур - 0.0057^ + 0.0284ртр + 0.10852 + 0.097р2 -

-0.065И/2+ 0.054/ 2+0.011у 2 (2.3)

щ р

По значимости факторы, влияющие на толщину щепы, расположены в следующем порядке: длина щепы I , угол резания <5 , угол встречи (р , влажность образца W, острота ножа р и скорость резания v . Необходимо отметить и парное влияние углов резания и встречи, а также остроту ножа и длины щепы.

Результаты экспериментов хорошо приближаются к данным, рассчитанным по теоретическим формулам (1.20) и (1.30).

2.2.3. Влияние условий рубки на качество образующихся поверхностей щепы [28]. Качество поверхностей срезов, образованных передней и задней гранями ножа, оценивали в зависимости от степени повреждений и деформаций по "шкале желательности" Харрингтона отметками отлично (О), хорошо (X), удовлетворительно (У) и неудовлетворительно (Я).

Таблица 2.1

Качество поверхностей срезов, образованных передней и задней гранями ножа

сины <р на толщину щепы / .Влажность древесины осины 60%. Угол резания: 1-50°;

Качество поверхности

при

угле резания

Грань ножа Влажность Угол встречи с

древесины волокнами древе- 20 27 34 42 50

сины, град

Задняя грань 30 О О У У У

40 О О У Н н

15 50 X X У Н н

Передняя грань 30 О X н Н н

40 X У н Н н

50 н н н Н н

Задняя грань 30 О О О X У

40 О о о У У

60 50 О X X У н

Передняя грань 30 О О X У н

40 О X X У н

50 X X У У н

Результаты обследования щепы, полученной на установке 6, показали (табл. 2.1), что независимо от влажности древесины с уменьшением угла встречи с волокнами <р и угла резания <5 качество поверхностей щепы, образованных как передней (с! ), так и задней (с1 ) гранями ножа значительно улучшается - от неудовлетворительного до отличного. Это вызвано изменением условий деформирования щепы и вида резания.

Изучение щепы под микроскопом выявило, что передняя и задняя грани ножа воздействуют на древесину по разному. При образовании щепы сколом передняя грань вызывает в ней большие остаточные деформации. На торцевой поверхности щепы образуются трещины, которые распространяются в глубь. Действие задней грани не вызывают остаточные деформации древесины.

С увеличением радиуса кривизны режущей кромки ножа остаточные деформации в щепе пропорционально увеличиваются, что приводит к увеличению глубины трещин и расстояния между ними.

2.2.4. Влияние скорости резания и температуры древесины на качество щепы [60]. Проведенные на установке 4 исследования показали, что с ростом скорости резания количество мелких элементов увеличивается незначительно. Однако рост скорости резания от 10 до 50 м/сек существенно влияет на качество поверхности резания, особенно скользящей по передней грани ножа. При этом уменьшается влияние на качество поверхности радиуса кривизны режущей кромки.

Снижение температуры древесины (от +18° С до -30° С) существенно влияет на процесс щепообразования: уменьшается толщина щепы и увеличивается количество мелких элементов . Эти элементы представляют собой частицы древесины в виде опилок или частицы льда. С увеличением длины щепы количество элементов также увеличивается. Уменьшение толщины щепы и образование мелких элементов вызвано повышением при отрицательных температурах хрупкости древесины, связанной с заполнением полостей клеток хрупким льдом и изменением свойств древесинного вещества. Скорость движения щепы после ее образования значительно превышает скорость резания (в зависимости от условий резания до 2,5 раза). Поэтому образующаяся щепа обладает большим запасом кинетической энергии, которая при ударе о кожух, вентиляционные лопатки и другие части машины расходуется в основном на ее деформирование и разрушение.

2.2.5. Влияние условий рубки на скорость движения образующейся щепы [18, 28] установлены на установках 6 и 8. Влияние радиуса кривизны р и длины щепы I на величину у представлено на рис. 2.3. Из рисунка видно, что с увеличением

Рис. 2.3. Зависимость отношения скорости движения щепы к скорости резца г] от радиуса кривизны режущей кромки р. Вектор скорости резания в радиальной плоскости. Скорость резания 5 м/с. Толщина щепы 1-5 мм, 2-20 мм, 3-25 мм. Порода - лиственница.

' ю 25 40 55 £мкм

радиуса кривизныр отношение г/ = V /V н, следовательно. скорость движения щепы Уменьшается.

Влияние влажности древесины № и угла встречи <3 при средней скорости резания, равной 26 м/с, показано на рисунке 2.4.

Рис. 2.4. Зависимость отношения скорости движения щепы к скорости резания 17 от угла встречи вектора скорости резания с направлением волокон древесины <р и влажности образцаV/ при зазоре между ножом и контрножом Д= 0,64 мм, скорость резания

ЛД

V = 26 м/с; порода - лиственница.

Уравнение регрессии связывающее отношение скорости движения (полета) резчния >/ - с углом встречи^, влажностью древесины

щепы к скорости V

лиственницы V и вели и.чой зазора между ножом и контрножом Д:

у- 1.900+ 0.034111 + 0.3051,'

где и! =

и> - 46

- 0.013и1из + 0.061и12 - 0.0451>22

0.080Ц-

(2.4)

17 ' и2 " 0,3 ' "3 ~ 4 Из уравнения регрессии видно, что из исследуемых факторов наибольшее влияние на скорость полета щепы оказывает угол встречи <р, меньшее влажность древесины и\ а величина зазора Дпрактически не влияет.

2.2.6. Влияние удара образующейся щепы о кожух рубильной машины [62] исследовано на установке 9. Распределение щепы по фракциям (средние значения по всем опытам) приведены в таблице 2.2.

Д- 1

Распределение щепы по фракциям, %

Таблица 2.2

При ударе щепы о кожух Без удара щепы о кожух

Диаметр отверстия сита-анализатора, мм

15+10 5 Поддон 15+10 5 Поддон

77,7 18.7 3,6 87,7 11,1 1,2

Из таблицы видко, что при устранении удара щепы о кожух увеличивается однородность щепы - количество шепы, не проходящей через сито с диаметром отверстий 15 и 10 мм; уменьшается количество непригодной мелочи - остаток на поддоне. Это подтверждает предположение, что основным источником образования мелочи является удар щепы о кожух и другие части машины. Поэтому уменьшение потерь древесины в виде мелочи бег уменьшения производительности существующих рубительных машин возможно только при устранении ударов щепы о детали или при уменьшении силы удара до определенной величины.

Процентное содержание мелочи при ударном 11у и безударном П6 выбросе щепы описывается уравнениями регрессии 2.5 и 2.6:

Яу = 3.200 - 0.522ц; + 0.306м, - 0.196и5 - 0.013ц;и2 + + 0.03*и;1^ +0.013!^+ 0.Ши/! +0.01«/ - 0.123и/; (2.5)

Л6" 1.200 - 0.457!^+0.172н2 + 0.079^ - 0.063«^ + + 0.116«/+ 0.053«/-0.159ц/ , (2.6)

где

уу - 46 А- 1 . _ <р — 40

"] " 17 " ' и2 0,3 ' и3 5

Из уравнений 2.4 и 2.5 видно, что наибольшее влияние на образование мелочи оказывает влажность древесины а наименьшая - величина зазора между ножом и контрножом. Угол встречи оказывает наименьшее влияние на образование мелочи, тем не менее его значение в уравнениях регрессии весьма велико. Зависимости имеют нелинейный характер.

2.2.7. Влияние качества щепы на характеристики сульфатной целлюлозы [29] показано в таблице 2.3. Целлюлоза варилась из щепы, полученной на рубильной машине МРН-30 (установка 8) при неудаленной (вариант 1) и удаленной (варианты 2 и 3) задней стенке, т.е. при ударном и безударном ее удалении. В варианте 2 щепа образовалась сколом, а в варианте 3 - отслоением.

