Пиление древесины круглыми пилами и пильными цепями

Цель: Определить основные кинематические соотношения при пиле- нии древесины круглыми пилами и пильными цепями.

Порядок выполнения работы:

1. Из приведенной ниже табл. 2.11 выбрать исходные данные для расчета, в зависимости от двух последних цифр зачетной книжки;

2. Составить расчетную схему сил, действующих в процессе пиле- ния;

3. Определить высоту пропила H;

4. Определить подачу на зуб Uz;

5. Определить удельное сопротивление пилению Ko;

6. Определить усилие резания РР при пилении;

7. Определить мощность N при пилении;

8. Определить производительность чистого пиления П;

9. Результаты расчетов свести в таблицу и по данным построить в масштабе графики зависимостей изменяемых величин от варьи- руемого параметра.

Указания к выполнению работы

Для выполнения работы рекомендуется пользоваться учебной лите- ратурой, приведенной в библиографическом списке на с. 89.

Наиболее распространенным способом механической обработки древесины является пиление. Процесс пиления происходит в закрытом пространстве, называемом пропилом, и потому более сложен, чем резание элементарным резцом. Кроме того, в процессе пиления участвуют не- сколько режущих кромок, траектория которых может отличаться от пря- молинейной.

В зависимости от направления плоскости пропила по отношению к волокнам древесины различают пиление трех видов:

– поперечное, при котором плоскость пропила перпендикулярна на- правлению волокон. Этот вид пиления применяют при валке деревьев, раскряжевке хлыстов на сортименты, при торцовке пиломатериалов и т.д.;

– продольное, при котором плоскость пропила параллельна волокнам древесины. Этот вид пиления применяют при выпиловке шпал, брусьев, досок, обрезке кромок у досок и т.д.;

– смешанное, при котором плоскость пропила по отношению к во- локнам древесины может быть расположена под любым углом. Этот вид пиления применяют в столярном производстве, при подпиле сваливаемого дерева и др.

Зуб пилы представляет собой сложный резец, который производит резание двумя или тремя режущими кромками. Для избежания зажима ре- жущего инструмента в пропиле применяют развод зубьев, при этом они делятся на левые и правые, либо уширение кончика зубьев за счет его плющения или наплавки из твердого сплава. В первом случае пиление производится двумя режущими кромками каждого зуба, одна из которых формирует дно пропила, а другая правую или левую стенку. Во втором случае в пилении участвуют три режущих кромки, формирующие дно и стенки пропила.

Углы заточки режущих кромок зависят от назначения пилы и харак- теристик распиливаемой древесины. При поперечном пилении короткая режущая кромка зуба, формирующая дно пропила, производит резание по- перек волокон и встречает наименьшее сопротивление. Это позволяет уве-

личить угол резания для круглых пил до 90o и более. Боковая режущая кромка производит, в этом случае, резание в торец и встречает наиболь- шее сопротивление. При продольном пилении назначение режущих кро- мок меняется.

В настоящее время, для цепных пильных аппаратов применяются пильные цепи универсального назначения с Г-образным строгающим зу- бом. Как и для других типов пил (круглых, ленточных, рамных), они име- ют правые и левые зубья с горизонтальной и вертикальной режущими кромками.

Процесс поперечного пиления круглой и цепной пилами представлен на рис. 2.5. Для дальнейших расчетов необходимо ввести некоторые харак- теристики процесса пиления.

Рис. 2.5. Схемы поперечного пиления круглой и цепной пилами: v – ско- рость резания, м/с; u – скорость подачи, м/с; Н – высота пропила, м; b – ши- рина пропила, м; РР – сила резания, Н; РО – сила надвигания, Н

Скоростью резания V при пилении является скорость перемещения зубьев пилы. Для круглых пил – это окружная скорость пильного диска; для цепных, ленточных и рамных пил – линейная скорость цепи, ленты, рамной пилы.

Силой резания РР при пилении называется усилие, действующее на древесину со стороны зубьев пилы и совпадающее по направлению со ско- ростью резания. Со стороны древесины на пилу действует такое же по ве- личине усилие (но направленное в обратную сторону), называемое силой сопротивления резанию. Для круглых пил сила резания направлена по ка- сательной к окружности диска, а для цепных пил параллельно направляю- щему элементу (пильной шине).

Во время пиления действует сила подачи PО, перпендикулярная силе резания и направленная от зубьев пилы в сторону распиливаемой древе-

сины. Со стороны древесины на пилу действует сила сопротивления над- вигания или, иначе, сила отжима.

Мощность (N, Вт) и усилие резания (РР, Н) при пилении можно оп- ределить по следующим формулам:

N = K b H u; (2.5.)

РР = K b H u / v, (2.6.)

где K – удельная работа резания при пилении, МДж/м3;

b – ширина пропила, м;

H – высота пропила (длина проекции дна пропила на плоскость, пер- пендикулярную направлению подачи ), м;

u – скорость подачи, м/с;

v – скорость резания при пилении, м/с.

