автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение эффективности продольного пиления древесины мягких лиственных пород круглыми пилами

На правах рукописи

Ивановский Александр Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ПИЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКИХ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД КРУГЛЫМИ ПИЛАМИ

05.21.05 - Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 мдм 2012

Воронеж -2012

005043388

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»)

Научный руководитель: Свиридов Леонид Тимофеевич

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Разиньков Егор Михайлович

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой механической технологии древесины ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Памфилов Евгений Анатольевич доктор технических наук, профессор кафедры оборудования лесного комплекса ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова»

Защита состоится 29 мая 2012 г. в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ауд. 240.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «ВГЛТА».

Автореферат размещен на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru/

Автореферат разослан «28» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Скрыпников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокая энергозатратность традиционных процессов пиления древесины настоятельно требует усовершенствования серийных инструментов в направлении их специализации. В настоящее время в приоритетном порядке осваиваются ресурсы хвойных пород древесины и совершенно неудовлетворительно используются ресурсы мягколиственных пород, которые при отсутствии современных мощностей по глубокой переработке древесины не пользуются спросом. Острая нехватка в Российской Федерации технологического оборудования по переработке тонкомерной и низкосортной древесины не позволяет в полной мере освоить огромные ресурсы древесины мягких лиственных пород.

Согласно последним статистическим данных доля сырья древесины мягких лиственных пород составляет около 30% от общего объёма перерабатываемой древесины, при этом, ещё до 30% отходит безвозвратно в опилки и стружку. В настоящее время полностью не исследованы упруго-пластические свойства мягколиственной древесины (липа, осина, тополь, ольха и др.) при динамических нагрузках, точная характеристика которых позволит перейти к обоснованию параметров режущих инструментов для такой древесины и режимов пиления с малым энергопотреблением, большим полезным выходом, более высокой производительностью. Повышение качества обработки древесины мягких лиственных пород позволит реально перейти к промышленному освоению технологии по переработке низкосортной мягколиственной древесины. В настоящий момент недостаточно эффективным является использование круглопиль-ных станков, которые составляют около 30...50% всего станочного парка лесо-пильно-деревообрабатывающих предприятий. Технико-экономические показатели их работы в значительной степени определяются режимами процессов пиления, поэтому, совершенствование круглых пил для обработки древесины мягких лиственных пород определяет в значительной степени показатели работы современного деревообрабатывающего оборудования.

Работа выполнялась по гранту программы «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по государственным контрактам №7472р/10212 от 29.01.2010г. (per. №01201054680), №8965р/14052 от 19.04.2011г. (per. №01201164132); хоздоговорной тематике с ГБУ КК «Управление «Краснодарлес», договор №23/11 (per. №01201178183); госбюджетной тематике ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»: «Исследования технологических процессов деревообработки и свойств древесины» (per. № 01.2.00609241).

Степень разработанности проблемы. Изучению принципов повышения эффективности процессов пиления древесины посвящены исследования А.Э. Грубэ, A.JI. Бершадского, С.А. Воскресенского, В.В. Амалицкого, Е.Г. Ивановского, В.И. Санева, JI.T. Свиридова и др. Особенностям конструкций круглых пил, обоснованию их параметров, посвящены работы Н.К. Якунина, однако им не обоснованы основные принципы энергоэффективности данных инструментов. Режимы пиления исследованы в достаточной степени Ю.М. Стахиевым, но вместе с тем совершенно необоснованно использование инструментов для про-

дольного пиления древесины мягких лиственных пород, с определенными параметрами, с наивысшей эффективностью. Решению проблемы повышения эффективности продольного пиления древесины мягких лиственных пород уделялось до настоящего времени недостаточно внимания. В связи с тем, что не были определены свойства древесины мягких лиственных пород при динамических нагрузках невозможно было с достаточной достоверностью выбрать рациональные параметры режущих инструментов. Это объясняется тем, что мяг-колиственная древесина получила промышленное использование лишь в конце 20-го века и затронутой в работе проблеме уделялось недостаточно внимания. Таким образом, исследования процесса пиления древесины мягких лиственных пород находятся на начальном этапе своего развития.

Цель работы. Повышение эффективности продольного пиления древесины мягких лиственных пород круглыми пилами: повышение качества обработанных поверхностей и снижение энергоемкости процесса за счет обоснования рациональных линейных и угловых параметров круглой пилы с твердосплавными пластинками и режимов резания.

Задачи исследований.

1. Исследовать упруго-пластические свойства древесины мягких лиственных пород при динамических нагрузках, оказывающие влияние на энергоемкость процесса пиления и качество обработанных поверхностей.