Таблица 2.3

N варианта N образца целлюлозы Время размола до 60° ШР.МНН Объемная масса, т/сл? Весовой показатель, ДГ Раз-рыной груз, кг Разрывная длина, м Растяжимость, мм Сопротивление

продав-лива-нию, Х05Па раздиранию, 10~3Н

3 1 83 0,71 143 11,1 8550 3,4 4,3 1440

3 2 86 0,72 142 11,1 8500 3,3 4,4 1440

2 3 90 0,74 150 10,2 7940 3,2 4,4 1320

2 4 83 0,71 137 10,3 7800 3,1 4,2 1360

1 5 83 0,74 125 10,6 8120 3,3 3,8 1240

1 6 83 0,72 120 10,7 8340 3,7 4,0 1090

Анализ данных таблицы 2.3 показывает, что по сравнению со щепой варианта 1 и 2, при варке щепы, образованной отслоением и удаленной из рубильной машины без удара о кожух (вариант 3), увеличен выход целлюлозы, а ее механические и бумагоделательные свойства улучшаются.

2.2.8. Влияние строения древесины на сопротивление резанию [65]. При исследовании процесса образования щепы в расчетных формулах приняты средние значения механических характеристик древесины. Для установления правомерности принятого допущения на установке 1 проведено исследование по выявлению влияния строения древесины разных пород в пределах годового слоя на сопротивление резанию.

Совместный анализ результатов исследования и рисунка 2.5 показывает, что касательная составляющая силы резания Р удельная сила резания К и плотность древесины для дуба и сосны изменяются идентично. Отношение наибольшего значения силы Р1 к наименьшему в пределах одного годового слоя (средние значения для трех слоев) для сосны 3,23, для дуба 1,79. Характер графиков показывает на большое отличие физико-механических свойств ранней и поздней древесины годового слоя.

Установлена линейная корреляционная связь между плотностью древесины сосны и дуба и касательной силой резания.

Рис. 2.5. Изменение касательной (1) и нормальной (И) составляющих силы резания, удельной силы резания (IV) и плотности древесины (III) годовых слоев сосны. Толщина стружки 0,05 мм

2.2.9. Связь между динамическими и электрическими характеристиками процесса резания [22, 23]. В процессе исследования измерялись сила резания Р , нормальная сила Р (сила отжима или затягивания инструмента) и заряд резца ¿Л По данным вычислялись силы, отнесенные к единице ширины стружки, Р кГ/мм н Рн1 мм' УДельная работа резания К кГм/см3 (динамические характеристики), удельный заряд резца Кд К/см3 и удельныйэлектроэнергетический показатель К = К()/К К/кГм (электрические характеристики).

Опиты установили общую закономерность: с уменьшением толщины стружки динамические и электрические показатели падают.

По данным исследования составлены уравнения вида Х= а\-Ъ°, где X - искомая величина СРру> Рнр К> К^, а, Ь, с - постоянные для данной формулы коэффициенты, зависящие от условий резания (вид, влажность) и породы древесины. Коэффициент корреляции между Кг Кд и Рн1 лежит в пределах 0,89 - 0,97.

На рисунках 2.6 и 2.7 в качестве иллюстрации показаны изменения характеристик сосны в зависимости от угла резания <5 и заднего угла а.

Характер и степень изменения показателей в зависимости от угла резания б и заднего угла а. показывают на то, что электрические характеристики отражают такие явления процесса резания, которые динамические показатели не улавливают. Динамические показатели с увеличением угла д возрастают, а с увеличением а. -медленно падают.

«О

30 20 10 0

1 1

1

1 \

— ■ —- 2 -и

[к

л

4

ЩО к/см

К,-10 н/кГм

30 20 10

Щ 50 60 70 <Г

к <3

\ ч

> 1 N й

V \ ■ч [¿Г

Г <2

О

5 Ю оС°

Рис. 2.6. Влияние угла резания д на удельный заряд резца Кд и удельный электроэнергетический показатель резания К': 1 - поперечное резание;

2 - торцовое резание;

3 - продольное резание

Рис.2.7. Влияние заднего угла а на удельный заряд резца К и удельный электроэнергетический показатель резания К :

1 - поперечное резание

2 - торцовое резание;

3 - продольное резание

2.2.10. Влияние породы древесины на динамические и электрические характеристики резания [11,30]. При проверке результатов теоретических исследований все эксперименты проводили на древесине лиственницы, сосны, березы и осины. Для распространения результатов исследований на другие виды древесины на установке 1 определены составляющие силы и удельная работа резания, а также электрические показатели резания 25 пород древесины. Полученные по единой методике, на одной экспериментальной установке показатели процесса резания могут быть использованы при конструировании и назначении режимов работы деревообрабатывающих станков и инструментов, в частности рубильных машин.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЩЕПЫ

3.1. Методы определения деформаций древесины при резании

3.1.1. Определение компонент линейных и угловых деформаций при реза нии по измененным текущим координатам системы нанесенных на древесину точек * {11]- Метод предполагает определение деформаций с учетом больших смещений в ?оне резания по искажению координатной сетки (или других фигур), нанесенной на боковую поверхность древесины. Перемещение и деформации определяются по искажениям координат вершин квадратов. Предполагается плоская деформация древесины.

Методика апробирована для определения деформаций при внедрении клина и резании древесины. Результаты измерений установили, что компонент линейных и угловых деформаций изменяются как монотонные функции во времени. Разрушение древесины происходит, в основном, при сдвиге смежном со сжатием. Следовательно, резание отличается от резания металлов, где разрушение всегда происходит при чистом сдвиге.

3.2. Определение остаточной деформации щепы.

3.2.1. Определение деформаций, возникающих при образовании щепы сколом [311- Показателем качества щепы предлагается величина относительной остаточной деформации, выраженную в процентах - деформативность. Мерой деформативности (рис.3.1) может быть изменение размера щепы с1к, значение которого легко найти по формуле :

2 вт^ср + Г 2 +/ ( ьШфУ/г , \ щ ' щ щ щ т 1

(3.1)

Относительная деформация (деформативность) щепы равна

его /5 (+ 18 <5 ) (I 2 йп 2 <р + < ц< 2 + 1щ ап2 у ) /2

(3.2)

й.

е

Рис. 3.1. Схема деформирования щепы передней гранью ножа при образовании ее сколом подрезанного элемента.

* методика разработана под руководством проф. Е.Г. Ивановского

Формулы не учитывают обратимые деформации, поэтому действительная -остаточная величина деформативности будет меньше расчетной на величину упругой деформации.

С учетом упругих обратимых деформаций деформативность равна:

I -?/ щ

Величину е{ определим из треугольников def и Ьак: */-§* if)2-*.

(3.3)

(3.4)

где:

Р =

2cos (180-^) cos(90 - ipl )

-df1

cosz (90 -<px )

(3.5)

(3.6)

Г/. «

5 0

у у ^

3 \ \ г

20 30 AO 6°

%

15

to

5 0

/

/

/

20 30 к 0

Рис. 3.2. Зависимость деформативности щепы д от угла резания ¿(угол встречи скорости резания с волокнами 50° , деформативность приведена к толщине 3 мм):

1 - расчетная, полученная по формуле (3.2);

2 - опытная для древесины влажностью 15%;

3 -опытная для древесины влажностью 60%

Рис. 3.3. Зависимость деформативности щепы от угла резания б (угол встречи скорости резания с волокнами 30° ): 1 - расчетная, полученная по формуле (3.2); 2 - опытная для древесины влажностью 15%; 3 - опытная для древесины влажностью 60%

Из приведенного анализа видно, что при образовании щепы сколом подрезанного элемента для количественной оценки ее качества мерой деформативности может служить изменение диагонали Поскольку для каждой конструкции рубильной машины угол <р1 является постоянной величиной, определение качества

щепы по содержанию деформированной древесины сводится к установлению ее толщины , длины / и диагоналис?/, величину которых легко измерить штангель-циркулем. /]о данным измерения величину ц определим по формулам (3.5-3.6).

