Разработка технических решений, повышающих эффективность получения кернов древесины с использованием возрастных и приростных буравов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Клюев, Глеб Валентинович

  • Клюев, Глеб Валентинович
  • кандидат науккандидат наук
  • 2015, Петрозаводск
  • Специальность ВАК РФ05.21.01
  • Количество страниц 129
Клюев, Глеб Валентинович. Разработка технических решений, повышающих эффективность получения кернов древесины с использованием возрастных и приростных буравов: дис. кандидат наук: 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства. Петрозаводск. 2015. 129 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Клюев, Глеб Валентинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ технологии получения кернов древесины

1.2 Существующие методы и модели расчета резания древесины

1.3 Силы, возникающие в корпусе бурава в процессе работы

1.4 Выводы по разделу

2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ СТРУЖЕЧНОГО БУРАВА В СТВОЛ ДЕРЕВА

2.1 Основные положения процесса стружечного бурения древесины

2.2 Механизм подачи бурава в ствол дерева

2.3 Воздействие режущей части на древесину

2.4 Методика математического описания процесса внедрения стружечного бурава в ствол дерева

2.5 Параметры режущей головки бурава с образованием стружки

2.6 Площадь контакта бурава с образованием стружки с древесиной

2.7 Сила воздействия режущей части бурава с образованием стружки на древесину

2.8 Выводы по разделу

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВНЕДРЕНИЯ БЕССТРУЖЕЧНОГО БУРАВА В СТВОЛ ДЕРЕВА

3.1 Основные положения процесса бесстружечного бурения древесины

3.2 Конструктивные изменения бесстружечного возрастного бурава

3.3 Сила воздействия бесстружечного возрастного бурава на дерево

3.4 Анализ математической модели внедрения безвинтового бесстружечного возрастного бурава в ствол дерева

3.5 Выводы по разделу

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Программа экспериментальных исследований в лабораторных условиях

4.2 Оборудование, применяемое в экспериментальных исследованиях

4.3 Методика проведения эксперимента в лабораторных условиях

4.4 Результаты экспериментальных исследований в лабораторных условиях

4.5 Натурные экспериментальные исследования

4.6 Выводы по разделу

5 АПРОБАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ НА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

5.1 Проверка адекватности математических моделей

5.2 Выводы по разделу

6 ФОРМИРОВАНИЕ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА КОНСТРУКЦИИ ВОЗРАСТНЫХ И ПРИРОСТНЫХ БУРАВОВ, И ПРИРОСТНЫХ МОЛОТКОВ

6.1 Формулирование главной функции системы получения кернов древесины

6.2 Формирование технологических процессов получения кернов древесины и изучения процесса бурения древесины

6.3 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Приложение 1 Патенты буравов для получения кернов древесины

Приложение 2 Конечно-элементный анализ конструкции возрастного стружечного бурава

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», 05.21.01 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технических решений, повышающих эффективность получения кернов древесины с использованием возрастных и приростных буравов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Оценка количественных и качественных показателей древостоев проводится на всех этапах лесоустроительной и лесозаготовительной деятельности: при проведении государственной инвентаризации лесов, при отводе площадей под лесозаготовку, а также при проведении научных исследований.

Из существующих методов определения возраста и прироста наиболее простым, дешёвым и точным является изучение керна древесины, извлеченного из исследуемого дерева посредством возрастных и приростных буравов.

Актуальность темы определяется тем, что существующие модели бурава, используемые на практике в настоящее время, наносят повреждения деловой части исследуемого дерева на корню, снижают качества получаемого керна в результате смятия коры и периферийных годичных слоев и требуют приложения значительных механических осевых и вращающих усилий в процессе работы из-за конструктивных особенностей, таких как: винтовая нарезка на режущей головке, кольцевой нож, как инструмент деления волокон древесины, относительно большой диаметр отверстия, формируемый в исследуемом дереве. Нахождение решений по уменьшению воздействия на дерево связано с рациональным природопользованием, что включено в число приоритетных направлений развития РФ указом президента РФ № 89 от 07.07.2011. Это направление предусматривает эффективное совершенствование и функционирование лесопромышленного комплекса.