2. Теоретически обосновать параметры режущего инструмента, адаптированного к пилению древесины малой плотности, с разработкой математической модели механизма стружкообразования.

3. Провести экспериментальные исследования в направлениях повышения качества и снижения энергоемкости процесса пиления.

4. Получить регрессионные уравнения для оценки степени влияния на шероховатость обрабатываемой поверхности и энергоемкость процесса пиления древесины мягких лиственных пород от факторов, влияющих на процесс. Определить оптимальные значения параметров и режимов резания разработанной конструкцией круглой пилы с разработкой программного обеспечения для ЭВМ.

5. Внедрить в производство и рассчитать технико-экономическую эффективность применения результатов исследований.

Объект исследований. Объектами исследований являлись линейные и угловые параметры круглой пилы, древесина мягких лиственных пород, режим пиления.

Предмет исследования. Закономерности контактного взаимодействия рабочей поверхности круглой пилы с древесиной. Математическая модель механизма стружкообразования при пилении древесины мягких лиственных пород круглой пилой. Регрессионные зависимости для оценки степени влияния факторов на шероховатость поверхности и энергоемкость процесса пиления.

Методологическую, теоретическую и эмпирическую базу исследований составляют: системный подход, выдвижение и проверка гипотезы, методы прикладной математики, теоретической механики, физики, физического моделирования, расчета экономической эффективности. Методы математической статистики для обработки экспериментальных данных на персональном ком-

пьютере с использованием стандартных программ Microsoft Office, Statistica, Компас 3D VIO, Statgraphics plus 5.0, Visual Basic 6.0.

Научные положения, выносимые на защиту:

- упруго-пластические свойства древесины мягких лиственных пород (осина, ольха, липа) при динамических нагрузках и их реологические коэффициенты упругости и пластичности, позволяющие назначить рациональные геометрические параметры круглых пил для продольной распиловки;

- математическая модель механизма стружкообразования при пилении древесины мягких лиственных пород, позволяющая минимизировать силу взаимодействия резца со стружкой;

- обоснование рациональных линейных и угловых параметров круглой пилы, позволяющие установить оптимальные значения углов поднутрения сглаживающих зубьев, угла косой заточки, разности радиусов резания сглаживающих и косозаточенных зубьев;

- регрессионные уравнения для оценки степени влияния влажности, угла наклона волокон, ширины пропила, подачи на зуб на шероховатость обрабатываемой поверхности и энергоемкость процесса пиления древесины мягких лиственных пород, позволяющие установить оптимальные значения исследуемых факторов;

- оптимальные значения режимов пиления древесины мягких лиственных пород с обоснованием разработанных номограмм и программы для ЭВМ, позволяющие повысить эффективность и упростить расчеты назначаемых режимов пиления.

Научная новизна результатов исследований заключается в:

- исследовании упруго-пластических свойств древесины мягких лиственных пород (осина, ольха, липа), отличающемся воздействием динамических нагрузок на деформативность древесины, с определением коэффициентов упругости и пластичности;

- математической модели стружкообразования древесины мягких лиственных пород, отличающейся учетом зависимости контактных характеристик процесса пиления древесины мягких лиственных пород (величины контактного давления Р0, длины контакта передней грани зуба пилы с древесиной L, степени неравномерности распределения нагрузок по передней поверхности резца п) от условий пиления (высоты пропила Н, переднего угла резца у, предела текучести древесины мягких лиственных пород а,, коэффициента упругого восстановления волокон древесины Ку„р, коэффициента пластичности древесины Кшаа^\

- обосновании конструкции круглой пилы (патент на изобретение №2378104), с рациональными линейными и угловыми параметрами, отличающейся чередованием сглаживающих и подрезающих (косозаточенных) зубьев, выполненных из твердосплавных пластин;

- регрессионных уравнениях для учета степени влияния основных факторов на шероховатость обрабатываемой поверхности и энергоемкость процесса пиления, древесины мягких лиственных пород, отличающихся учетом совместного действия следующих факторов: влажности, угла наклона волокон, ширины пропила, подачи на зуб;

- рациональных режимах продольного пиления древесины мягких лиственных пород с использованием разработанной конструкции круглой пилы, отличающимися уточненными поправочными коэффициентами в объёмной формуле мощности резания, а также разработанной программе для ЭВМ (Св-во на программу №2009611214) и номограмм, позволяющих без расчетов назначать режимы пиления древесины мягких лиственных пород.