Величину Н при раскряжевке круглых лесоматериалов можно рас- считать по следующей формуле:

H = 0,8D, (2.7)

где D – диаметр круглого лесоматериала в месте пропила, м.

Удельная работа резания, (К, МДж/м3), при пилении определяется по формуле

K = KO аП аW аr, (2.8)

где KO – основная удельная работа резания, МДж/м3;

аП – поправочный коэффициент, учитывающий породу древесины;

аW – поправочный коэффициент, учитывающий влажность древесины; аρ – поправочный коэффициент, учитывающий степень затупления зубьев пилы.

Величину подачи на один зуб uZ, расчет которой необходим для оп- ределения основной удельной работы резания КO, можно определить, ис- ходя из основного кинематического соотношения

u / v = uZ / tZ Þ uZ = u tZ / v, (2.9)

где uZ – величина подачи на зуб, мм;

tZ – шаг зубьев, мм.

Важной характеристикой механизма для пиления является произво- дительность чистого пиления (П, м2/с), которая определяется формулой

П = N / (K b) или П = Н u. (2.10)

В качестве примера рассмотрим порядок расчета при последних но- мерах зачетной книжки 04.

1. Исходные данные выбираем из табл. 2.11: тип механизма резания – КП (круглая пила); скорость резания – 75 м/c;

скорость подачи – 0,05–0,3 м/с, с шагом варьирования – 0,05 м/с; Для дальнейшего расчета и построения графиков зависимости рас-

считываемых величин от варьируемого параметра (скорости подачи) при- нимаем его следующие значения,м/с – 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3;

шаг зубьев – 50 мм = 0,05 м;

ширина пропила – 5 мм = 0,005 м; диаметр в месте пропила – 0,5 м; порода древесины – С (сосна); влажность древесины – 40 %;

количество часов работы после заточки – 3 часа.

2. Определяем высоту пропила:

H= 0.8D = 0,8 · 0,5 = 0,4 м.

3. Определяем значения подачи на зуб:

uZ 1 = u1 tZ / v = 0,05·0,05/75 = 0,00003 м = 0,03 мм; uZ 2 = u2 t2 / v = 0,1·0,05/75 = 0,00007 м = 0,07 мм; uZ 3 = u3 tZ / v = 0,15·0,05/75 = 0,0001 м = 0,1 мм; uZ 4 = u4 tZ / v = 0,2·0,05/75 = 0,00013 м = 0,13 мм; uZ 5 = u5 tZ / v = 0,25·0,05/75 = 0,00017 м = 0,17 мм; uZ 5 = u5 tZ / v = 0,3·0,05/75 = 0,0002 м = 0,2 мм.

4. Методом интерполяции по найденным значениям подачи на зуб и

заданной ширине пропила по табл. 2.9 (для круглых пил) находим основ- ное удельное сопротивление резания KO.

Для нашего варианта:

KO1 = 64,77; KO2 = 50,6; KO3 = 44; KO4 = 40,7; KO5 = 37,3; KO6 = 34.

Поправочные коэффициенты находим из таблиц: в зависимости от породы аП = 1,0 (см. табл. 2.3);

в зависимости от влажности аW = 0,96 (см. табл. 2.4);

в зависимости от степени затупления резца аr= 1,9 (см. табл. 2.8).

Общее удельное сопротивление резанию: К1 = 64,77·1,0·0,96·1,9 = 118,14 МДж/м3; К2 = 50,6·1,0·0,96·1,9 = 92,29 МДж/м3;

К3 = 44·1,0·0,96·1,9 = 80,26 МДж/м3; К4 = 40,7·1,0·0,96·1,9 = 74,24 МДж/м3; К5 = 37,3·1,0·0,96·1,9 = 68,04 МДж/м3. К6 = 34·1,0·0,96·1,9 = 62,02 МДж/м3.

5.Определяем усилие резания при пилении:

– при u1 = 0,05 м/с и К1 = 118,14 МДж/м3

РР1 = 118,14· 106·0,005·0,4·0,05/75 = 157,52 Н;

– при u2 = 0,1 м/с и К2 = 92,29 МДж/м3

РР2 = 92,29· 106·0,005·0,4·0,1/75 = 246,12 Н;

– при u3 = 0,15 м/с и К3 = 80,26 МДж/м3

РР3 = 80,26·106·0,005·0,4·0,15/75 = 321,02 Н;

– при u4 = 0,2 м/с и К4 = 74,24 МДж/м3

РР4 = 74,24·106·0,005·0,4·0,2/75 = 395,93 Н;

– при u5 = 0,25 м/с и К5 = 68,04 МДж/м3

РР5 = 68,04·106·0,005·0,4·0,25/75 = 453,57 Н;

– при u5 = 0,3 м/с и К5 = 58,37 МДж/м3

РР6 = 62,02·106·0,005·0,4·0,3/75 = 496,16 Н.

