CC BY
10
ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ЛЕСОПИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Пилюшина Г.А. (БГИТА, г. Брянск, РФ)
The parameters of thorns of giving mechanisms of the equipment for handling wood are considered, the conditions of ganging of working surfaces of thorns with wood preforms are analysed.
Работоспособность вальцовых подающих механизмов обусловливается надежным сцеплением их рабочих элементов с перемещаемыми заготовками. Надежность сцепления зависит от состояния шипов, осуществляющих захват и непрерывную подачу заготовок в зону резания. Это состояние характеризуется геометрическими параметрами шипов, которые постепенно изменяются в процессе работы механизма подачи вследствие изнашивания.
При перемещении заготовок древесина оказывает сопротивление внедрению шипов, для преодоления которого к вальцу необходимо приложить внешнюю силу. Эффективность вальцовой подачи связана с тяговым усилием, развиваемым подающим элементом [1]:
Рт = <2ф,
где Р Т - тяговое усилие подающего элемента, Н; Q - нагрузка на подающий элемент, Н; ф- коэффициент сцепления.
Чем выше значение коэффициента сцепления, тем больше тяговое усилие шипа. При заглублении шипа в древесину происходит частичное ее разрушение, и возникают упругие деформации примыкающих к нему областей. На боковые поверхности шипа со стороны деформированной древесины оказывается давление, которое обусловливает возникновение при движении сил трения, удерживающих шип. Очевидно, что чем больше величина заглубления шипа, тем надежнее его сцепление с заготовкой.
Учитывая, что древесина является анизотропным материалом, сопротивление внедрению в нее других тел в разных направлениях различно. Неодинаковы при этом характер деформации и разрушения древесины. Это объясняется сложным строением древесины, разнообразием ее свойств, зависящих от породы, условий произрастания, влажности, температуры, скорости деформирования и другими причинами. Поэтому глубина внедрения шипа, а, следовательно, и коэффициент сцепления могут меняться в зависимости от состояния и свойств древесины.
Существенное влияние на глубину внедрения и усилия сцепления с древесиной оказывает форма заглубляемого тела. На рисунке 1 схематично представлены геометрические параметры пирамидального шипа.
Шип, внедряясь в древесину и образовывая в ней новые поверхности, воздействует на ее микроструктурные элементы. При сжатии, растяжении и сдвиге древесины объем древесного вещества, из которого образованы микроструктурные элементы, практически не изменяется. Значительно меняется форма и внутренний объем самих клеток, за счет чего они деформируются.
3
Рисунок 1 - Геометрические параметры шипа: 1 - передняя грань; 2 - задняя грань; 3 - боковая грань; а - задний угол; в - угол заострения; у - передний угол
Основную работу по деформированию древесины выполняют вершина шипа, передняя и боковые грани. Так как шип движется по круговой траектории, то первоначальное взаимодействие с древесиной происходит в зоне вершины шипа и его передней грани. Передняя грань при вершине шипа начинает сминать волокна древесины, вызывая деформацию растяжением. При этом боковые кромки передней грани движущегося шипа расклинивают волокна древесины в поперечном направлении, частично разрушая их. Разрушения в древесине могут наступать в результате однократного сдвига (перерезания стенок клеток) или растяжения. В первом случае величина перемещения (сдвига) клетки не превышает толщины ее стенки (около 8 мкм). Поэтому энергия, затрачиваемая на однократный сдвиг мала по сравнению с энергией, затрачиваемой на деформирование клеток. Во втором случае разрушения также происходят при малых деформациях, так как при растяжении поперек волокон разрушаются не сами волокна, а цементирующие их вещества. При растяжении вдоль волокон деформация значительно выше, чем при растяжении поперек волокон, но количество таких деформируемых волокон невелико, в том случае, если вершина шипа достаточно острая. Таким образом, передняя грань при вершине играет роль клина, создавая опережающую трещину и обеспечивая заглубление шипа.
Работа боковых граней шипа заключается в поперечном деформировании волокон древесины - сжатии. По мере продвижения шипа в толщу древесины происходит перестраивание ее структуры в результате изгиба стенок клеток. Возрастающие напряжения приводят к потере устойчивости клеток сначала одного горизонтального ряда. Они получают значительную остаточную деформацию. Устойчивость этого ряда резко падает, а затем начинает возрастать по мере уплотнения клеток, что приводит к потере устойчивости клеток второго ряда. Процесс повторяется, пока не будут деформированы все прилегающие ряды клеток. Возникающее при этом нормальные давления со стороны деформированных волокон древесины препятствует продвижению шипа, создавая трение на боковых гранях, что и определяет силу сцепления шипов с древесиной.
Таким образом, вершина шипа, образующая ее передняя поверхность и боковые грани выполняют основную работу по перемещению заготовок. Изменения геометрических параметров рабочих поверхностей шипов в результате износа значительно влияют на процессы деформирования древесины и глубину внедрения. В результате износа шипа вершинная часть приобретает округлую форму, стираются кромки передней и боковых граней. Это приводит к тому, что перед-
няя грань теряет способность расклинивающего действия, и лишь увеличивает деформирование волокон древесины. Поле деформации перед изношенным шипом представляет собой ряды достаточно сильно деформированных клеток, разделенные рядами слабо или вовсе недеформированных клеток. Поэтому процесс внедрения изношенных шипов является периодическим, неустойчивым. Это обусловливает уменьшение заглубления их в древесину и, как следствие, снижение сил сцепления с заготовкой. На практике для повышения тягового усилия изношенных шипов увеличивают давление на подающие вальцы. Однако в этом случае увеличивается деформированная поверхность древесины, а глубина внедрения шипов практически не изменяется, поэтому не исключается возможность проскальзывания заготовок в вальцах. Кроме того, изношенные шипы испытывают более значительные нагрузки со стороны волокон древесины (нормальные напряжения), что интенсифицирует их дальнейший износ.
Изменение геометрических параметров в процессе изнашивания определяет тягово-сцепные характеристики шипов. Возможность повышения тягово-сцепных характеристик заключается в формировании такой геометрической формы шипов, которая в процессе эксплуатации обеспечивает минимальный износ с сохранением первоначальных геометрических параметров.
Если рассматривать шипы подающих вальцов по аналогии с режущими инструментами, то можно предположить, что изменение переднего угла у в сторону уменьшения позволит более эффективно внедряться шипу, а острая вершина обеспечит максимальное заглубление. Учитывая, что задняя грань шипа фактически в работе не участвует, можно отказаться от нее, изменив форму четырехгранной пирамиды на трехгранную. Однако, как это повлияет на тягово-сцепные характеристики вальцов, можно определить лишь экспериментальным путем.
Поэтому от того, насколько точно известны природа и механизм контактных явлений на поверхностях шипа, величина и характер распределения нормального давления и сил трения по этим поверхностям, зависят точность прогноза прочности и стойкости рабочих элементов вальцов.
Литература
1. Амалицкий, В.В. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий/ В В. Амалицкий, В.И. Санев; М.: Экология, 1992. - 480 с.