Теоретическая значимость. Заключается в возможности более точного определения силы пиления, действующей по задней поверхности резцов с учётом упруго-пластической деформации мяпсолиственной древесины, по значению которой можно установить величину необходимых деформирующих усилий в процессах продольного пиления древесины мягких лиственных пород. Разработанная математической модель механизма стружкообразования позволяет получить количественную оценку зависимости контактных характеристик процесса пиления древесины мягких лиственных пород от условий резания. Регрессионные уравнения шероховатости обрабатываемой поверхности и энергоемкости процесса пиления древесины мягких лиственных пород позволяют установить степень влияния действующих факторов (влажности, косослойности, ширины пропила и подачи на зуб). Полученные закономерности распределения напряжений в стружке позволяют выбрать критерий стружкообразования, позволяющий получить сливную стружку с высоким качеством обработанной поверхности и наименьшей энергоемкостью.

Практическая значимость. Полученные значения реологических коэффициентов для мяпсолиственной древесины позволяют учитывать их при проектировании технологических операций, а также конструкций инструментов, адаптированных для пиления мяпсолиственной древесины, при выборе их угловых и линейных параметров. Точное определение коэффициентов упругости и пластичности такой древесины позволяет назначить рациональные геометрические параметры круглых пил для продольной распиловки. Для удобства практических расчетов разработаны программа и номограммы по выбору основных технологических показателей процесса пиления древесины мягких лиственных пород круглыми пилами. Регрессионные уравнения шероховатости поверхности и мощности на пиление позволили выявить оптимальные значения влажности древесины мягких лиственных пород 15...20% и подачи на зуб, составляющей 0,06...0,1 мм, угол наклона волокон 0...10°.

Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на пленарных конференциях по итогам научно-исследовательской работы студентов (20072009 г.г.), заседаниях кафедры технологии конструкционных материалов ГОУ ВПО «ВГЛТА» (2010 - 2011 г.г.), на Всероссийской научной студенческой конференции МарГТУ, Йошкар-Ола, 2007 г.; Всероссийской школе-конференции «Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоце-нозов», ВГЛТА, Воронеж, сентябрь, 2008 г.; Ш Международной научной конференции «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах», г. Белгород, БГУ, октябрь, 2008 г.; Международной научно-технической конференции «Лесной комплекс: состоя-

ние и перспективы развития», г. Брянск, БГТА, ноябрь, 2008 г.; XVI международной конференции «Математика. Компьютер. Образование», г. Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, январь, 2009 г.; на Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, ВГТА, ноябрь, 2009 г; конференции ВГЛТА «The proceeding of annual 2010 conference - reports in English», март, 2010 г.; Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию факультета технологии деревообработки ВГЛТА «Современные технологические процессы получения материалов и изделий», апрель, 2010 г.; V Международном евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века», г. Екатеринбург, УГЛТУ, май, 2010 г.; X Всероссийской выставке НТТМ-2010, г. Москва, ВВЦ, июнь, 2010 г.; ГХ Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса», г. Брянск, БГИТА, октябрь, 2010 г.; X Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса», г. Брянск, БГИТА, май, 2011 г., X Всероссийской выставке-презентации учебно-методических изданий, г. Сочи, РАЕ, сентябрь, 2011 г.

Конструкция инструмента и режимы пиления внедрены на предприятиях ООО фирма «Олми», ООО «Лигнум», г. Воронеж, ГУ КК «Краснодарлес», г. Краснодар, деревообрабатывающем предприятии Сочинского национального парка, г. Адлер; результаты работы используются в учебном процессе на кафедрах древесиноведения, механической технологии древесины ГОУ ВПО «ВГЛТА».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 28 работ, 8 из которых без соавторов, общим объемом 35,93 п. л. (авторских -22,16 п. л.), в том числе: 5 статей в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК; 8 статей в изданиях центральной печати, монография; Патент на изобретение; Свидетельство на программное обеспечение ЭВМ; 8 докладов на международных и всероссийских конференциях.

Структура и объем диссертации. Основной объем работы составляет 147 страниц машинописного текста, 35 страниц приложений, 57 рисунков, 15 таблиц. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных результатов и выводов, библиографического списка, содержащего 122 наименования, в том числе 6 на иностранных языках, 5 приложений, в которые входят компьютерные программы и результаты расчетов, копии патентов, копии актов внедрения, благодарности, дипломы, почетные грамоты.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, изложена научная новизна исследований и определены научные положения, выносимые на защиту, дана их практическая значимость, представлены результаты внедрения.

