УДК 674.023:621.9

 

СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

 ПРИ ТОРЦОВОМ ПИЛЕНИИ ДРЕВЕСИНЫ

 

Глебов И.Т.

Уральский государственный лесотехнический университет

 

WAY OF DECREASE IN CAPACITY AT FACE DIVISION OF WOOD

Предложена круглая пила для торцового пиления древесины, и методика расчета мощности при работе такой пилой

 

Для поперечного пиления древесины используют пилы, зубья которых выполнены с боковой косой заточкой под углом 45º…65º по передним и задним граням. Основную работу при пилении выполняют боковые режущие кромки. При пилении зубья своими боковыми режущими кромками при вершинах сначала перерезают волокна древесины в плоскостях стенок пропила, углубляясь примерно на 0,8 мм, а затем передние грани зубьев сдвигают перерезанные волокна вбок в направлении их длины, формируя дно пропила. Пиление сопровождается значительным измельчением опилок, что приводит к увеличению мощности процесса пиления.

А.Л. Бершадским предложена для поперечного пиления пила с комбинированными зубьями [1]. Пила содержит несколько блоков зубьев. Каждый блок включает два подрезающих зуба с косой боковой заточкой и один стружкообразующий прямой укороченный зуб. Прямой зуб выполняет поперечное резание, энергопотребление которого меньше, чем продольного резания. Схема формирования срезов в пропиле шириною b при пилении пилой с комбинированными зубьями показана на рис. 1. Из схемы следует, что каждый зуб пилы перерезает волокна (подрезающие зубья 1 и 2) или срезает слой древесины (зуб 3) толщиною 3Sz, где Sz – величина подачи на зуб, мм. Прямой зуб 3 может быть плющеным или оснащен пластиной твердого сплава и должен быть короче зубьев 1 и 2 на величину 2Sz. В связи с этим траектория зуба 3 в древесине совпадает с траекторией зуба 1.

Для расчета режимов пиления такой пилой необходимо знать сопротивление перерезания волокон подрезающими зубьями и сопротивление удаления срезаемого слоя зубьями 3. В работе [2] приведены сведения по определению единичной касательной силы резания при поперечном пилении обычной пилой с шириной пропила b = 1,5 мм. Можно допустить, что при работе обычной пилой в таком узком пропиле все сопротивление резания относится только на перерезание волокон, а силы бокового сдвига перерезанных волокон равны нулю.

Значения единичной касательной силы резания Fx1 при поперечном пилении древесины сосны влажностью W=15% острыми зубьями с шириной пропила 1,5 мм в зависимости от толщины срезаемого слоя а приведены ниже:

Fx1, Н/мм

1,25

2,14

2,94

3,76

4,5

6,45

8,30

12,3

16,2

а, мм

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,075

0,1

0,15

0,20

Примем ширину надреза 1 мм и табличные данные представим в     виде, Н:

.                                                  (1)

Учитывая (1), для блока из трех зубьев комбинированной пилы можно найти касательную силу резания по формуле, Н:

,                                  (2)

где ап, аw, ar – поправочные коэффициенты соответственно на породу древесины, влажность и затупление режущих кромок зубьев;

k#, р# – касательное давление на переднюю поверхность прямого зуба и фиктивная сила при поперечном виде резания соответственно, МПа и Н/мм.

Порядок расчета режимов резания при поперечном пилении комбинированной пилой показан на примере.

Дано. На суппортном торцовочном станке модели ЦПА40–М распиливаются сосновые брусья влажностью W =20% и сечением 100×150 мм. Диаметр пилы D = 450 мм, толщина диска S =2,8 мм, уширение зубьев на сторону S’ =0,7 мм, число зубьев пилы Z = 72, частота вращения пилы n = 2900 мин-1, угол резания подрезающих зубьев δ = 90º, прямого зуба δ = 80º, углы боковой косой заточки подрезающих зубьев β1= 45º. Расстояние от центра пилы до стола h = 200 мм, высота пропила t = 100 мм. Скорость подачи   Vs = 15 м/с, зубья острые, пила расположена над столом станка.

Определить мощность на пиление комбинированной пилой в сравнении с пилением обычной торцовой пилой.

Решение. Расчетная схема пиления показана на рис. 2.

1. Находим ширину пропила

4,2 мм.

2. Находим значение подачи на зуб

= 0,07 мм.

3. Величина укорочения прямых зубьев комбинированной пилы

С = 2Sz = 2· 0,07 =0,14 мм.

4. Углы контакта пилы с заготовкой:

– входа   

 

– выхода  = 27,3º;

– контакта 36,3º;

– среднее 45,4º.

5. Длина дуги контакта

= 142,7 мм.

6. Определяем скорость главного движения

= 68,3 м/с.

       7. Толщина слоя (перерезаемого, срезаемого)

0,154 мм.

8. Касательная сила резания на зубьях №1 и №2

= = 12,58 Н.

9. Касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба:

–  для обычной пилы [3]

,

где  γ – передний угол, град;

b – ширина пропила, мм;

β1 – угол боковой заточки, град.

== 21,68 МПа;

– для зуба №3 комбинированной пилы

= 6,98 МПа

10. Величина затупления режущей кромки для острых зубьев ar = 1.

11. Окружная касательная сила резания:

– обычной пилы

= 59,9 Н;

–  для комбинированной пилы 

12. Мощность на пиление:

– обычной пилы

=4,09 кВт;

–  для комбинированной пилы 

= 3,26 кВт.

Вывод. 1. Использование для поперечного пиления древесины комбинированных пил, подрезающие зубья и стружкосрезающие укороченные зубья позволяет снизить энергопотребление процесса пиления.

2. Величина укорочения прямых зубьев пилы должна строго соответствовать заданной скорости подачи.

3. Расчеты показывают, что максимальные преимущества комбинированной пилы по энергосбережению наблюдаются при небольших скоростях подач. С увеличением скорости подачи затраты энергии на пиление комбинированной и обычной пилой выравниваются. Например, при Vs = 50 м/мин для приведенных выше условий пиления Р = 9,12 кВт, Рк = 9,18 кВт. В этом случае толщина перерезаемых слоев древесины достигает 0,512 мм и касательные напряжения сдвига перерезанных волокон оказываются достаточными для образования стружки обычным способом.

 

Библиографический список

1. Бершадский А.Л. Резание древесины [Текст]./ А.Л. Бершадский – Москва-Ленинград: Гослесбумиздат, 1956. – 328 с.

2. Амалицкий В.В. Оборудование отрасли [Текст]./ В.В. Амалицкий, В.В. Амалицкий – М.: МГУЛ, 2005. – 584 с.

3. Бершадский А.Л. Резание древесины [Текст]./ А.Л. Бершадский, Н.И. Цветкова – Минск, Вышейш. шк., 1975. –304 с.