Исследования щепы, полученной на установке 6, установили прямую зависимость между ее толщиной и деформативностью. Влияние угла встречи на деформа-тивность осины показана на рис. 3.2 и 3.3. Характер полученных кривых объясняется способом образования щепы: при угле вектора сг.орости к волокнам, равным 30°, щепа частично образуется отслоением. Деформативность, определенная по измеряемой щепе, меньше деформативности, определенной теоретически. Для влажной древесины величина обратимой деформации значительно больше, чем для сухой.

3.2.2. Определение деформаций возникающих при образовании щепы отслоением [32]. При отслоении подрезанного элемента образование щепы происходит в результате действия нормальной к волокнам древесины силы 5 (рис. 1.3). Поэтому передняя грань ножа не деформирует (или деформирует мало) древесину и щепа будет повреждена ею незначительно. Под действием силы 5 балка-слой и упругое основание деформируются до критической величины, при которой происходит отслоение подрезанного элемента, т.е. образование щепы.

При определении деформации щепу рассматриваем как балку-слой на упругом основании. В этом случае расчет сводится к задаче о расчете статически неопределенной системы с произвольным числом связей. Для этой цели непрерывная связь щепы с массивом заменена единичными силами, которые определяются по уравнению

лЕпа Е I

г.. = а .-, (3.7)

ч ч 1 " а3

Единичные силы входят в систему канонических уравнений

ги>\+гпУ2+г1зУз+-+г1пУп + К1=<) . Г21Ь+Г22У2+Г23У3^-+Г2пУп+Л2=<) (3'8)

Гп1 + Гп2 У2+ГПЗУЗ+-+ Гпп У« + Кп=0

В уравнениях (3.7) и (3.8):

г л, г 12.....г пп~ единичные реакции от единичных сил, приложенных в точках

1,2..., п\

у ^ у 2.....у - деформации балки-слоя по направлению силы 5 от действия

единичных сил;

Яп~ реакции в связях основной системы, вызванные внешней нагрузкой;

Eq- модуль упругости основания; £б- модуль упругости балки-слоя;/-^- коэффициент Пуассона основания; /б - момент инерции сечения балки-слоя; Ь - ширина балки; а -расстояние между связями; а , /3- коэффициенты, зависящие от а и Ь.

Значения деформации в каждой точке находим при последовательном решении уравнений (3.8) и (3.7).

Для анализа деформации технологической щепы строят эпюру распределения деформаций (или эпюру распределения сил).

В качестве примера по методике выполнен расчет для определения деформации щепы. Эпюра деформаций по длине цепи показана на рисунке 3.4.

Анализ эпюры деформации показывает, что при отслоении подрезанного элемента древесины щепа подвергается преимущественно растягивающим напряжениям. Величины сжимающих напряжений значительно (примерно в 7 раз) меньше растягивающих.

3.3. Влияние степени деформации древесины на качество сульфитной целлюлозы [33]. Влияние степени деформации древесины установлено на щепе, полученной делением специальным ножом предварительно сжатой заготовки. Направление резания - вдоль волокон параллельно годовым слоям.

Из анализа данных опытов следует, что увеличение степени осевого сжатия лиственных пород древесины вызывает снижение на 1-50% основных показателей качества сульфитной целлюлозы. Характер зависимостей не отличается от аналогичных зависимостей для хвойных пород. При изменении степени деформации щепы, полученной при различных умах встречи, выявлено, что выход целлюлозы практически не зависит от угла встречи. Однако вязкость и- целлюлозы надает, сопротивление при растяжении и разрывная длина несколько снижаются.

3.4. Определение энергии, затраченной па остаточное и упругое деформирование древесины [34]. Опыты проводили па установке 3, в которой индектор падал со скоростью до 5,0 м/с. Изменение деформации древесины фиксировали методом фотометрии, позволяющим регистрировать на осциллограмме изменение деформаций в функции времени. Измерение силы осуществляли осциллографом и пьезоэлектрическим динамометром. В результате каждого опыта получены осциллограммы с: •• и деформации Af. функции времени. Поданным осциллограмм путем исключения общей переменной г строили совмещенные диаграммы .

Рис. 3.4. Эпюра распределения деформации щепы

Разработанная по результатам испытаний приближенная математическая модель процесса деформирования древесины лиственницы имеет вид:

Е - 5.79 + 0.8311^ +0.018/72 + 1.3061/3 - 0.43Ш^ + 0.944V р2 - 0.419 ирз + +0.01&1/,11. - 0.35би,[/. - 0.28Ш,£/, - 0.006С/М,, (3.9)

1 4 3 4 2 3 2 4

где Е - энергия, затраченная на упругое деформирование древесины

„ Т° К- 267 ,, 1^-50 „ 0-45

и1=-12- ; 2 = 20 ' С/4=1"3'

Анализ уравнения регрессии показывает, что наибольшее влияние на величину энергии, затраченной на упругое деформнронание древесины Е , оказывает изменение угла встречи, а наименьшее - влажность древесины.

3.5. Определение реологических характеристик древесины лиственницы [8]. Исходные экспериментальные данные для расчетов получили на установке 3. В результате каждого опыта получены две осциллограммы: изменение деформаций образца вовремение (/) и изменение силы во времени Ж0. Зафиксировав параметры преобразования Р, определили величину Ре (Р), по интерполяционной формуле с п узлами интерполяции. При этом получено 9 систем вида <р[еЦ)]^Ее (?) по четыре уравнения в каждой, решая которые находили искомые константы Е, Л, /] и а. Используя полученные данные как выходные величины, находили уравнения регрессии:

Е= 70 О2 - 9,2 0+300- 10 (3.10)

X = 1,71 -10 "3б2-0,0286+0.8 (3.11)

а -3,2 •10_5С2 + 0,64 (3.12)

/5=2,4 -10 ~392 + 0,76 (3.13)

С целью нахождения нелинейной функции деформации <р [е (?)] поставлен дополнительный эксперимент на ползучесть при а (0 =40, 60, 80 и 100 кг/см2, р= 1,2 и 10,4 м/с, угле наклона волокон древесины 0=30° и влажности И'= 70 %. Используя результаты опытов построили конгруэнтные кривые а ~ е, а нелинейную часть кривой а =/ ( е восстановили по изохромам, путем экстраполяции по формуле 1.11 с найденными значениями Е, X , /3 и а. Анализ полученных зависимостей показал, что изохронные кривые подобны - коэффициент подобия равен 0,510 и 0,496. Представив функции в виде

р[Е( г)]

к

2 Ьк [ е(01 при е(() < а (зл4)

¿=1

с • £ (г) при е (t)> а ,

по гипотетической кривой а =/(е), удерживая в разложении 3.14 три члена, находили в кг/см2

Ь~ 103,25 103, Ь= 24,875 103, Ь = 1,625 103, а= 1 10~4, с= 3474,98 Используя полученные данные для древесины лиственницы уравнение 1.11 имеет вид:

г

<Г(0=И«(0] — 1,5 / Э 65 ( —2,33 ( — т)<р I е (г)] ёт (3.15) О

Полученное уравнение использовано при расчете толщины щепы с учетом скорости резания.

4. ИССЛЕДОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ОБРАЗОВАВШЕЙСЯ ЩЕПЫ

4.1. Направление движения образовавшейся щепы

4.1.1. Влияние подножевы.х щелей [35]. Под действием упругих сил, приобретенных в процессе резания при деформировании древесины ножом, образующаяся щепа перемещается по передней грани ножа в прорезь диска - подножевую щель. Направление дальнейшего движения определяется ее расположением относительно стенок прорези.

Рис. 4.1. Схема взаимодействия щепы со стенками прорези диска. К - попавшая в прорезь щепа

Рис. 4.2. Схема движения щепы под влиянием стенок педнежсгей щели.