Первая глава посвящена аналитическому обзору литературных источников по теме диссертации: рассмотрены технологии, оборудование и используемый режущий инструмент для пиления древесины мягких лиственных пород. Выявлены их достоинства и недостатки, которые позволили сформулировать задачи исследований. Рассмотрены свойства древесины мягких листвен-

ных пород, особенно учитываемые при пилении. Традиционно, свойства древесины низкосортных, малоценных лиственных пород в области модификации древесины изучались П.Н. Хухрянским, В.А. Шамаевым, Л.Т. Свиридовым и др. Однако значения известных физико-механических и, особенно, деформа-тивно-прочностных свойств древесины осины, тополя, липы, ольхи и др. отличаются в пределах 20-30%, а свойства такой древесины при динамических нагрузках не исследованы. Изучены особенности процесса продольного пиления древесины мягких лиственных пород круглыми пилами. Опытами А.Л. Бер-шадского установлено, что сила резания на зубе Р, достигает значения, достаточного для сдвига древесины от дна пропила, лишь при углублении резца до 0,8 мм. Чем глубже вдавливание зуба, тем больше работа трения и, следовательно, тем больше расход мощности на пиление. Поэтому целесообразно осуществлять распиловку пилами с комбинированными зубьями.

В этой же главе выполнены аналитические исследования процесса пиления древесины мягких лиственных пород инструментом с твердосплавными пластинами. Проведены исследования действующих сил со стороны зуба на древесину. Установлено, что пилы с твердосплавными пластинками почти полностью вытеснили на производственном рынке стальные, так как имеют в несколько раз выше точность изготовления и подготовки к работе, стойкость, а следовательно и более высокое качество пропила при правильно подобранном режиме эксплуатации. В этой же главе проанализированы режимы пиления и основные факторы, влияющие на качество пиленой поверхности и энергоемкость процесса пиления. Представленный обзор конструкций круглых пил для пиления древесины мягких лиственных пород показал отсутствие таковых, т.е. конструкций круглых пил предназначенных для пиления мягколиственной древесины с пониженной энергоемкостью и высоким качеством. Известные технические решения, повышающие работоспособность круглых пил, не оказывают практического влияния на качество пиленой поверхности и энергоемкость процесса пиления.

Вторая глава посвящена разработке теоретических предпосылок и моделированию процесса стружкообразования древесины мягких лиственных пород. Разработана математическая модель механизма стружкообразования при пилении древесины мягких лиственных пород круглыми пилами формулы (1)-(3). Установлено, что контактные процессы и процессы в зоне стружкообразования тесно связаны. Сложная взаимосвязь факторов отражает условия статического равновесия в зоне пиления. При пилении постоянно балансируются через силу 5 и момент М два одновременно протекающих процесса деформирования древесины - в зоне стружкообразования I ив зоне его контакта с передней поверхностью II. Наиболее изменчивыми параметрами, реагирующими на изменения любого внешнего фактора, являются угол стружкообразования, длина контактной зоны и форма эпюры нормальных давлений на переднюю грань. На рис. 1 приведена расчетная схема процесса пиления древесины мягких лиственных пород. Величины контактных давлений и длину контактной зоны стружки и резца, характер распределения напряжений в зоне контакта впервые были уста-

новлены Г.А. Зотовым и В.П. Ивановским для элементарных резцов и режущих дисков. Для круглых пил таких уравнений стружкообразования нет.

3- угол пиления пилы; а - половина длины плоскости стружкообразования; Ь - длина контакта передней грани зуба пилы с древесиной; е— угол расположения плоскости стружкообразования; а - задний угол пилы; и - показатель степени неравномерности распределения нагрузок по передней поверхности резца; с; и сг — постоянные Лангранжа; Р„ — нормальное давление на главной режущей кромке пилы; ат — предел текучести для древесины мягких лиственных пород; у- передний угол резца

5> = *

■с, 1л

с, + 2а + д/с\ + + 2а)1

■5^ = 0,

и + 1

(1)

где <г„ — зона текучести для мягколиственной древесины, 4...6 МПа; 2а = И/¡те - длина плоскости стружкообразования; п — показатель степени неравномерности распределения нагрузок по передней поверхности резца

2> = <4/с?+<« +2*)1 = (2)

Ра'К^-К,

(2а - с,) ■с\ + (с, + 2а)2 - с,+с,2 -с\ 1п 1}

с, + 2 д+^/сг- (с, +2 а)1

с1 + д/ё

-=0;

(3)

(л + 1)(я + 2)

где Кущ, - коэффициент упругости древесины; Кшаст - коэффициент пластичности древесины;4<аТ<6; 0<//<120°; 0<г<120°; 0</<40; 0<г^120°. Длина контактной зоны резца и древесины:

Ь^Ше-у)-—^, (4)