Работа соответствует п. 2 — Теория и методы воздействия техники и технологий на лесную среду в процессе заготовки древесного сырья и лесовыращива-ния, п. 4 - Исследование условий функционирования машин и оборудования, агрегатов, рабочих органов, средств управления и п. 14 — Разработка инженерных методов и технических средств обеспечения экологической безопасности в лесопромышленном и лесохозяйственном производствах паспорта специальности 05.21.01.

Цель и задачи работы. Цель работы обоснование технических решений, повышающих эффективность получения кернов древесины для оценки характеристик древостоя при сырьевой подготовке лесосек к эксплуатации на основе математического моделирования процессов работы возрастных и приростных буравов и функционально-технологического анализа.

Согласно поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести теоретические исследования процесса внедрения режущих кромок буравов при стружечном и бесстружечном резании древесины.

2. Обосновать и разработать конструкцию для проведения лабораторных исследований процесса внедрения режущих кромок в ствол дерева и процесса бурения древесины.

3. Изучить закономерности кольцевого стружечного и бесстружечного процессов резания древесины в лабораторных условиях.

4. Разработать методику исследования и изучить закономерности функционирования буравов в производственных условиях.

5. Сравнить результаты теоретических и производственных исследований.

6. Научно обосновать, сформировать и запатентовать новые технические решения на конструкции возрастных и приростных буравов.

7. Обосновать наиболее эффективные технические решения и дать рекомендации производству по их реализации.

Методология и методы исследований. В основу теоретических исследований легли, выполненные российскими и зарубежными учеными, работы по теории резания древесины стружечным и бесстружечным способами, теории кольцевого резания древесины, оптимизации параметров работы и характеристик деревообрабатывающего инструмента. При исследовании применялись методы математической статистики и принятия решения, математического моделирования, лабораторные и натурные эксперименты, вычислительные эксперименты на ЭВМ, метод конечных элементов. При разработке новых технических решений, повышающих эффективность получения кернов древесины, применялся функционально-технологический анализ.

Научная новизна. Обоснована математическая модель процесса получения керна древесины стружечным буравом, разработанная на основе созданной конструкции возрастного бурава, и учитывающая зависимость удельных давлений на режущие части возрастного бурава от угла поворота возрастного бурава, влияние анизотропно-ортотропных свойств перерезаемой породы древесины, геометрические параметры возрастного бурава, а также характеристики способа внедрения бурава в ствол дерева. На основе функционально-технологического анализа обоснованы, сформированы и запатентованы новые технические решения на конструкции возрастных и приростных буравов и приростных молотков.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты исследований и разработанные математические модели развивают теорию резания древесины, применительно к кольцевому стружечному и бесстружечному бурению древесины. Они являются научной основой для проведения расчетов по определению сил, действующих на возрастные и приростные буравы с кольцевым стружечным и бесстружечным способами перерезания волокон различных пород древесины. Результаты исследований и математические модели позволяют предприятиям, занимающимся выпуском оборудования для таксации леса и древесиноведческого анализа, научно-обоснованно выбирать характеристики инструмента: его конструкцию, тип режущих поверхностей, геометрические размеры и др., в зависимости от породы исследуемой древесины - это позволяет снизить прикладываемые усилия, улучшить качество получаемого керна древесины и минимизировать вред, наносимый исследуемому дереву, что приведет к более эффективному планированию лесозаготовок и как следствие к рационализации освоения лесозаготовительных площадей лесопромышленных регионов страны.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель процесса получения керна древесины стружечным буравом, разработанная на основе созданной конструкции возрастного бурава, и учитывающая зависимость удельных давлений на режущие части возрастного бурава от угла поворота возрастного бурава, влияние анизотропно-ортотропных свойств перерезаемой породы древесины, геометрические парамет-

ры возрастного бурава, а также характеристики способа внедрения бурава в ствол дерева.