1 - кожух ножевого диска;

2 - загрузочный патрон; 3 - щепоотвод

Рассмотрим движение щепы (частицы К) при скорости перемещения стенок прорези V и перпендикулярном их расположении к плоскости вращения диска, т.е. при 9= 02= 90° (рис.4.1). В случае

а с

v > v

v sin«) щ т

(4.1)

V - V COS Ф щ г

прилегающая к передней грани ножа стенка прорези (условно назовем ее верхней стенкой) догоняет щепу и увлекает ее с собой. Это приводит к отклонению направления щепы на угол a j (рис.4.2), что при наклонном загрузочном патроне

ухудшает условия удаления щепы из машины.

t

b с

Если же v < v, и - < -:- , (4.2)

1 v eos <р - v v^ sin <р

то щепа, наоборот, догоняет противоположную нижнюю стенку прорези и задерживается ею. В результате направление движения щепы изменится на угол а 2 .

Так, с уменьшением угла 0j время контакта щепы с верхней стенкой сокращается до нуля, т.е. постепенно уменьшается влияние этой стенки на направление полета щепы, что приводит к уменьшению угла a j.

Уменьшение угла в2 приводит к увеличению времени контакта щепы с нижней стенкой и, следовательно, к росту угла а2 . Условием контакта щепы с нижней

стенкой является

v>v^-cos<p (4.3)

с sin ft.

и -— >-(4.4)

V sin Ф V

щ т

При соответствующем подборе вj и щепа будет контактироваться только с нижней стенкой прорези, которая в данном случае превратится в направляющую щепы.

Эффективность влияния формы подножевой щели на траекторию движения проверена на установке 7 при переменных углах 0/и в2 равных 40-90°.

4.1.2. Влияние специальных направляющих [35,37,54]. Изменение направления движения щепы может осуществляться также и специальными направляющими, установленными на боковой поверхности диска вдоль его прорезей с противоположной стороны ножей. Угол наклона направляющих к плоскости вращения диска/зависит от угла наклона загрузочного патрона в вертикальной плоскости и физико-механических свойств перерабатываемого сырья. Угол у должен быть меньше 25° 1381. Сравнительные испытания (установка 7) с наклонным загрузочным патроном я боковым щепоотводом показали, что без направляющих на диске щепа, разрушаясь, постепенно забивает полость машины и она становится неработоспособной. В начальный период работы количество мелкой фракции было на 3,64% меньше. При установке направляющих щепа полностью удалялась из машины (безударное удаление).

В случае необходимости удалить щепу под углом над горизонтом, прямые направляющие можно заменить направляющими эвольвентного профиля.

4.2. Движение щепы в трубопроводе [39,40,41]. Удаленная через боковой щепоотвод рубильной машины щепа попадает и перемещается по трубопроводу за счет энергии упругих сил древесины, приобретенной в процессе рубки. Принимаем, что на каждую щепу действует сила тяжести, сила аэродинамического сопротивления и подъемная сила, возникающая вследствие вращения частиц.

Подъемная сила невелика, поэтому ее действием на находящихся вдали от стенки частиц можно пренебречь. Однако когда частица приближается к стенке трубопровода (по аналогии с крылом самолета при приближении к земле) экранирующее влияние внутренней поверхности проявляется в увеличении подъемной силы. Поэтому вблизи стенки трубопровода подъемную силу необходимо учесть.

Под действием силы тяжести и изменяющейся подъемной силы щепа должна совершать некоторое скачкообразное (волнообразное) движение. Правомерность этого допущения подтверждается волнообразным движением частиц при их пневмотран-спортировке, наблюдаемыми многими исследователями.

В этом случае дифференциальные уравнения движения щепы в наклонном к горизонту под углом /? трубопроводе имеют вид:

Зс = -[Л(х-и)±пу] ^х-и^+у2 -еБЩ/З, у = - [к у ±п(х-и) ] ^х-и)г+у2

- а со5 /

где 0,5 са р /т - баллистический коэффициент, м~ ; п— 0,5 сп$р 1т- коэффициент витания; и - скорость воздуха в трубопроводе;

X ■

(4.5а)

(4.56)

(4.Ьа) (4.66)

(4.6в)

:-и=Угаха\ у = у.5та; ^ - ц)1 +у2 = V Коэффициент подъемной силы с , а следовательно, коэффициент витания п для частиц, находящихся вдали от стенки, полагаем равным нулю. Для частиц, находящихся в пристенном слое, величина п неизвестна, однако ее можно определить косвенно. Преобразовывая совместно формулы 4.6а и 4.66, получим с

-к.

(4.7)

Исследуя на математической модели движение частице различными значени-с

ями к, определили, что при — = 1,5 результаты расчета согласуются с известными

положениями теории и практики пневмотранспортирования щепы.Здесь с -коэффициент лобового сопротивления.

Скорость движения потока щепы определены по формулам 4.5 и 4.6, используя метод Монте-Карло.

Рис. 4.3. Изменение скорости движения потока щепы вдоль трубопровода при и=• 10м/с, к= 0,3 м"1 (береза, 890 кг/м3). 1 - опыт 1; 2 - опыт 2; „ _ , 3 - теоретическая крива.!.

\ 2 3 Ч 5 х,м

Результаты экспериментального определения скоростей щепы в различных сечениях щепопровода дисковой рубильной машины с боковым выбросом щепы (рис. 4.3) подтверждают приемлемость предлагаемой математической модели.

4.3. Движение щепы в воздушной струе 139, 41]. При массе т, начальной скорости у^, образующей с осями координат углы а^ , /¡0 и у0 дифференциальные

уравнения центра масс щепы в декартовой системе координат имеют вид:

= (4.8a)

y = -k<x¿+0-u^+iHy-uy); (4.86)

x , y, и , z- относительная скорость и ее проекции на оси координат, равные

V = V eos «eos в = х; (4.9а) v = v cosíosin0 = y — и (4.9б) гх г г ' о* г у,

vrz = V sin (р = ¿ ; (4.9в) v. = у/^ +(y-u^ '¿ 2 (4.9г)

где 9 и <р - углы между относительной скоростью и ее проекциями.

В принятых предположениях уравнения (4.8) совместно с выражениями (4.9) и начальными условиями при (=0 а также

х = vQ cos a q,у = vq cos /J Q , z = vQ cos являются математической моделью двоения частицы щепы в воздушной струе.

4.4. Определение баллистического коэффициента щепы [42]. При исследовании движения щепы (п.4.2 и 4.3) в качестве единой аэродинамической характеристики щепы предложен баллистический коэффициент щепы (формула 4.6а). Величину баллистического коэффициента можно определить опытным путем, проследив по координатам движение отдельной щепы, удаленной из рубильной машины. Используя данные изменения перемещения щепы и вычислив их скорость, после соответствующих преобразований уравнений (4.8), имеем:

k = <LUEL=LÍJL = A (4Ш

2т 2 vpa /у (411>

Поскольку форма и размеры щепы из древесины различной плотности примерно одинаковы, то имея ¿=0,44 м"1 при рд = 690 кг/м3, можно вычислить к для щепы

из древесины любой плотности: 304

(4.12)

где /1= 0,44 • 690= 304 кг/м4.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПРИЕМНИКОВ ЩЕПЫ

5.1. Конструкции приемников щепы. Для приема (остановки) вылетающей из рубильной машины с горизонтальным щепоотводом или трубопроводом разработаны несколько конструкций приемников. Принципиальным отличием приемников от су шествующих циклонов является способ гашения скорости щепы от последовательных упругих ударов о неподвижную поверхность. При этом сила каждого удара не вызывает остаточные деформации или разрушения щепы.

Горизонтальный приемник [43,44] представляет собой короб, на дне которого расположен ленточный конвейер. Внутри жестко закреплены щиты. Углы наклона каждого щита регулируются относительно потока щепы в пределах 10-90°.