где t - усадка стружки со$(е-/)

< = -

Тогда величина контактного давления Р0 составит:

где ц =агс1$— угол трения; /- коэффициент трения стружки по резцу;

Формулы (1) - (3) образуют систему, являющуюся математической моделью взаимосвязей контактных характеристик (Р0, Ь, п) и параметров зоны стружкообразования (е, С1 , с2) с условиями пиления (Н, у, ¡л, сгт, Ку„р, Ктаст). Численная реализация созданной математической модели (10) на ЭВМ позволяет получить количественную оценку зависимости контактных характеристик процесса пиления древесины мягких лиственных пород от условий пиления: РоХ.п. Задав условия пиления (Н, у, /л, тТ, Ку„р, Ктаст,) определяем эти контактные характеристики процесса пиления. Зная эти контактные характеристики для древесины мягких лиственных пород, решаем задачу минимизации сил взаимодействия резца со стружкойPиQ (рис. 1).

В этой же главе изучено влияние параметров пилы и основных технологических параметров на эффективность процесса пиления древесины. Уточнено значение поправочных множителей на породу древесины, угол пиления, затупления, высоту пропила. Разработана программа для расчета режимов резания древесины. Рассчитана зависимость удельной работы пиления от подачи на зуб пилы:

Лм1-3 Дти43

Пила с разводом иг = ——; Пила с плющением № = —¡¡^; (7,8)

у 6811 2960 к

Скорости подачи на допускаемой высоте неровностей:

Пила с разводом: и. = ■ Пила с плющением £/,„ = Д"г°*" ",г (9,10)

^ м *» 6811-Ю3 2960-Ю3

В третьей главе представлена программа и методика проведения экспериментальных исследований. Разработана экспериментальная установка по определению упруго-пластических свойств древесины мягких лиственных пород при динамических нагрузках. В проводимых опытах для замера упругих, остаточных и суммарных упругопластических деформаций использовался крешер-ный метод, где в качестве крешера вместо мягких металлов применялся пластилин. Кроме этого применялся метод механической регистрации деформаций.

Экспериментально, методом оптимизации были выявлены оптимальные углы радиального и тангенциального поднутрения инструментов для резания древесины мягких лиственных пород. Управляемые факторы: ¥г - угол поднутрения радиальный (по радиусу инструмента); <р - угол бокового поднутрения (тангенциальный); р - плотность древесины. В качестве критерия оптимизации приняты значения боковой силы зажима /"V Взаимосвязь отмеченных параметров в указанных пределах была установлена статистическим путем, экспериментально, в виде следующего уравнения регрессии:

с 45,4-о0'26 лп

где 1' < ф < 60'; !'<*/< 60'; 300< р < 500;

Повышенные значения углов поднутрения приводят к положительному снижению абсолютного значения целевой функции Р6, но это может снизить устойчивость и жесткость инструмента. Излишне высокое значение Б6 вызывает на лезвиях инструмента действие теплоисточников повышенной интенсивности, что в конечном итоге приводит к неравномерному нагреву, повышенному тепловому износу и затуплению режущих кромок. В исследованиях процесса пиления использовался экспериментальный образец круглой пилы (Пат. на изобретение №2378104) с пластинками твердого сплава. На рис. 2 представлены зубчатый венец разработанной конструкции пилы, а также форма ее косозаточенного и сглаживающего зубьев. Пила состоит из корпуса 1, чередующихся сглаживающих 2 и косозаточенных 3 зубьев, выполненных из твердосплавных пластин. Величины переднего угла у и заднего а обеспечиваются наличием косозаточенных зубьев с острыми режущими кромками, скалывающими волокна мягко-лиственной древесины, а также уменьшением утла косой заточки ср = 8° со значительным (до 30 %) увеличением периода стойкости пилы.

Снижение уровня шероховатости разделяемых поверхностей мягколиствен-ной древесины достигается наличием сглаживающих зубьев с меньшими углами боковых поднутрений пластин, равных 40'. Сглаживающие зубья пилы создают эффект шлифования на разделяемых поверхностях древесины. Для исследования энергоемкости процесса пиления использован круглопильный станок с подключенным промышленным ваттметром

(рис. 3). Шероховатость пиленой поверхности измерялась профило-метром. Активный эксперимент проводился для четырех факторов двух выходных величин с использованием центрального униформ-ротатабельного планирования.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований и выполнена оптимизация процесса продольного пиления древесины мягких листвен-

Рисунок 2 - Конструкция круглой пилы

Рисунок 3 - Круглопильный станок ДМ-19240 «Энергомаш» с подключенным ваттметром

Таблица 1 - Реологические коэффициенты упругости и пластичности мягколиственной _древесины_

Коэффициенты Порода Влажность древесины, %

10 20 30

(упругости) Ольха 0,48 0,47 0,44

Осина 0,45 0,40 0,35

Липа 0,42 0,39 0,33

(пластичности) Ольха 0,72 0,74 0,79

Осина 0,61 0,64 0,68

Липа 0,55 0,58 0,60

ных пород круглыми пилами.