2. Усовершенствованная, на основе конструктивной доработки существующих возрастных и приростных буравов, математическая модель процесса получения керна древесины бесстружечным буравом.

3. Закономерности, характеризующие процессы резания и получения кернов древесины стружечными и бесстружечными возрастными буравами из пород преобладающих на территории Республики Карелия.

4. Результаты апробации разработанных математических моделей и аналитических зависимостей на экспериментальных данных.

5. Рекомендации, позволяющие применять полученные математические модели и аналитические зависимости при изготовлении возрастных и приростных буравов.

Достоверность научных исследований подтверждается значительным статистическим материалом, полученным в лабораторных и реальных природно-производственных условиях Республики Карелия, использованием фундаментальных методов теории вероятности и математической статистики, непротиворечивостью полученных результатов этим теориям, адекватностью разработанных моделей, апробированием математических моделей и аналитических зависимостей при отводе лесосек на лесозаготовительных площадях ЗАО «Лесма».

Апробация работы. Основные результаты исследований были обсуждены на международных научных конференциях «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2013), Севергеоэкотех 2014 (Республика Коми, Ухта, 2014), «Техника и технологии - мост в будущее» (Воронеж, 2014), на всероссийской научной конференции «Проблемно-ориентированные исследования процессов инновационного развития регионов» (Петрозаводск, 2014), на всероссийском молодежном научно-инновационном конкурсе «УМНИК» (Петрозаводск, 2014), на заседаниях кафедры технологии и оборудования лесного комплекса ПетрГУ.

Публикации. Основное содержание и результаты работы представлены в 13 опубликованных работах, из них - 3 в рекомендованных ВАК рецензируемых изданиях и 3 запатентовано.

Степень разработанности. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка используемой литературы из 108 наименований, двух приложений. Общий объем работы: 129 страниц, 53 рисунка, 19 таблиц, 89 формул.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ технологии получения кернов древесины

Оценка количественных и качественных показателей древостоев является этапом подготовительных работ в лесозаготовительном производстве [49], [51], [56], [82], [86] осуществляется при инвентаризации лесов, проводимой государством, при лесоустройстве, при отведении лесосек под различные виды рубок, при проведении научных исследований.

Для определения характеристик дерева существует пять способов отбора образцов. В первых четырех способах таксационные показатели древостоев, например, возрастная структура древостоя, ход роста деревьев и др. показатели, определяются на основании данных полученных от модельных деревьев. Такие способы получения информации является трудоемкими, так как предполагают трудозатраты на валку и разделку стволов [9]. Как правило, поваленные деревья после исследования оставляются в лесу без дальнейшего использования. В качестве основы для образцов применяются, выпиленные из поваленных деревьев, диски. С целью минимизации трудозатрат и рационализации использования лесных ресурсов, в настоящее время существует пятый способ отбора образцов, при котором, возрастные характеристики древостоев определяются по извлекаемым из деревьев на корню цилиндрическим образцам, называемым кернами. Керн древесины извлекается из исследуемого дерева с применением специального инструмента - бурава. По взятому керну можно определить большое число характеристик дерева, а именно: прирост, возраст, плотность [3], [17], [45], [60], [73], [93], проследить историю роста деревьев, пожары, засухи, болезни, определить свойства древесины, такие как: толщина коры, плотность, влажность [18], фаутность дерева, радиоактивность и др. Исследуемое дерево в этом случае повреждается частично. Исходя из этого существует предельное количество извлекаемых кернов, при котором дерево на корню не подвергается негативному воздействию от проводимого исследования. [71]

На рисунке 1.1 представлены возможные формы образцов, получаемые различными способами отбора.

