Теоретические основы технологических процессов лесоскладских работ

2.1. Технологические процессы лесоскладских работ как взаимодействие рабочих органов лесоскладского оборудования с предметом труда.

2.1.1. Обоснование принципа взаимодействия рабочего органа с предметом труда.

Исходя из данного положения, что технологический процесс это взаимодействие средств труда с предетом труда в определенных условиях среды с целью получения продукта труда с заранее заданными количественными и качественными параметрами можно выделить следующие составляющие процесса

1. предмет труда

2. средства труда

3. управление процессом

4. продукт процесса

Эти элементы являются неотъемлемыми частями любого технологического процесса и находятся в организованном единстве.

Управление ТП заключается в придании ему оптимальных параметров функционирования. Отклонение от оптимального значения параметров ТП приводит к необоснованному снижению производительности оборудования или перегрузке основных узлов, повышение энергозатрат и др.

Рассматривая вопросы взаимодействия рабочих органов с предметом труда, следует четко знать, что управлять ТП должен технолог, а управлять оборудованием оператор или рабочий.

Технолог, имея соответствующую подготовку выполняет расчеты режимов взаимодействия и передает их оператору, который через соответствующие системы управления задает и поддерживают эти режимы.

Системы управления оборудованием лесных складов могут обеспечивать работу в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. При ручном режиме оператор анализирует различные виды информации, принимает решения и задает режимы. При полуавтоматическом режиме часть работы оператора выполняет сама машина. При автоматическом режиме полностью всю работу выполняет машина.

Работа в автоматических режимах невозможна без применения ЭВМ. Обеспечение работы в полуавтоматическом и автоматическом режимах требует высокой подготовки технологов. Они должны свободно владеть методикой расчета режимов взаимодействия рабочих органов с предметом труда и прежде всего расчетом параметров технологического процесса. К таким параметрам относятся – кинематические, силовые, мощностные и энергетические.

Кинематические параметры делятся на два вида: 1 – угловые (угол резания); 2 – линейные (скорость резания, скорость пдачи, величина подачи на один зуб, величина развода зубьев пилы и т.д.).

Кинематические линейные параметры наиболее часто используются в качестве режимных или управляющих параметров.

К силовым параметрам относятся: усилие резания, усилие подачи, усилие подъема опускания, усилие окорки, раскалывания и т.д. (Н/м)

Энергетические параметры определяют затраты энергии на выполнение рабочих приемов и элементов операций, зависят от значительного количества факторов, которые можно объединить в следующие группы:

1. характеристики предмета труда

2. параметры оборудования

3. технологические параметры

4. природно-производственные факторы.

Значительное количество взаимосвязанных факторов, оказывают большое влияние на режимы взаимодействия рабочих органов с предметом труда, вызывает определенные трудности оперативного управления режимами ТП.

Для обеспечения эффективного управления процессами необходимо внедрять ЭВМ с соответствующим информационным, математическим и программным обеспечением.

2.1.2. Модульно-блочный принцип компоновки лесоскладского оборудования – рабочих органов.

Для выполнения операций лесоскладских работ используется большое количество различного оборудования. Все оборудование делится на две группы: 1 – ПТМаш и оборудование; 2 – ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩЕЕ оборудование.

ПТО служит для перемещения грузов в переделах территории склада. Основные рабочие приемы, выполняемые ПТО – захват груза; подъем – опускание, перемещение груза и перемещение самого оборудования. К ПТО относятся канатно-блочные системы, краны кабельные, башенные, мостовые, козловые, консольно-козловые и мобильные средства (автопогрузчики). Они имеют основания или фермы на которые монтируются механизмы подъема и опускания грузов, перемещения грузов; оборудуются грузозахватными устройствами для выдачи или укладки грузов.

Лесообрабатывающее оборудование служит для первичной обработки и переработки лесоматериалов. Это оборудование выполняет такие операции как: – очистка деревьев от сучьев, поперечную и продольную распиловку, окорку, раскалывание, измельчение и т.д. Лесообрабатывающее оборудование включает механизмы: загрузки (манипуляторы, поперечные транспортеры, канатно-блочные системы), механизмы пиления (окорки, измельчения и т.д.), подающие механизмы и механизмы сброски. Все эти установки могут иметь одинаковые или подобные блоки или модули. Например, в большинстве станков для продольной распиловки подача осуществляется с помощью тележек, для перемещения которых служит канатно-блочная система.

2.2. Приложении теории резания древесины к обрабатывающим операциям лесоскладских работ.

2.2.1. Общие положения теории резания древесины.