На основе определения упруго-пластических свойств древесины при динамических нагрузках впервые получены реологические коэффициенты упругости и пластичности (табл. 1). Степень участия упругих и остаточных деформаций при деформировании древесины характеризуется реологическими коэффициентами. Установлено, что даже при небольшой удельной нагрузке стенки сосудов древесины мягких лиственных пород сильно деформируются (рис. 4), что указывает на появление остаточных деформаций. При увеличении ударной нагрузки стенки сосудов лопаются и возможно разрушение образцов, уже при А = 80 Дж/см2.

В соответствии с планом эксперимента были определены влияющие факторы и интервалы их варьирования (табл. 2).

Уравнения регрессии шероховатости поверхности Ят, мкм и мощности на пиление Ы, Вт от переменных факторов в натуральных значениях имеют вид: ^(Г.А^ад) = 48,83 + 0,4Ж + 8,1 \К0 - 354,995г - 4,715 + 0,06Шо -46,11ЛГ052 + + \А2,2В$2+2,А2К(>В-й,\9Шо52-\А:,22К0В51 ' (12)

Ка,В,Зг) = 237,43 - 0,4Г- 8,2Ка + 55,03В - 437,375, + 0,0\Шо +\,64К0В + + 15,36^ + 2,2^-0,22Ш.5г

Таблица 2 - Управляемые факторы и интервалы варьирования

Обозначение факторов Наименование Единица измерения Пределы варьирования

Нижний уровень -1 Верхний уровень+1

XI Влажность древесины % 15 60

Х2 Угол наклона волокон градус 0 20

хз Ширина пропила* мм 3,4 4,1

х4 Подача на зуб мм 0,04 0,3

* - Ширина пропила выбиралась для пил с ТСП по ГОСТ 9769-79

Рисунок 4 - Микроструктуры образцов осины до и после деформирования

Графики зависимости ключевых влияющих факторов на шероховатость мощность резания представлены на рис. 5.

а б

Рисунок 5 - Графики зависимости ключевых влияющих факторов в натуральных величинах: а -шероховатости от подачи на зуб и влажности; б - мощности пиления от подачи на зуб и ширины пропила

На основе разработанной программы методом варьирования получены номограммы по выбору рациональных режимов пиления.

В пятой главе представлены результаты реализации опытно-промышленной апробации результатов работы и выполнен расчет экономической эффективности предлагаемого технического решения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель механизма стружкообразования процесса пиления древесины мягких лиственных пород, позволяющая установить величину контактного давления Р„ в зависимости от условий пиления. Установлено, что нормальные напряжения Р„ и касательная сила резания Ргр меняется незначительно до величины переднего угла у = 20°.

2. Точное определение коэффициентов упругости и пластичности в результате исследований упруго-пластических свойств древесины мягких лиственных пород позволило назначить оптимальную разность радиусов резания прямых и косозаточенных зубьев пилы равную 0,2 мм.

3. Разработана и обоснована конструкция круглой пилы (Пат. РФ №2378104), позволяющая повысить эффективность процесса пиления мяпсоли-ственной древесины, а именно: улучшить качество выпускаемой пилопродук-ции и минимизировать энергоемкость.

4. Получены номограммы для определения технологических показателей процесса пиления древесины мягких лиственных пород круглыми пилами: скорости пиления и допустимой подачи на зуб.

5. Определены четыре основных фактора (влажность, угол наклона волокон древесины, ширина пропила, подача на зуб пилы), влияющие на выходные величины - шероховатость и мощность пиления. Получены регрессионные уравнения для определения шероховатости поверхности и мощности на пиление, которые позволили определить степень влияния факторов и получить оптимальные значения подачи на зуб - 0,06. ..0,1 мм, влажности - 15...20%, косослойности 0... 10°, ширины пропила 3,4 мм.

6. Годовой экономический эффект от внедрения разработанной круглой пилы и режимов резания составит: от снижения затрат на заточку инструмента - 73 297 руб., сокращения затрат на фрезерование поверхности - 539 985 руб., снижения расходов электроэнергии — 290304 руб. Сводный хозрасчетный эффект составляет - 771 790 руб. при объёмах производства 2778 куб. м. мягколи-ственной древесины.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ

1. Ивановский, A.B. Результаты исследований упруго-пластических свойств древесины мягких лиственных пород [Текст] / A.B. Ивановский // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. -2008.-№6(63).- с.74-80. (авторское участие - 0,44 п. л.)