а — образцы, получаемые послойным выкалыванием; б — образцы правильной формы, изготовленные из бруска; в — диск; г — сектор; д —цилиндрик, извлеченный из

дерева с помощью возрастного бурава. Рисунок 1.1- Возможные формы образцов, получаемые различными способами

отбора [3]

В настоящее время, широкое распространение в практике получили возрастные и приростные буравы Пресслера [87-88], с помощью которых возможно получение кернов древесины диаметром 4-7 мм. Данный бурав позволяет собирать статистический материал без значительного ущерба для исследуемого дерева. Однако, выполненная для облегчения внедрения бурава в ствол исследуемого дерева, винтовая часть на режущей головке бурава производит значительные разрушения в стволе дерева, также снижая точность измерения за счет смятия коры и периферийных годичных слоев. Ещё одним недостатком является тот факт, что для полного анализа химических и физико-механических свойств необходимы керна с диаметром 6-10 мм, что соответственно требует использования буравов больших размеров. Увеличение размеров бурава влечет за собой увеличение прикладываемых к нему в процессе работы усилий, а также к увеличению отверстия формируемого в дереве, тем самым увеличивая повреждаемость. Конструкция возрастного бурава Пресслера представлена на рисунке 1.2.

г

д

1 — полый трубчатый стержень; 2 —режущая головка конической формы с винтовой нарезкой; 3 — рукоятка, обеспечивающая вращение.

Рисунок 1.2 - Конструкция бурава возрастного Пресслера [74]

Керны бывают сквозные и одинарные (доходящие до сердцевины дерева) в зависимости от размеров бурава и диаметра исследуемого дерева.

Отбор кернов при исследовании осуществляется выше корневой шейки, так как при извлечении кернов ниже корневой шейки сверлению препятствуют корни. Ввиду разного числа годичных слоев на разной высоте дерева, стремясь сократить трудозатраты при одновременном изучении возрастной структуры с анализированием хода роста деревьев по диаметру, профессор Д. П. Столяров внес предложение, которое заключалось в добавление числа слоев равного возрасту подроста с высотой 1.3 м к числу слоев полученных при сверлении деревьев на высоте груди [35].

Технология извлечения кернов древесины из деревьев на корню предполагает учет наклона дерева, направление бурения дерева обязательно должно быть перпендикулярным линии наклона, с целью исключения попадания в зону бурения крени, которая зачастую встречается в сжатой части ствола дерева, растущего под наклоном. Попадание в керн годичных слоев с кренью делает их непригодными для древесиноведческого анализа, так как крен характеризуется свойствами, резко отличающимися от нормальной древесины. На рисунке 1.3 представлен выбор места и направления бурения при наклоне дерева.

а б

а - выбор места; б - выбор направления Рисунок 1.3 - Выбор места и направления сверления при наклоне дерева [32]

Расчету размеров керна и совершенствованию буравов посвящены работы российских ученых [63], [19], [35], [46-47], [61], [3-5], [58], [74], [77-79], таких как: Д.П. Столяров, О. И. Полубояринов, В. Г. Кузнецов, В.И. Федюков, П. М. Мазур-кин. А.Н. Алметов, В.А. Федосеев, И. Р. Шегельмана, В. М. Лукашевича, А. С. Васильева; а также работы зарубежных ученых [87-108], среди которых: H.D. Grisinno-Mayer, R.R. Maeglin, M.R. Pressler, D.K. Yamaguchi, J.F. Duffield, K. Goodchild, F.P. Hermán, J. Waterhouse и др.

Однако, известные работы посвящены вопросам совершенствования возрастных и приростных бесстружечных буравов. А использование в практике только возрастных и приростных бесстружечных буравов нецелесообразно. Поэтому необходимо учесть все положительные и отрицательные стороны резания древесины как силового, так и с образованием стружки, для выбора оптимальных конструкций возрастных и приростных буравов. Для этого были рассмотрены работы по бесстружечному резанию древесины, по резанию древесины с образованием стружки, кольцевому резанию древесины, сверлению древесины, а также работы, связанные с изучением прочности и износостойкости трубчатых конструкций.

Полученных известными учеными результатов исследований недостаточно для решения задачи повышения эффективности получения кернов древесины с использованием возрастных и приростных буравов для оценки характеристик

древостоя при сырьевой подготовке лесосек к эксплуатации. Поэтому, проведены исследования, объединяющие все вышеизложенные направления с учетом функционально-технологических параметров возрастных и приростных буравов.

