ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПИЛ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОЙ РАСПИЛОВКИ БРЕВЕН
Соловьёв В.В., Пустовалова М.А. (АГТУ, г. Архангельск, РФ)
The results of saws researches with compensation slots used for cross cutting are stated in the given paper.
Одной их важнейших задач современного деревообрабатывающего производства является повышение производительности круглопильного оборудования за счет улучшения эксплуатационных свойств дереворежущего инструмента и выбора оптимальных режимов резания. Практика эксплуатации круглых пил показывает, что до 40 % аварийного расхода обусловлено недостаточной работоспособностью инструмента. Многочисленными экспериментальными и теоретическими исследованиями доказано, что основной причиной потери работоспособности круглых пил оказываются температурные напряжения, вызванные неравномерным нагревом пильного диска.
Среди способов компенсации температурных напряжений, таких как применение более прочных материалов, более совершенных конструкций пил и пильных агрегатов, выделяется способ создания компенсационных прорезей как наиболее эффективный и не требующий значительных материальных затрат.
В настоящее время предложено и защищено авторскими свидетельствами большое количество различных конструкций прорезей. Однако конструкция прорезей выбирается интуитивно, а обоснованность той или иной формы разрезов, как правило, доказывается экспериментальными методами. При этом следует отметить, что критерий оценки эффективности прорезей сам по себе не имеет достаточного обоснования. Поэтому в ряде случаев используются оценочные показатели, не связанные напрямую с возникающими в пиле напряжениями. Характер распределения напряжений их величина, как правило, остаются неустановленными. Отсутствие знаний о напряженном состоянии затрудняет выбор оптимальных параметров прорезей, обеспечивающих не только компенсацию температурного влияния, но и не снижающих прочностные показатели пильного диска.
С применением современной компьютерной техники и методов математического моделирования были определены напряжения от отдельных нагрузочных факторов и полные напряжения в пилах с различными конструкциями прорезей [1,2]. Оценка работоспособности пил выполнена на основе методов механики разрушения. По результатам исследований можно дать следующие рекомендации по созданию компенсационных прорезей.
Применительно к пилам большого диаметра, предназначенным для поперечной распиловки древесины, следует отметить, что наибольшей эффективностью, в смысле снижения уровня опасных растягивающих напряжений на периферии диска, обладают внешние прорези длиной L=0,36R, что соответствует расположению конца прорези в зоне максимального нагрева диска по данным [3]. Наибольшую эффективность обеспечивают четыре прорези. Согласно исследованиям, скорость развития трещины при этом снижается почти в 12 раз. По мере стачивания пильного полотна необходимость увеличения длины прорези до начального размера не возникает. Минимальная рекомендуемая длина прорези L=0,27R обеспечивает работоспособность инструмента до минимально допустимого диаметра.
Вместе с тем следует отметить, что увеличение длины прорезей неблагоприятно влияет на поперечную жесткость пильного диска [4]. Поэтому для практического применения рекомендуется такая длина прорезей, при которой в пильном диске не происходит развитие дефектов типа трещин в установленный период стойкости по условию затупления и обеспечивается необходимая поперечная жесткость. Концы радиальных прорезей рекомендуется дополнительно обрабатывать с целью снижения концентрации напряжений. Эти операции могут производиться на существующем оборудовании и не требуют существенных дополнительных капиталовложений.
Для новых пил диаметром D0=1500 мм, применяемых на слешерах, рекомендуемая длина четырех внешних прорезей составляет L0=200 мм. За период работы пила стачивается до минимально допустимого диаметра D=1150 мм. При этом, за одну переточку, как правило, снимается 2 мм диаметра (в среднем по отрасли за одну переточку снимается слой толщиной 1мм). Период стойкости по условию затупления составляет 8 часов. Считая, что операция заточки пил направлена не только на восстановление остроты зубьев, но и на устранение развивающихся трещин в работе [3] для обеспечения безопасной работы пилы на протяжении всего срока эксплуатации было предложено установить период работы пилы между переточками 4 часа. Создание прорезей начальной длины 200 мм обеспечит увеличение числа циклов нагружения, за которое трещина от величины начального дефекта (риски при заточке) l0=20 мкм достигнет предельно допустимой длины l=1 мм (величины снимаемого при заточке слоя), в 3,3 раза по сравнению с диском без прорезей. Это увеличение числа циклов является достаточным, для того чтобы обеспечить работоспособность пилы в течение 8 часов. По мере стачивания полотна пилы при переточках длина прорези уменьшается, однако, согласно расчетам, на всем периоде работы пилы обеспечивается увеличение числа циклов нагружения, за которое длина трещины достигнет предельно допустимого значения, как минимум в 2,6 раза по сравнению с диском без прорезей.
Литература
1. Соловьев В.В., Пустовалова М.А. Влияние радиальных компенсационных прорезей в круглых пилах большого диаметра на их работоспособность // Деревообрабатывающая промышленность № 4, 1999, с.21-23.
2. Соловьев В.В., Пустовалова М.А. О распределении напряжений в дереворежущих дисковых пилах с компенсационными прорезями // Межвузовский сборник научных трудов «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств» Санкт-Петербург, ЛТА 1998, с.12-16.
3. Пустовалова М.А. Обоснование рациональных параметров компенсационных прорезей в круглых дереворежущих пилах для улучшения их эксплуатационных свойств // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, Архангельск, 2000, 22 с.
4. Соловьев В.В., Пустовалова М.А. Обоснование рациональных параметров конструкций дереворежущих пил, обеспечивающих улучшение качества продукции // Тезисы докладов на Международной научно-технической конференции "Малоотходные технологии переработки древесины и эффективное использование вторичного сырья", Москва, НТО бумдревпром, 2000 г., с. 20-21.