2. Свиридов, Л.Т. Основы назначения силовых параметров деления древесины [Текст] /Л.Т. Свиридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский // Лесной журнал. - 2008. - №6.-с. 138-145. (авторское участие - 0,23 п. л.)

3. Ивановский, A.B. Уточнение инженерных расчетов процессов деления мягколиственной древесины [Текст] / A.B. Ивановский, В.П. Ивановский // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - Новочеркасск- 2009.-№2.-с. 68-70. (авторское участие - 0,16 п. л.)

4. Свиридов, JI.T. К наладке деревообрабатывающих станков оснащенных режущим диском / Л.Т. Свиридов, В.П. Ивановский, A.B. Ивановский // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - №6. - 2010. - с.138-144. (авторское участие - 0,2 п. л.)

5. Свиридов, Л.Т. Обрабатываемость резанием древесины различных пород [Текст] / Л.Т. Свиридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - №6. — 2010. - с. 126-132. (авторское участие - 0,17 п. л.)

Монография

6. Свиридов, Л.Т. Современные процессы и оборудование в деревообработке: монография [Текст] / Л.Т. Свиридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский. - Воронеж. : Воронежский ЦНТИ - филиал ФГУ «РЭА» Минэнерго России, 2011. - 363 с. (авторское участие -12,56 п. л.)

Издания центральной печати

7. Ивановский, В.П. Доминирующие внешние факторы процессов бесстружечного деления древесины мягких пород [Текст] / В.П. Ивановский, A.B. Ивановский // Дизайн и производство мебели. - Спб,- 2007.-№1(14).- с.31-38. (авторское участие - 0,21 п. л.)

8. Свиридов, Л.Т. Современные процессы и оборудование в деревообработке [Текст] / Л.Т. Свиридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский // Успехи современного естествознания. - №10. - 2011.-е. 92-93 (авторское участие - 0,07 п.л.)

9. Шамаев, В.А. Результаты исследований упругих свойств древесины осины при ударных нагрузках // В.А. Шамаев, A.B. Ивановский // Дизайн и производство мебели. - Спб,- 2008.-№1(18).- с. 39-41. (авторское участие - 0,12 п. л.)

10. Ивановский, В.П. Усовершенствование конструкций инструментов для деформирующей обработки мягколиственной древесины [Текст] / В.П. Ивановский, A.B. Ивановский //Дизайн и производство мебели.-Спб.-2008.-№3(20).- с.33-41. (авторское участие - 0,18 п. л.)

11. Ивановский, В.П. Разрезание и штампование древесины [Текст] / В.П. Ивановский, A.B. Ивановский // Дизайн и производство мебели. - Спб.-2009.-№1-2(22).- с. 68-72. (авторское участие - 0,12 п. л.)

12. Ивановский, A.B. Новые инструменты для обработки мягколиственной древесины / A.B. Ивановский, В.П. Ивановский // Лесное хоз-во.-2010.-№3.-с. 47-48. (авторское участие - 0,13 п. л.)

13. Хухрянская, Е.С. Определение интенсивных режимов резания древесины с помощью ЭВМ [Текст] / Е.С. Хухрянская, A.B. Ивановский // Деревооб-раб-щая промышленность.-2009.-№2.-с. 10-12. (авторское участие 0,14 п.л.)

14. Свиридов, Л.Т. Технология изготовления и подготовки к работе дереворежущих инструментов, оснащенных твердым сплавом [Текст] / Л.Т. Сви-

ридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский //Лесотехнический журнал. - 2011. -№3.-с. 106-113 (авторское участие - 0,3 п.л.)

Патенты и Свидетельства на программное обеспечение ЭВМ

15. Хухрянская, Е.С. Свидетельство РФ. Программа для расчета режимов резания древесины / Е.С. Хухрянская, A.B. Ивановский / Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2009611214; заявка № 2008616255, Заявка № 2009616609, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 26.02.2009 г. (авторское участие - 4,22 п. л.)

16. Пат. 2378104 РФ, МПК В27В 33/02. Круглая пила для обработки мягколи-ственной древесины [Текст] / Л.Т. Свиридов, A.B. Ивановский, В.П. Ивановский (РФ) ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ВГЛТА». - №2008126798/03 ; заявл. 01.07.2008 ; опубл. 10.01.2010, Бюл. № 1.- 5 с. (авторское участие - 0,16 п. л.)