1.2 Существующие методы и модели расчета резания древесины

Резание - это процесс разрушения связей между частицами обрабатываемого материала по определенной поверхности. [52] Процесс обработки резанием характеризуется тремя составляющими: видом материала [23], типом резца, характером воздействия резца на материал. Каждая из трех составляющих зависит от множества факторов, влияющих на качество и эффективность резания [53].

Резание бывает двух типов: с образованием стружки и без образования стружки. Резание без образования бывает двух видов: разрезание и срезание. В процессе внедрения бесстружечного бурава происходит разделение обрабатываемого материала на части клиновидным режущим инструментом, создающим в поверхности раздела напряжения среза — процесс срезания материала.

Большой вклад в изучение процесса резания древесины с образованием стружки внесли: A. JI. Бершадский [12-15], М. А. Дешевой [29], С. А. Воскресенский [21], Е. Г. Ивановский [32], П. В. Василевская [31], И. Т. Глебов [25-27], М. И. Андреев [8], F. F. Kolman [96-97], G. Maier [98-99], McKenzie [100], D. С. Montgomery [101] и др.

Исследования по бесстружечному резанию древесины отражены в работах В. Е. Печенкина [61], П. М. Мазуркина [46], Н. Ф. Курапцева [40], Б. А. Леонова [41-43], С. А. Воскресенского [22], В. В. Овчинникова [53-54], А. Н. Алметов [57], В. А. Азаренок [2].

Процесс сверления кольцевыми сверлами наиболее близок к бурению древесины с образованием керна. Изучением процессов сверления кольцевыми сверлами занимались: Ю. М. Ермаков [30], Р. Д. Онохин [55], В. Ю. Пирайнен [69], П. Р. Родин [66] и другие ученые.

Приведем краткий обзор и основные результаты исследований бесстружечного резания древесины.

Ножевое резание применяют в установках для валки деревьев, раскряжевки хлыстов, обрезки сучьев, в гильотинных ножницах, а также строгальных станках и др. Ножевое резание выполняется ножами со скоростью главного движения 7-8 м/с. Инструментами служат пластины различной формы с зубьями и без зубьев. Ножевое резание характеризуется меньшими затратами энергии по сравнению с другими видами резания [11], [26].

Силовые и качественные показатели процесса силового резания определяются следующими показателями: толщина ножа; профиль резца; площадь контакта боковых граней ножа с обрабатываемой древесиной, а также видом резания древесины.

Рассмотрим основные расчетные формулы бесстружечного резания древесины ножом с прямолинейной режущей кромкой. [43], [46]

Р = 9лрЬ[2 + cos 5)] 4- 2aBCMbt(l + ps cot5) + ¡iBKgtFB (1.1)

P = PBb + OiFjsinCS/2) + A cos(/?/2)] + a2f2F2 (1.2)

P = 2pnp[cosS + /л( 1 - sinS)] + prpFrp(sinS + frpcosS) 4- aHFHfH (1.3) P = 2pnp[cos(3/2 + 2/лsm2(45 - p/Z)] + aCMF(cos0/2 + fcos/?/2) +

гДе (0л; Рл)> (Дл^/л) ~~ удельные нормальные давления на лезвие, Па; и коэффициенты трения; (ств,см> Ргр> аси> (Мл^/гр^ЛА) ~~ удельные нормальные давления на наклонных гранях, Па; и коэффициенты трения; (рн; аГР; сг2); (/н; /ГР; /2) -удельные нормальные давления на лезвие, Па; и коэффициенты трения на боковых гранях. Нерасшифрованные величины характеризуют геометрические параметры ножей.

Общее усилие резания как сумма трех составляющих:

+<TrpFrP/rP

(1.4)

(1.5)

Р = 2 КлрЬ + KbF + K0FT

п

р = р + р 4- р

г л ~ ггр ~ Г1

(1.6)

где Рл - сила воздействия лезвия на древесину, Па; Ргр - сила воздействия грани на древесину, Па; Рп - сила воздействия наружного поднутрения на древесину, Па.