6. Определяем мощность резания при пилении для тех же условий:

N1 = 118,14·106·0,005·0,4·0,05 = 11814 Вт = 11,81 кВт; N2 = 92,29·106·0,005·0,4·0,1 = 18459 Вт = 18,46 кВт; N3 = 80,26·106·0,005·0,4·0,15 = 24077 Вт = 24,08 кВт; N4 = 74,24·106·0,005·0,4·0,2 = 29695 Вт = 29,7 кВт;

N5 = 68,04·106·0,005·0,4·0,25 = 34018 Вт = 34,02 кВт;

N6 = 62,02·106·0,005·0,4·0,3 = 37212 Вт = 37,21 кВт.

7. Определяем производительность чистого пиления:

П1 = 0,4·0,05 = 0,02 м2/с = 200 см2/с; П2 = 0,4·0,1 = 0,04 м2/с = 400 см2/с; П3 = 0,4·0,15 = 0,06 м2/с = 600 см2/с; П4 = 0,4·0,2 = 0,08 м2/с = 800 см2/с; П5 = 0,4·0,25 = 0,1 м2/с = 1000 см2/с; П6 = 0,4·0,3 = 0,12 м2/с = 1200 см2/с.

8. Результаты расчетов сводим в таблицу:

Номер п/п	Варьируе- мый па- раметр	Изменяемые величины
u,м/с	иZ, мм	КО, МДж/м3	К, МДж/м3	РР , Н	N, кВт	П, см2/с
	0,05	0,03	64,77	118,14	157,52	11,81
	0,1	0,07	50,6	92,29	246,12	18,46
	0,15	0,1		80,26	321,02	24,08
	0,2	0,13	40,7	74,24	395,93	29,7
	0,25	0,17	37,3	68,04	453,57	34,02
	0,3	0,2		62,02	496,16	37,21

9. По полученным данным строятся зависимости: РР = f(u); N = f(u); П = f(u).

P P , H 500

P P =f(u)

0,1 0,25 u , м/c

Рис.2.6. График изменения силы резания

N , Bт N=f(u)

40

u , м/c

Рис.2.7. График изменения мощности резания

П , см2/c

П=f(u)

1200

u , м/c

Рис.2.8. График изменения производительности чистого пиления

Т а б л и ц а 2.8

Коэффициент, учитывающий влияние затупления резца на удельное со- противление резанию

Время работы пилы после заточки, ч		0,5	1,0	1,5	20,	2,5	3,0	4,0
Поправочный коэффициент, аr	1,0	1,2	1,4	1,55	1,7	1,8	1,9	2,0

Т а б л и ц а 2.9

Значения основной удельной работы резания КO при поперечном пилении круглыми пилами

Ширина пропила, мм	Удельная работа резания, МДж/м3, при подаче на зуб, мм
0,4	0,3	0,2	0,1	0,05	0,02
1,5	79,0	80,0	81,0	88,0	99,0	122,0
2,5	60,0	63,0	66,0	73,0	86,0	102,0
3,5	48,0	49,0	51,0	60,0	72,0	88,0
5,0	31,0	32,0	34,0	44,0	54,0	73,0

Т а б л и ц а 2.10

Значения основной удельной работы резания КO при поперечном пилении пильными цепями

Ширина пропила, мм	Удельная работа резания, МДж/м3, при подаче на зуб, мм
0,1	0,2	0,3	0,4	0,7	1,0
	29,3	22,5	20,6	19,6	16,6	13,0
	25,4	19,6	17,6	16,6	13,0	11,6
	21,5	17,6	15,2	13,6	11,6	10,2

Т а б л и ц а 2.11

Исходные данные для второй расчетной работы

Наименование исходных данных	номер зач. книжки	Значения исходных данных в зависимости от номера зачетной книжки
Тип механизма резания	посл.	ПЦ	КП	КП	ПЦ	КП	ПЦ	КП	П Ц	ПЦ	К П
Скорость резания, м/с – верхний предел – нижний предел – шаг варьирования	посл.		–		–				–		–
–		–		–	–	–		–
–		–		–	–	–		–
Скорость подачи, м/с – верхний предел – нижний предел – шаг варьирования	посл.	–	0,4	0,3	0,05	–	0,15	–	0,1	–	0,4
0,03 0,08	–	–	–	0,05 0,3	–	0,1 0,35	–	0,03 0,08	–
0,01	–	–	–	0,05	–	0,05	–	0,01	–
Шаг зубьев, мм	посл.
Ширина пропила, мм	посл.	9,0	3,5	5,0	8,0	5,0	9,0	5,0	5,0	13,5	3,5
Диаметр пропила, м – верхний предел – нижний предел – шаг варьирования	посл.	0,5	0,25	–	0,15	0,2	–	0,4	0,2	0,6	0,3
–	–	0,15 0,4	–	–	0,3 0,6	–	–	–	–
–	–	0,05	–	–	0,06	–	–	–	–
Порода древесины	пред- посл.	С	Е	Б	Ос	С	Е	Д	С	Б	Лс
Влажность, %	пред- посл.
Кол-во часов работы после заточки	пред- посл.				0,5