Статьи и материалы конференций

17. Ивановский, A.B. Исследование факторов при силовом делении древесины мягких пород при динамических нагрузках [Текст] / A.B. Ивановский // Сб. Научному прогрессу - творчество молодых / МарГТУ. - Йошкар-Ола, 2007. - с. 30. (авторское участие - 0,06 п. л.)

18. Ивановский, A.B. Результаты исследований упруго-пластических свойств мягколиственной древесины [Текст] / A.B. Ивановский // Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов : сб. школа-конференция / ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2008. - с. 57-60. (авторское участие - 0,19 п. л.)

19. Хухрянская, Е.С. Использование ЭВМ для определения оптимальных режимов резания древесины [Текст] : сб. науч. тр. XVI междунар. конф. / Е.С. Хухрянская, A.B. Ивановский // Математика. Компьютер. Образование / Кафедра биофизики МГУ. - М. : РХД, 2009. - с. 197. (авторское участие - 0,04 п. л.)

20. Ивановский, A.B. Обоснование малоотходных режимов деления мягколиственной древесины с пониженной энергоёмкостью [Текст] / A.B. Ивановский // Лесной комплекс: состояние и перспективы развития : сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «БГИТА». - Брянск, 2008. - Часть 2. - Брянск. - с.104-107. (авторское участие - 0,25 п. л.)

21. Ивановский, A.B. Расчет винтового крепления режущих элементов инструмента на прочность [Текст] / A.B. Ивановский II Лес. Наука. Молодежь. Т. 1. - Воронеж : ВГЛТА, 2009. - с. 22-26. (авторское участие - 0,31 п. л.)

22. Ивановский, A.B. Разработка энергосберегающих конструкций дереворежущих инструментов [Текст] / A.B. Ивановский // Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых : сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «ВГТА». - Воронеж, 2009. - с. 248-250. (авторское участие - 0,19 п. л.)

23. Ивановский, В.П. Приоритетные направления совершенствования процессов резания древесины [Текст] / В.П. Ивановский, A.B. Ивановский // Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины : сб. научн. тр. / ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2010. - Вып.1. - с. 223-230 (авторское участие - 0,28 п. л.)

24. Ивановский, В.П. Разработка процессов бесстружечного деления древесины мягких лиственных пород [Текст] : сб. тр. межд. научно-техн. конф. / В.П. Ивановский, А.В. Ивановский // Актуальные проблемы лесного комплекса. Выпуск 27. - Брянск. - БГИТА, 2010. - с. 66-67. (авторское участие - 0,07 п. л.)

25. Ивановский, А.В. Основные направления по снижению энергоемкости процессов резания древесины [Текст] : тр. V междунар. евразийского сим-поз. / А.В. Ивановский // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века / УГЛТУ. - Екатеринбург, 2010. - с. 228-232. (авторское участие - 0,31 п. л.)

26. Ivanovskiy, A.V. Development of energy-saving wood-cutting tools [Текст] / A.V. Ivanovskiy, N.I. Bazarskaya // Актуальные проблемы лесного комплекса : межвуз. сб. науч. трудов / М-во образования и науки РФ, ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2010. - Вып.1. - Т.2. - с. 165-168. (авторское участие -0,22 п. л.)

27. Свиридов, Л.Т. Методологические основы назначения режимов резания древесины на разделительных операциях [Текст] / Л.Т. Свиридов, А.В. Ивановский, В.П. Ивановский // Научный вестник ВГЛТА : сб. науч. тр. - Вып. 2(7). - Воронеж, 2009. - с.77-85. (авторское участие - 0,22 п. л.)

28. Ивановский, А.В. Математическое моделирование энергоэффективного механизма стружкообразования при резании древесины мягких лиственных пород [Текст] : сб. тр. межд. научно-техн. конф. / А.В. Ивановский // Актуальные проблемы лесного комплекса. Выпуск 29. - Брянск. — БГИТА, 2011.-е. 81-86. (авторское участие-0,38 п. л.)

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим присылать по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВГЛТА, ученому секретарю. Телефон: (8-473) 253-72-40, Факс (8-473) 253-72-40.

Ивановский Александр Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОДОЛЬНОГО ПИЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ МЯГКИХ ЛИСТВЕННЫХ ПОРОД КРУГЛЫМИ ПИЛАМИ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 28.04.2012 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная.

Объем - 1 Усл. п. л. Заказ № 211. Тираж 100 экз._

Типография УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г.Воронеж, ул. Докучаева, 10