Вьиетающая из рубильной машины щепа попадает в корпус приемника, ударяется последовательно о щиты и, потеряв энергию, оседает на конвейер. Выходящий вместе со щепой воздух удаляется через расположенные > стенках приемника щели.

Вертикальный приемник [45] представляет собой циклон, г котором функции неподвижных поверхностей выполняют грани многогранного корпуса. Грани расположены под углами таким образом, что векторы перемещения соответственно составляют с ними углы меньше критических (см. 1.4.2). Потеряв кинетическую энергию, щепа оседает на расположенном внизу транспортное средство.

5.2. Влияние угла встречи на фракционный состав щепы при ударе о поверхность [46] исследовано в лаборатории на установке 7, на которой приемник щепы выполнен в виде закрытого корпуса с двумя сгальными направляющими, расположенными к горизонту под углами ах и а^.

Результаты исследования приведены в таблице 5.1.

Анализ данных таблицы показывает, что фракционный состав щепы зависит от величины угла встречи потока с направляющими щитами.

При скорости резания 20 м/с углы встречи первого и второго щитов с потоком щепы рекомендуется выбрать соответственно не более 25 и 50°.

Таблица 5.1

Изменение фракционного состава щепы из березы в зависимости от углов встречи с направляющими

Номер опыта Угол встречи, град. Остатки щепы, %, на ситах анализатора с диаметром отверстий, мм

п п 30 20 10 5 0 (остаток на поддоне)

1 0 0 6,02 70,42 21,85 1,54 0,17

2 25 50 5,06 57,83 33,77 3,05 0,29

3 45 70 5,15 55,50 36,16 2,73 0,46

4 85 65 3,18 49,20 41,74 5,16 0,72

5 25 25 4,95 66,35 25,48 3,00 0,22

6 25 75 4,90 51,17 40,16 3,29 0,48

5.3. Испытания горизонтального опытно-промышленного образца приемника щепы [47] провели на нижнем складе Сонданского лесопункта Ракверевского ЛПХ. Линия по производству технологической щепы состоит из загрузочного ленточного конвейера, рубильной машины МРЗ-40ГБ и приемника щепы.

Анализ результатов испытаний показал, что конструкция разработанного опытно-промышленного образца приемника щепы работоспособна, надежна в эксплуатации и может быть использована для любых типоразмеров рубильных машин с боковым удалением щепы.

При приеме щепы из дисковых рубительных машин марок МРЗ-40ГБ и МРЗ-50ГБ углы встречи потока со щитами следует выбрать не более (град): а = 25, «2= 25, «3= 60, а4= 80.

5.4. Испытания макета многогранного циклона [48] проводили на установке 7. Сравнивали работу циклонов с круглым и шестиугольным поперечным сечением.

Опыты и кинорегистрация показали, что принятая в циклоне с шестиугольным сечением щепа содержит меньше остатков на поддоне и на сите с диаметром отверстий 5 мм. Характер фракционного состава щепы мало зависит от породы (сосна, береза). В циклоне с круглым поперечным сечением основная масса щепы оседает на днище, совершив 1,2-1,5 витка, а с шестиугольным сечением - после 0,5-0,75 витка. Таким образом, многоугольное сечение позволяет сохранить фракционный состав щепы, снизить высоту циклона т.е. снизить его материалоемкость и энергию на подъем щепы.

6. ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА РУБИЛЬНЫХ МАШИН

6.1. Конструкции загрузочных устройств [49,50,51]. При горизонтальном расположении загрузочного патрона древесина обычно подается в дисковую рубильную машину самими ножами (самозатягивание). При принудительной подаче для обеспечения равенства скоростей подачи и затягивания разработаны устройства, отличающиеся длительностью контакта тягового органа с подаваемой древесиной.

Загрузочные устройства с прерывистым контактом древесины и тягового органа. В этих конструкциях одновременное воздействие на древесину рабочего органа и ножей исключается наличием механизма отвода. Реле управления электрически связано с обмотками электродвигателя рубильной машины и механизмом отвода. Механизм отвода представляет собой качающуюся раму с рабочим органом и приводом (гидро-, пневмо- и т.д.) [49].

Загрузочные устройства с непрерывным контактом древесины с тяговым органом. В этих конструкциях равенство скоростей затягивания и скоростей подач.ч во время рубки достигается изменением скорости подачи тягового органа. Управление скоростью тягового органа в разработанных конструкциях загрузочных устройств осуществляется одним из способов:

1. Скорость приводных вальцов тягового органа изменяется за счет использования двухсхоростного электродвигателя (привода) [50].

2. Включением между приводом и приводными вальцами обгонной муфты (муфта свободного хода) [51].

Анализ конструкций показал, что загрузочное устройство с прерывистым кон -тактом древесины и тягового органа очень инерционен, имеет большие габариты, его конструкция и эксплуатация сложна из-за наличия пневмо или гидросистемы.

Недостатком загрузочного устройства с двухступенчатым электродвигателем является возможность подачи сырья только двумя постоянными скоростями, т.е. скорость подачи и затягивания не совпадают полностью.

При наличии обгонных муфт вальцы включаются и выключаются практически в начале и конце рубки. Поскольку в расклиненном состоянии обгонной муфты механизм подачи сырья приводными вальцами отключен в процессе рубки, скорость перемещения древесины точно соответствует скорости затягивания.

6.2. Испытания макета загрузочного устройства [52]. Макет загрузочного устройства испытан при подаче древесины в установку 7. Испытания показали, что загрузочное устройство с обгонной муфтой является работоспособной и обеспечивает в любой момент времени равенство скоростей подачи и затягивания. Результаты исследований представлены на рисунках 6.1 и 6.2. Из рисунков видно, что независимо от породы (сосна, береза) с увеличением скорости резания сила затягивания возрастает быстрее. В то же время с увеличением влажности древесины сила затягивания и подачи падают.

163 им/с

Рис. 6.1. Влияние скорости резания на удельную силу затягивания при рубке сосны и березы влажностью: 1 - 15%; 2 - 50%.

25 . <*-сосна о-

50 У береза

о /

Рис. 6.2. Влияние породы и влажности древесины на удельную силу подачи.

7. ИСПЫТАНИЯ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБРАЗЦОВ РУБИЛЬНЫХ МАШИН С БОКОВЫМ 1ДЕПООТВОДОМ

7.1. Конструктивные особенности рубильных машин. Проведенные исследования позволили сформулировать особенности рубильных машин любой производительности, обеспечивающих сохранность образующейся щепы.

Основной особенностью машин является боковое безударное удаление щепы через ориентированный относительно загрузочного патрона щепоотвод. Загрузочный патрон может быть расположен в горизонтальной 153], или под углом в верти-

кальной плоскости [54]. Щепоотвод расположен относительно патрона в горизонтальной и вертикальной плоскостях под углами а и /?, величина которых зависит от условий рубки . При наклонном загрузочном патроне на тыльной боковой стороне ножевого диска устанавливаются направляющие [36,37,66,67], угол наклона которых зависит от наклона боковых стенок подножевой щели [35]. Расположение загрузочного патрона относительно ножевого диска и угловые параметры режущего аппарата обеспечивают образование щепы отслоением или одновременным отслоением и сколом подрезанного элемента древесины [ 1]. Удаление щепы из машины осуществляется за счет упругой энерпш древесины, накопленной при ее образовании [18,40]. Регулировка расстояния перемещения щепы в трубопроводе или в свободном пространстве осуществляется вентиляторными лопатками, установленными на ободе [55] и боковой тыльной стороне диска [561 под углами к оси его вращения. Для увеличения эффективности работы лопаток в кожухе со стороны загрузочного патрона установлены воздухозаборы.

Загрузка машины осуществляется силами тяжести (наклонны)! патрон), или силами затягивания и загрузочным устройством [49].