Аналитическое выражение силы резания в виде обобщенной функциональной связи:

Первое слагаемое - усилие резания, необходимо для надрезания волокон древесины. Неизвестные величины дл и [лл определяются аналитическими и экспериментальными методами. Их вклад в общую силу резания составляет от 1 до 4%. Второе слагаемое - усилие внедрения наклонных граней клинообразной части ножа. Два неизвестных параметра и /лг определяются экспериментальным путем. Третье слагаемое - усилие внедрения наружного поднутрения. Неизвестные величины сг2 и А*2 определяются экспериментальным методом.

Известные зависимости можно использовать для определения основных параметров при бесстружечном сверлении на уровне клетки древесины с последующим переносом полученных результатов на бурав в целом.

Приведем краткий обзор и основные результаты исследований резания древесины с образованием стружки.

Силовые и качественные показатели процесса резания с образованием стружки определяются в основном: углом наклона лезвия; толщиной и шириной стружки; давлением стружки на переднюю поверхность лезвия, а также видом резания древесины.

Рассмотрим основные расчетные формулы метода А.Л. Бершадского. Данный метод базируется на формулах, отражающих прямолинейную зависимость главной (касательной) составляющей силы резания от толщины срезаемого слоя и остроты режущей кромки лезвия. [27]

Общий случай: при перерезании одним лезвием, единичные силы - касательная Fxl и радиальная (нормальная) Fcl: при а > 0.1мм

Р = Я^лМлФ) + fißißißtl) + fíWiFn)

(1.7)

(1.8)

Fzl = [0.5a2(ap-o.8)p-(fc + at/b)(a-0.1)tan(y-^)]anawaB, (1.9) при а < 0.1мм

Fxi = [{ар - 0.8)р + (8р + к + at/b)a]anawaB, (1.10)

Fzl = [0.5al(ap - 0.8)p]anawaB, (1.11)

где Cíp - коэффициент затупления; р - фиктивная сила резания, Н/мм; к - касательное давление стружки на переднюю поверхность лезвия, МПа; а — касательное давление на переднюю поверхность лезвия от трения стружки в пропиле, МПа; t, b - соответственно высота и ширина пропила, мм; а - толщина срезаемого слоя, мм; у, (р - соответственно передний угол лезвия и угол трения стружки по передней поверхности, град; ап, aw, ав - соответственно поправочные коэффициенты на породу, влажность и на вид резания (встречное, попутное ). Удельная сила резания при а > 0.1мм

рУ* = [^Г + к + at/b] а^ав (1-12)

при а < 0.1мм

Fyд = [(gp"a° 8)P + &Р + к + at/b] anawaB (1.13)

Результаты опытов профессора Бершадского A.J1. по резанию древесины на основе теории профессора A.A. Брикса, показали, что во всех процессах резания древесины при:

а < 2мм, сила резания состоит из двух слагаемых:

Р = К be = Ри+Р3 (1.14)

Первое слагаемое - сила воздействия передней поверхности резца на сечение стружки (сила, действующая выше плоскости раздела), второе - сила резания по задней поверхности резца (ниже плоскости раздела).

На рисунке 1.4 изображено взаимодействие резца с древесиной.

Рластичн. Оеформ.

Упругое босстан

Рисунок 1.4 - взаимодействие резца с древесиной [12]

Опытами профессора Бершадского А.Л. установлено, что:

Рп = /(е, 8, V, ф) кГ/мм2 рз = /(р, а) кГ/мм

Деление сил воздействия резца, включая и силы лезвия, на силы, действующие по поверхностям резца (передней и задней) условное.

Данные зависимости можно использовать при изучении процесса бурения древесины с образованием стружки на уровне отдельного резца, с последующим перенесением полученных результатов на бурав в целом.

Наиболее близким к бурению древесины способом резания с образованием стружки является сверление.