На лесных складах выполняются огромные объемы работ по механической обработке древесины (МОД), т. е. работ связанных с ее резанием. При этом применяется большое число режущих инструментов: ножи и фрезы (очистка от сучьев); круглые или цепные пилы и ножи бесстружечного резания (раскряжевка (хлыстов) и разделка (долготья)); ножи, фрезы и тупые коросниматели (окорка); круглые, рамные и ленточные пилы (продольная распиловка); клинья (раскалывание); ножи (измельчение). (ПЕРЕОДИЧЕСКАЯ ОСНОВА). Теоретической основой называется теория резания решающая следующие задачи:

1. определение усилий и потребной мощности на резание

2. определение оптимальных параметров режущего инструмента, обеспечивающих максимальную производительность с минимальными энергозатратами при высоком качестве

В соответствии с теорией резания различают два вида резания: 1 – с образованием стружки (пиление, фрезерование, строгание); 2 – без образования стружки (раскалывание и силовое резание ножами)

Различают три главных направления резания: поперечное; продольное; в торец.

При резании в торец плоскость резания и направление резания перепендикулярно волокнам древесины. При продольном резании они параллельны. При поперечном резании плоскость резания параллельна волокнам, а направление перпендикулярно. Эти направления называются главными, но кроме главных часто встречаются продольно-поперечные и др.

Для внедрения резца в древесину и отделения стружки к нему должна быть приложена сила Р_р называемая силой резания. Эта сила необходима для перерезания и смятия волокон древесины, для деформации стружки, для преодоления сил трения резца о древесину и стружку и др. Сила резания Р_р всегда направлена по траектории резания в сторону движения резца.

Сила отжима Р_о всегда перпендикулярна напревлению движения резца, под ее действием происходит отжим резца или его затягивание.

Между силой Р_р и Р_о существует зависимость:

α – коэффициент, зависящий только от угловых параметров резца и степени го затупления.

к – удельная работа резания, Дж/м³

b и h – ширина и толщина отделяемой стружки, м

υ – скорость резания, м/с

Физический смысл удельной работы резания k – это величина работы необходимой для превращения 1 м³ древесины в опилки или стружку

Произведение bh υ=q показывает секундный объем стружки или опилок м³/с. Откуда

Сила резания и удельная работа резания зависят от направления резания, влажности, степени затупления резца, толщины стружки, угла резания, скорости резания и др.

Особое влияние оказывают порода древесины, изменение угла резания и степени затупления резца.

2.2.2. Пиление, фрезерование, строгание, бесстружечное резание, раскалывание и скобление.

Пиление – это деление древесины на две и более частей при помощи повторного прохождения многорезцового инструмента в заданном сечении. Деление выполняется инструментом называемом пилами. При пилении участвует несколько режущих кромок. Стружкообразование происходит в закрытом пространстве, называемом пропилом. В зависимости от положения плоскости пропила по отношению к волокнам древесины различают три вида пиления – поперечное, продольное и смешанное.

У зубьев пилы различают три режущих кромки формирующие стенки и дно пропила.

СХЕМА ПОПЕРЕЧНОГО ПИЛЕНИЯ КРУГЛЫМИ ПИЛАМИ

Р_Р, Р_О, Р_U – усилия резания, отжима и надвигания соответственно;

U, υ – скорости надвигания и резания;

b, H – ширина и высота пропила; высота пропила – проекция дна пропила на плоскость перпендикулярную направлению подачи;

ω – угловая скорость вращения круглой пилы;

θ – кинематический угол встречи (угол между векторами U и υ)

Фрезерование – снятие стружки ножами, установленными на вращающемся барабане или ножевом диске.

СХЕМА ФРЕЗЕРОВАНИЯ

b_O и H_O – ширина и толщина снимаемого слоя древесины;

υ_ф – скорость вращения фрезы или скорость резания;

При фрезеровании толщина снимаемой стружки переменна.

Строгание – снятие стружки постоянного сечения при движении резца или лесоматериала. При строгании может использоваться один или несолько ножей, образующих ножевую головку.

СХЕМА СТРОГАНИЯ

Безстружечное резание выполняется стальными клиньями или режущими пластинками. Режущая кромка сминает и перерезает волокна, а боковые грани их раздвигают.

β – угол заострения

СХЕМА БЕЗСТРУЖЕЧНОГО РЕЗАНИЯ

Раскалывание – производится путем внедрения клина параллельно волокнам древесины.

СХЕМА РАСКАЛЫВАНИЯ

α – угол клина; Р – усилие раскалывания

Вначале происходит смятие и частичное перерезание волокон древесины кромкой клина. При дальнейшем внедрении смятие древесины прекращается и происходит отгиб частей древесины. В отогнутых частях накапливается потенциальная энергия, под действием которой происходит разрыв древесины в продольном направлении. Перед клином появляется опережающая трещина и кряж ракалывается.