Остановка вылетающей из машины щепы осуществляется специальным приемником [45,57] обеспечивающим ее сохранность. Перечисленные особенности являются общими для серийно выпускаемых машин МРГ-20!;, МРЗ-40ГБ, МРЗ-50ГБ, а также для машин МРГ-ЮОС, МРГ-150С и МРГ-200С, на которые бывшим Минлеспромом выданы официальные заявки на разработку опытно промышленных образцов. Разработчиком всех машин является НИИЦмаш (г.Петрозаводск).

7.2. Испытания рубильной машины МРГ-20Б. Средний фракционный состав щепы представлен в таблице 7.1. Испытания показали, что при рубке балансов выход используемой ЦБП щепы составляет не менее 96%, а потери древесины в виде мелочи не более 0,8 %. Устойчивое удаление из машины и дальнейшая транспортировка щепы происходит при круглом сечении щепоотвода диаметром 300 мм. Число установленных под углом 45° вентиляторных лопаток не должно превышать 24 штук. Высота лопаток недостаточна, ее рекомендовалось увеличить с 15 мм до 50 мм. Монотонное уменьшение скорости перемещения щепы показано на рис. 7.1. В

Рис. 7.1. Изменение скорости перемещения щепы по длине щепопровода при измельчении древесины березы влажностью 70%. Диаметр баланса: 1 = 80 мм; 2 - 200 мм. Угол наклона лопаток к оси диска ¡3^+45°,■

зависимости от угла наклона вентиляторных лопаток (+45° - -45°) на расстоянии 5,5 м средняя скорость щепы упала с 19,0 до 10,2 м/с. При полете щепа совершает

Таблица 7.1

Средний фракционный состав щепы, получаемой на рубильной машине МРГ-20Б (материалы межведомственных приемочных исптаний)

Порода Вид сырья, сечение мм. Температура древесины Остаток на ситах (в %) диаметром, мм Выход нормальной фракции (сита 20+10 мм)

30 20 10 5 Поддон

Ель баланс 70-200 +20 3,5 63,6 28,0 4,2 0,7 01,6

Береза баланс 63-188 +23 3,3 64,5 27,1 4,3 0,8 91,6

Смесь ели и березы рейки 15x40 +25 4,2 54,1 32,3 7,3 2,1 86,4

Таблица 7.2

Средний фракционный состав щепы, получаемой на рубильной машине МРЗ-40ГБ (материалы межведомственных приемочных исптаний)

Порода, вид и характеристика перерабатываемой древесины Остаток на ситах в % с диаметрами отверстий, мм Остаток на поддоне в%

30 20 10 5

Береза, баланс диаметром 50-300 мм, влажность 31,4 "/,. 3,97 68,45 23,63 3,38 0,57

Сосна, баланс диаметром 50-220 мм, влажность 27,8 % 3,74 63,62 29,03 3,34 0,27

Ель, баланс диаметром 50-150 мм, влажность 27,8 °/„ 4,68 69,52 22,46 3,00 0,34

Сосна, рейки, горбыль, сечением 35 х 80 мм, 50 х 270 мм, 150 х 300 мм, влажность 20,621,8 % 5,12 64,58 25,89 3,93 0,48

а) сущиЕтаутЕул

Схаи; ли», зы подггозки щепи на Усть-Илимском ЛПК

5 6 7

2 3 *

>;///;///Л ////////,

б) предлагаемая

3 4

9 5а. д

у/////}///;// у;;/;;;}'/ 7?Г7Т/

41 '.. ~

^Т И* - Я

Щепа

1 - устройство для роспуска пучков; 2 - слешер; 3 - конвейер; 4 - окорочный барабан; 5 - рубильная машина 1 аре. Е ; Клаусон; 5а - рубильная машина с горизонтальным загрузочным патроном и г. боковым удалением щепы; 6 - циклон; 7 - сортировка; 8 - пневмотранспортная линия; 9 - загрузочное устройство направления перемещения древесины и щепы (размеры в м). Рис. 7.2

вращательное движение вокруг своей оси и волнообразное движение вдоль оси щепопровода. На расстоянии 1 м от щепоотвода в трубопроводе скорость щепы равна 15,3 - 29,3 м/с, а в свободном пространстве 29,6 - 54,1 м/с [20, 49]. Шум рубильной машины значительно меньше машин с верхним и нижним выбросом. В зоне обслуживания эффект шумоглушения достигает 5 дБ [58].

Влияние удара щепы на ее фракционный состав подтвердили сравнительные межведомственные испытания опытно-промышленного образца рубильной машины МРГ-20Б (боковое безударное удаление) и машины МРГ-20Н (нижнее удаление после удара о кожух). Испытания установили, что при рубке мороженной древесины (до -30°) на машине МРГ-20Н остатков щепы на поддоне с диаметром отверстий 5 мм в зависимости от породы в 1,2-2,5 раза больше, а на поддоне в 3,0-6,5 раза больше.

7.3. Испытания опытно-промышленных образцов рубильных машин МРЗ-40ГБ и МРЗ-50ГБ [63]. Испытания показали надежное и непрерывное затягивание древесины независимо от ее вида, породы и размеров. Фракционный состав щепы мало отличается от щепы, полученной на рубильной машины МРГ-20Б-1. С увеличением диаметра балансов остатки на поддоне и на ситах диаметром 30 и 5,0 мм уменьшаются (таблица 7.2).

В процессе испытаний щепа частично оседала на дно щепопровода. При снятом щепопроводе 86% щепы вылетает из машины под углом от 6° до 16°. При установленном щепоотводе около 40% щепы ударяется о стенку щепопровода, изменяя при этом скорость и направление движения. Поскольку в испытуемой машине продольные оси загрузочного патрона и щепоотвода расположены параллельно и смещены друг относительно друга, в серийно выпускаемых машинах щепоотвод установлен в горизонтальной и вертикальной плоскостях под углом 15° и 10° [21,46,63,64].

7.4. Схемы привязки рубильных машин с боковым удалением щепы в технологические потоки. Разработанные по материалам исследований конструкции загрузочных устройств, рубильных машин и приемников щепы позволили разработать 5 наиболее типовых линий по производству щепы. В качестве примера на рисунке 7.2 показаны схемы существующей и предлагаемой линии на Усть-Илимском ЛПК. Кроме улучшения качества щепы вследствие безударного ее удаления из машины, рисунок наглядно демонстрирует преимущества предлагаемой линии (сокращение транспортно-переместительных операций, капитальных и эксплуатационных расходов) [59].

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана концепция взаимодействия рабочего органа рубильных машин с древесиной, впервые учитывающая ее механическое поведение при изменении скорости резания. Развитие концепции позволило разработать основы теории получения щепы и выявить причины потерь древесины. Предложены и внедрены в рубильных машинах новые механизмы получения и сохранения качества щепы.

Способ образования отслоением и безударное удаление щепы из машины, повышающие ее качество, а также снижающие потери древесины и энергоемкость процесса, рекомендуется реализовать при проектировании и назначении режимов работы дисковых рубильных машин.

2. Теоретически и экспериментально определено влияние условий резания на динамические показатели процесса и качество щепы. Установлено, что основной причиной потерь древесины является удар образующейся щепы о детали машины. Полученные зависимости позволили научно обосновать технические решения и создать комплекс принципиально нового оборудования и линий для производства щепы.

3. Разработанные технические решения обеспечивают боковое безударное удаление щепы из дисковых рубильных машин с загрузочным патроном, наклонным как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях. С целью сокращения транс-портно-переместительных операций перерабатываемой древесины и щепы рекомендуется использовать рубильные машины с горизонтальным загрузочным патроном. В зависимости от условий рубки продольная ось патрона должна составить с продольной осью щепопровода в вертикальной плоскости 5-10®, а в горизонтальной 10-20 Разработанная конструкция загрузочного устройства обеспечивает непрерывную подачу передаваемого сырья при постоянном равенстве скоростей подачи и затягивания древесины ножами.