Сверление - процесс обработки цилиндрических отверстий при поступательной подаче материала или сверла по оси вращающегося инструмента с резцами на торцевой поверхности. При сверлении главное движение Э2 - вращательное. Вращение выполняется сверлом относительно оси. Движение подачи выполняется сверлом вдоль этой же оси. Скорость главного движения на лезвиях сверла изменяется от нуля на оси вращения до максимального значения на периферии. В расчетах принимают среднее значение скорости главного движения, определяе-

мое на середине длины лезвия сверла, м/с: Vcp = nDn/12000, где D - диаметр сверла, мм; п - частота его вращения, мин"1.

Вопросами изучения сверления древесины занимались профессор Бершад-ский A.JL, профессор Цветкова Н.И. Ими классифицированы сверла, выведены основные кинематические соотношения для винтового сверла с конической заточкой с углом при вершине 2(р. В качестве процесса бурения древесины с помощью возрастного и приростного буравов, можно рассмотреть процесс сверления поперек волокон в радиальном и тангенциальном направлениях (рисунок 1.7, позиции I и И). При работе сверлом с углом при вершине 2(р = 180° направление резания главной режущей кромки меняется от поперечного до резания вдоль волокон, чередуясь по квадрантам. Следовательно, имеем, продольно-поперечное резание для торцевой кромки и торцово-продольное резание для подрезателей.

На рисунке 1.5 показан процесс сверления поперек волокон. Также изучением и дополнением расчетных формул профессора Бершад-ского занимался профессор Глебов И.Т.

[50]

I-радиальное направление, II— тангенциальное направление Рисунок 1.5 - процесс сверления поперек волокон [12]

Для расчетов можно использовать выведенные формулы, с некоторыми допущениями: у бурава имеется торцевая кромка, выполненная в виде зубьев расположенных по окружности, зубчатые подрезатели, канавки для отвода стружки.

Необходимо рассчитать форму, количество и расположение канавок, для отведения стружки исходя из объема получаемой стружки, условия прочности бурава; вида, расположения и количества режущих элементов. [68]

Разработкой кольцевых сверл занимались профессора Ермаков Ю.М., Щербаков О.Н. Разработанное ими сверло [72], для обработки металлов, с некоторыми допущениями можно использовать для обработки древесины. Технический результат разработанного ими сверла позволяет увеличить пространство для размещения стружки, что приведет за собой к увеличению подачи и глубины сверления, а также повысит стойкость сверла. В данном случае, необходимо рассмотреть целесообразность наличия лепестков на рабочем органе, а также вид, форму и количество режущих элементов. На рисунке 1.6 показано кольцевое сверло.

1 - трубчатый корпус; 2 — лепестки; 3 - прорези; 4 —режущие зубья; 5 -хвосто-

Лезвия превышают ширину режущих зубьев, что позволяет избежать заклинивания инструмента в высверливаемом отверстии, а также увеличивает пространство, в котором может расположиться стружка, также позволяет керну свободно располагаться в корпусе бурава, с возможностью его извлечения с помощью экстрактора.

\

вик

Рисунок 1.6 - кольцевое сверло [72]

Кольцевое сверло профессора Миянага Масааки. [36] В предложенном сверле наружная периферическая поверхность корпусной части образует стружечную канавку. Большое количество лезвий, расположенных относительно своих стружечных канавок, позволяет качественнее обрабатывать поверхности. Как и в случае с кольцевым сверлом профессоров Ермаков Ю.М., Щербакова О.Н. лезвия превышают ширину зубьев, что позволяет избежать заклинивания инструмента и облегчает извлечение керна из сверла. Подобное сверло можно использовать для получения кернов из древесины с определенными допущениями.

Похожие диссертационные работы по специальности «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», 05.21.01 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Клюев, Глеб Валентинович, 2015 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Автоматизация поискового конструирования / под ред. А. И. Половин-кина. - М.: Радио и связь, 1985. - 328 с.

2. Азаренок В. А. Исследование процесса стружечного и бесстружечного резания // Изв. Вуз. Лесн. жур. 1972 . - № 1.-е 78-82.