Скобление – производиться тупыми резцами с углом резания (δ) более 90⁰. Применяются продольные и поперечные виды скобления. Скобление используется при окорке лесоматериалов.

СХЕМА СКОБЛЕНИЯ

2.2.3. Процесс стружкообразования при механической обработке древесины.

Режущий зуб перерезает волокна по плоскости оn, являющейся одной из стенок пропила. При этом зуб внедряется на глубину h₁, и отгибает перерезанные волокна (I-I) на величину Х. При отгибании волокон возникают два вида скалывающих напряжений (вдоль и поперек волокон), предопределяющих характер образования стружки. Волокна теряют связь между собой и с основной массой на некоторую величину b₁. Левый зуб обеспечивает отделение стружки на величину S₁.

S₁= b₁+Х

Правый зуб работает анологично.

Наилучший вариант стружкообразования когда

b₁= S₁+ S₂

Величина b₁ зависит от свойств древесины

k – коэффициент зависящий от плотности древесины; 0,8…1,0 – хвойные; 0,6…0,8 – лиственные.

СХЕМА СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ

Величина h₁ определяет ширину древесины, отделяемой от основной массы одним зубом. При пилении стараются обеспечить максимальную глубину внедрения зубьев. При этом требуется увеличивать усилие внедрения зубьев, что может привести к потери их устойчивости. Поэтому в тех случаях, когда b₁> S₁+ S₂ кроме режущих зубьев применяются скалывающие зубья.

2.2.4. Конструкция и параметры технологических инструментов механической обработки древесины.

В качестве режущих инструментов нашли применение круглые, цепные, ленточные, рамные пилы, ножи и фрезы, тупые коросниматели и другое.

Наибольшее распространение на лесных складах получили круглые пилы для выполнения таких операций как раскряжевка, разделка, продольная распиловка, обрезка кромок, торцовка. Они представляют собой стальной диск с нарезанными по периферии зубьями и отверстием в центре для крепления инструмента на пильном валу. Размеры круглых пил, и параметры зубьев регламентируются ГОСТом 980-80. Максимальный диаметр пильных дисков – 1,5…1,6 м, толщина S =0,0025…0,0055 м.

Круглые пилы для поперечной и продольной распиловки отличаются только параметрами режущих элементов.

Пилы для поперечной распиловки выполняются с симметричными и несимметричными зубьями.

СХЕМА ЗУБЬЕВ ПИЛЫ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОЙ РАСПИЛОВКИ С СИММЕТРИЧНЫМИ ЗУБЬЯМИ

t – шаг зубьев; t =0,016…0,060 м

h – высота зубьев; h =(0,8…1,0) t

r – радиус закругления межзубовой впадины; r =0,15 t

β_К – контурный угол заострения зубьев; 50⁰

δ_К – контурный угол резания; 115⁰

γ_К – контурный передний угол;

1 – 2; 1 – 3; 4 – 5; 4 – 6 это боковые режущие кромки, формирующие стенки пропила;

1 – 4 короткая режущая кромка, формирующая дно пропила.

Для продольного резания используются зубья с прямолинейной или ломанной задней гранью или спинкой зубьев.

СХЕМА ЗУБЬЕВ ПИЛЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ РАСПИЛОВКИ С ЛОМАНОЙ СПИНКОЙ

α_К – угол наклона задней грани

2.2.5. Кинематическое соотношение при продольном и поперечном пилении и фрезеровании.

Кинематика процессов продольного и поперечного пиления и фрезерования аналогична.

Круглый диск диаметром D, числом зубьев Z, вращается с угловой скоростью ω, скорость резания υ=const. При вращении, зубья по стенкам пропила описывают циклоиды, расстояния между циклоидами вдоль направления подачи представляет собой величину подачи на один зуб U_Z. Расстояние между циклоидами по нормали к ним обозначается h (толщина стружки снимаемой одним зубом). Толщина стружки величина переменная.

СХЕМА ПРОДОЛЬНОГО ПИЛЕНИЯ

Скорость подачи определяется

(1)

Скорость резания

(2)

Запишем соотношение

(3)

Из выражения 3 найдем диаметр.

Подставим его в выражение 2

и найдем подставив в 1 поучим соотношение

В основном кинематическом выражении увязаны технологические (U_Z,U) и конструктивные параметры оборудования (υ, t).

2.2.6. Ограничения на скорость подачи

Производительность лесообрабатывающего оборудования в значительной степени зависит от скорости подачи, поэтому хотелось бы, чтобы скорость подачи имела максимальное значение.

Величина скорости подачи имеет ограничения:

1. По величине установленной мощности привода механизма пиления

2. По прочности зубьев

3. По возможности размещения опилок в межзубовых впадинах

4. По шероховатости плоскостей пропила

Дата добавления: 2015-12-08