4. Кинетическую энергию образующейся щепы при боковом ее удалении из машины рекомендуется использовать и для дальнейшей ее транспортировки по трубопроводу. Для увеличения энергии, затраченной на упругое деформирование, т.е. увеличение скорости полета щепы, при отрицательной температуре необходимо понизить влажность древесины, а при положительной - повысить. Регулировку расстояния перемещения щепы по трубопроводу рекомендуется осуществлять вентиляторными лопатками, установленными на ножевом диске.

5. В теорию пневмотранскортирования сыпучих материалов вместо аэродинамических характеристик щепы, являющихся для потока случайными величинами, введено понятие баллистический коэффициент. Доказано, что баллистический коэффициент, зависящий от плотности древесины, значительно упрощает и увеличивает точность расчетов. Установлено, что внутренняя поверхность трубопровода оказывает экранирующее влияние на перемещение щепы, приводящее к ее волнообразному движению.

6. Предложен новый принцип остановки летящей щепы, заключающийся в последовательности косых ударах о поверхность. В устройствах, связанных с производством щепы (рубильная машина, приемники, оборудование пневмотранспор -тировки и др.), первый угол встречи вектора скорости с неподвижной поверхностью необходимо выбирать в пределах 20-30°. Разработанные конструкции приемников щепы рекомендуется использовать для остановки летящей щепы и других сыпучих материалов.

7. Опыт эксплуатации созданных по результатам исследований рубильных машин марок МРН-20-1, МРГ-20Б, МРЗ-40ГБ, МРЗ-50ГБ, загрузочных устройств и приемников щепы показал надежность их работы. По сравнению с машинами

4а

аналогичной производительности с верхним или нижним удалением щепы при боковом удалении снижаются потери древесины до 1,0-1,5%, расход электроэнергии на 15-20%, транспортно-переместитеяьные операции древесины и щепы на 20-25 %, размер капиталовложений на 10-15%, полученная щепа более однородна, менее разрушена и деформирована, а качество и выход получаемой из нее целлюлозы повышается.

8. Предложенные математические модели хорошо согласуются с результатами экспериментов, что позволяет их рекомендовать при выборе режимов работы, проектировании и привязке рубильных машин с боковым щепоотводом, приемников щепы и загрузочных устройств в технологические потоки. Математическая модель движения щепы в свободном пространстве является теоретической предпосылкой для разработки метода инерционного разделения (сортировки) вылетающей из машины или трубопроводов щепы.

9. Разработаны и внедрены принципиально новые методы и средства исследования процессов резания и деформирования древесины и полимеров, позволили получить новые характеристики качества щепы, а также развить теорию и практику резания древесины.

Научные положения и результаты диссертации обобщены и изложены в 105 работах, в том числе 2 монографии. Ниже приводятся только публикации, на которые в научном докладе даны ссылки:

1. Лаутнер Э.М. Способы образования щепы в дисковых рубительных машинах.// "Станки ...". 1988. С.112-П5*

2. Лаутнер Э.М., Егоров В.А. Исследование влияния условий резания в дисковых рубительных машинах на толщину щепы, образованную сколом.// "Вопросы резания...". 1977. С.102-105.

3. Лаутнер Э.М., Егоров В.А. Влияние условий образования технологической щепы на ее толщину в дисковых рубительных машинах.// "Вопросы резания...". 1977. С. 97-101.

4. Каменев Б.Б., Лаутнер Э.М. Способы образозааия элементов щепы в дисковой рубительной машине при осуществлении сложных видов резания древесины.// "Станки...". 1984. С. 19-23.

5. Каменев Б.Б., Лаутнер Э.М. Теоретическое исследование влияния условий резания в дисковых рубительных машинах на толщину щепы, образованную сколом. //"Станки...". 1985. С. 54-57.

6. Каменев Б.Б.,Лаутнер Э.М., Михайловский А.Г. Теоретические исследование влияния условий резания в дисковых рубительных машинах на толщину щепы, образованной расслоением. //"Станки...". 1985. С. 11-13.

* См. условные обозначения на странице 4

7. Данини B.c., Каменев Б.Б., Лаутнер Э.М. Исследование возможности получения различных видов резания древесины в дисковых рубптельных машинах с горизонтальной подачей сырья.// "Станки...". 19S1 С. 27-31.

3. Лаутнер Э.М. Исследование влияния скорости нагружения на механические свойства древесины. //"Технология...". 1987, С. 112-II 7.

9. Лаутнер Э.М. Учет скорости резания при определении толщины технологической щепы, образованной в дисковой рубительной машине сколом надрезанного элемента дерева. //"Станки...". 1986. С.122-125.

10. Лаутнер Э.М. Учет скорости резания при определении толщины щепы, образованной в дисковой рубительной машине отслоением подрезанного элемента древесины.// "Станки...". 1987. С.8-12.

11. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Василевская П.В. Новые исследования резания древесины. - М.: Лесн. проч. 1972. С. 129.

12. Ивановский Е.Г., Загорулько Л.Е., Лаутнер Э.М. К вопросу взаимодействия древесины с задней гранью резца при резании. //"Лесной журнал". 1973. N 3.C.6S-74.

13. Лаутнер Э.М., Егоров В.А. Анализ причин образования мелкой фракции при рубке древесины на технологическую щепу з дисховых рубительных машинах. //"Вопросы резания...". 1979. С.57-61.

14. Лаутнер Э.М., Ильенко Б.К. Теоретические исследования удара шелы о неподвижную поверхность. //"Станки...". 1989. С. 115-120.

15.A.C. N 267147, СССР, МПК G Oln Кл. 42 к, 39 Э.М. Устройство для измерения силы действия резца на обрабатываемый материал./ Э.М.Даутнер (СССР).- 2 е.:ил.

16. A.c. N 420449 СССР, М.о.В 27в 19/12 Пневматическое устройство для прямолинейного резания. / Э.МЛаутнер (СССР).- 3 е.: ил.

17.Каменев Б.Б., Лаутнер Э.М. Влияние технологических факторов процесса рубки древесины лиственных пород на толщину щепы. //"Технология...". 1984. С. 114-116.

18. ЛаутнерЭ.М.: Егоров В.А., Каменев Б. Б. Влияние условий рубки древесины лиственницы в дисковой рубительной машине на скорость движения щепы. //"Технология...". 1978. С.115-119.

19. Лаутнер Э.М., Исследование движения воздуха в щеяопроаоде дисковой рубительной машины МРГ-20Н-1 с боковым выбросом щепы. //"Технология...". 1982. С.131-136.

20. Лаутнер Э.М. Исследование влияния вентиляторных лопаток на схорость и распределение воздушного потока в щепопроводе дисковой рубительной машины с боковым выбросом щепы. //"Станки...". 19S2. С. 118-122.

21. Лаутнер Э.М., Прядеин A.B. Исследование работы дисковой рубительной машины с боковым удалением щепы МРЗ-40ГБ.//"Технология...". 1986. С. 111-116.

22. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Василевская П.В. Влияние толщины стружки на динамические и элехтрические характеристики процесса резания сосны. //"Древпром". 1969. N12. С.11-12.

23. Василевская П.В., Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М. Влияние угловых параметров резца на динамические и электрические характеристики процесса резания. //"Древпром". 1969. N3. С.12-13.

24. A.c. N 312214 СССР, МПК G 01р 31/100. Способ определения распределения электрических зарядов инструмента./ Э.М.Лаутнер (СССР).- 2 е.: ил.

25. Готлиб Ц.А., Каменев Б.Б., Лаутнер Э.М. Обработка результатов факторного эксперимента по резанию древесины на ЭВМ М-222. //"Вопросы резания...". 1978. С.109-111.

26. Готлиб Ц.А., Лаутнер Э.М. Применение численного эксперимента для оптимизации процесса рубки древесины на технологическую щепу. //"Технология...". 1983. С.33-39.

27. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Егорщв В.А., Каменев Б.Б. Влияние условий рубки древесины лиственницы на составляющие силы резания./ / Тезисы докладов Всесоюзной конференции по совершенствованию дер-обр инструм. Л., 1976. С.88-95.

28. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Каменев Б.Б., Егоров В.А. Исследование процессов срезания толстых стружек древесины лиственницы методом кинорешет-рации. //"Вопросы резания...". 1976. С.60-66.

29. Лаутнер Э.М., Жалина В.А., Гратвол В.А., Егоров В.А. О качестве технологической щепы, его влиянии на основе характеристики сульфатной целлюлозы. //"Бумпром". 1977. N 6. С.25-26.

30. Ивановский Е.Г., Василевская П.В., Лаутнер Э.М. Фрезерование и пиление древесины и древесных материалов. М.: Лесн. пром-сть. 1971. С.96.

31. Лаутнер Э.М. Определение остаточной деформации технологической щепы от воздействия ножа дисковой рубительной машины. //"Технология...". 1986. С.95-97.

32. Лаутнер Э.М., Егоров В.А. Анализ деформации технологической щепы при рубке древесины с использованием теории балки на упругом основании. //"Вопросы резания...". 1979. С.5-10.

33. Лаутнер Э.М., Жалина В.А., Бобров Ю.А., Готлиб Ц.А. Степень деформации древесины лиственных пород и качество сульфитной целлюлозы.// "Бумпром...". 1981. N2. С.10-11.

34. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Егоров В.А., Каменев Б.Б. Исследование скоростного сжатия древесины лиственницы. //"Лесной журнал". 1975.N4.C.72-75.

35. A.c. N 1086629 СССР, B27L 11/02. Рубительная машина./ Э.М.Лаутнер (СССР).-7 е.: ил.

36. A.c. N 997365 СССР, B27L 11/02. Рубительная машина./ Э.МЛаутнер (СССР).-5 е.: ил.

37. A.c. N 1243274 СССР, B27L 11/02. Рубительная машина./ Э.М.Лаутнер (СССР) .-3 е.: ил.

38. Лаутнер Э.М., Сергеев М.С., Донская С.А., Ильенко Б.К. Оценка удара летящей щепы о неподвижную поверхность.// "Станки...". 1993. С.76-81.

39. Лаутнер Э.М., Невзорова Л.Г. Исследование движения единичных частиц щепы. //"Лесной журнал". 1978. N 6. С.70-74.

40. Невзорова Л.Г., Лаутнер Э.М. Экспериментальное исследование перемещения щепы в щепопроводе дисковых рубительных машин с боковым выбросом щепы.// "Станки...". 1982. С.114-118.

41. Невзорова Л.Г., Лаутнер Э.М. Теоретическое исследование движения щепы в трубопроводе при боковом ее удалении из дисковой рубительной машины. //"Лесной журнал". 1985. N 2. С.54-59.

42. Лаутнер Э.М., Невзорова Л.Г. Экспериментальное определение баллистического коэффициента щепы. //"Лесной журнал". 1984. N 1. С.59-61.

43. A.c. N 1144884 СССР, В27 L 11/00. Приемник щепы./ Э.МЛаутнер (СССР).-2 е.: ил.

44. A.c. N 1240592 СССР, B27L 11/02. Приемник щепы./ Э.МЛаутнер (СССР).- 2 е.: ил.

45. A.c. N 1728103 СССР В 65 G 53/60. Устройство для разделения многокомпонентной смеси. / Э.М.Лаутнер (СССР).- 4 е.: ил.

46. Лаутнер Э.М., Ильенко Б.К. Влияние угла встречи между неподвижной плоскостью и потоком щепы на ее фракционный состав. //"Станки...". 1988. С.116-119.

47. Лаутнер Э.М., Ильенко Б.К. Исследование работы приемника щепы дисковой рубительной машины с боковым выбросом. //"Технология...". 1989. С.98-102.

48. Лаутнер Э.М., Ильенко Б.К. Испытание макета универсального циклона для приема щепы из дисковых рубительных машин. //"Станки...". 1990. С.95-98.

49. A.c. N 1427722 СССР, B27L 11/00. Загручочное устройство дисковой рубительной машины./ Э.М.Лаутнер (СССР).- 3 е.: ил.

50. A.c. N 1349132 СССР, В 27 L 11/00. Загрузочное устройство дисковой рубительной машины./ Э.М.Лаутнер (СССР).- 3 е.: ил.

51. Лаутнер Э.М., Ильченко Б.К., Донская С.А. Загрузочное устройство рубительных машин, обеспечивающих равенство скоростей подачи и затягивания ножами перерабатываемой древесины. //"Станки...". 1992. С.110-115.

52. Лаутнер Э.М., Сергеев М.С., Донская С.А., Ильенко Б.К. Экспериментальное исследование загрузочного устройства дисковой рубительной машины, обеспечивающего равенство скоростей подачи и затягивания древесины ножами. //"Станки...". 1993. С.81-84.

53. A.c. N 941184 СССР, В 27 L 11/02. Рубительная машина. / Э.М.Лаутнер (СССР).-3 е.: ил.

54. A.c. N 1124518 СССР, В 27 L 11/02. Рубительная машина. / Э.М.Лаутнер (СССР).-5 е.: ил.

55. A.c. N 718258 СССР, В 27 L 11/02. Рубительная машина. / Э.М.Лаутнер (СССР).-3 е.: ил.

56. A.c. N 1163565 СССР, В 27 L 11/02. Рубительная машина. / Э.М.Лаутнер (СССР).-6 е.: ил.

57. A.c. N 1369129 СССР, В 27 L 11/02. Приемник щепы. / Э.М.Лаутнер (СССР).-2 е.: ил.

58. Лаутнер Э.М., Осипов С.П. Шумовые характеристики рубительной машины с безударным удалением щепы МРГ-20Н-1.// "Технология...". 1980. С.108-110.

59. Лаутнер Э.М. Использование рублтельных машин с боковым удалением щепы в целлюлозно-бумажной промышленности.// В кн. Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 1995. N3. С. 142-146.

60. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Егоров В.А., Каменей Б.Б. Кинорегистрация процесса образования технологической щецы из древесины лиственницы при промышленных скоростях резания. //Лесное хоз-во, лесная, дер. обр. и целлюлоз-но-бум.пр-гь. 1975. С. 84-87.

61. Лаутнер Э.М. Аналитические зависимости характеристик древесин'.« от времени нагружения. //"Технология...". 1988. С.93-96.

62. Лаутнер Э.М., Каменев Б.Б. Влияние удара образующейся щепы о кожух рубителыюй машины на ее фракционный состав.// "Технология...". 1978. C.Ii 9123.

63. Лаутнер Э.М., Ильченко Б.К. Определение направления полгта щепы, вылетающей из дисковой рубительной машины МРЗ-40ГБ. //"Технология...". 1987. C.10S-111.

64. Лаутнер Э.М. Анализ работы дисковой рубительной машины МРГ-40. //"Станки...". 1983. С.94-98.

65. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Василевская II.B. Сопротивление резанию древесины различных отечественных пород. //Тезисы докладов Всесоюзной конференции по современным проблемам древеснноведения.Минск, БТИ.1971.С.78-79.

66. Патент 1162825 Канада, В 27L11/00. Губительная машина./ Э.М.Лаутнер (СССР).-7 е.: ил.

67.Патент 72675 Финляндия, B27L11/02.Губительная машина./ Э.М.Лаутнер (СССР).-5е.: ил.

68. Ивановский Е.Г., Лаутнер Э.М., Грубе H.A. Исследование влияния симметричной нагрузки резца на процесс резания. //"Станки...". 1976. С.80-85.

Подписано в печать с оригинал-макета 15.02.96 г. Формат 60 х 90 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Изд. N 2 д. Уч.-изд.л. 3,0. Печ.л. 3,25. Тираж 100 экз.

Заказ N 2 С 2 д.

Редакционно-издательский отдел ЛТА

Подразделение оперативной полиграфии ЛТА 194018, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3