3. Алметов А. Н. Совершенствование конструкции бурава для извлечения кернов древесины из растущих деревьев различных пород: Дис. канд. техн. наук. -Йошкар-Ола., 2001. 174с.

4. Алметов А. Н., Мазуркин П. М. Разработка безвинтового бурава для извлечения керна древесины / Марийск. гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола, 199. - 2с.: ил. - Деп. в ВИНИТИ 30.09.98, № 2890-В98.

5. Алметов А. Н. Приростной безвинтовой бурав для извлечения кернов из растущих деревьев // Молодежь и охрана природы: Материалы рес. науч.-практ. конф. Йошкар-Ола, 1999. - с. 86-87.

6. Альтшуллер Г. С. Алгоритм изобретения. - М.: Московский рабочий. 1— е изд., 1969, 2-е изд., 1973.

7. Альтшуллер Г. С. АРИЗ - значит победа. Алгоритм решения изобретательских задач АРИЗ-85-В.- Правила игры без правил / Сост. А. Б. Селюцкий. -Петрозаводск: Карелия, 1989. - 280 с.

8. Андреев М. И. Новое в области резания древесины. // Механическая обработка древесины. 1939. - № 2. - с. 56-57.

9. Анучин Н. Н. Лесная таксация: Учебник для вузов Изд. 5-е, доп. - М. Лесн. пром-сть, 1982. - 552 с.

10. Ашкенази Е. К. Анизотропия древесины и древесных материалов. М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 224 с. 82. - Сб. № 63. - 51 55 с.

11. Ахматова А. И., Терешенко О. В. Новые способы резания древесины. -М., 1981 8с. - (Механическая обработка древесины: Экспресс-информ. /ВНИПИЭИлеспром; 1981. - Вып. 4.).

12. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И., Резание древесины: изд. «Вышейшая школа», Минск, 1975. - 304с. с ил.

13. Бершадский А.JI. Резание древесины. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1958. -

328с.

14. Бершадский А.Л. Справочник по расчету режимов резания древесины. М., Гослесбумиздат, 1962. -124 с.

15. Бершадский А. Л. Расчет режимов резания древесины. М.: Лес. пром-сть, 1967.- 175 с.

16. Буш Г. Основы эвристики для изобретателей. Ч. 1 и 2. - Рига: о-во Знание, 1977.

17. Ванин С. И. Древесиноведение: Учебник. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1949. - 472 с.

18. Васильев, А. С. Круглые лесоматериалы как предмет труда при групповой окорке [Электронный ресурс] / A.C. Васильев // «Инженерный вестник Дона», 2012, №4. - Режим доступа: http:// www.ivdon.ru/magazine/archive/n4p2y2012/1398 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

19. Верхунов П. М., Мазуркин П. М. Таксация древесного ствола лесных насаждений: Учеб. пособие Йошкар-Ола: МарГТУ, 1999. - 72 с.

20. Волков А. Д. Типы леса Карелии / А. Д. Волков. - Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2008.-180 с.

21. Воскресенский С.А. Резание древесины. М., 1955, 199с.

22. Воскресенский С. А. Теоретический анализ условий расслоения древесины режущей пластиной // Лесоинж. дело. 1959. - № 1.-е. 46-48.

23. Герасимов Ю. Ю. Анализ развития лесозаготовок на Северо-Западе России / Ю. Ю. Герасимов, В. С. Сюнёв, А. А. Селивёрстов, В. К. Катаров // Лес и бизнес, 2007.-№3.

24. Герасимов Ю. Ю. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ: применение в лесоуправлении и экологии / Ю. Ю. Герасимов, В. К. Хлюстов. -М.: Изд-во МГУ Л, 2001.

25. Глебов И. Т. О взаимосвязи напряжений в процессе резания // Труды УЛТИ. Свердловск, 1969. - Вып. 20. - с. 25-27.

26. Глебов И.Т. Резание древесины. Учебное пособие - Екатеринбург: Урал, гос. лесотехн. ун-т, 2007. - 228 с.

27. Глебов И.Т. - Справочник по резанию древесины / Глебов И.Т., Новоселов В.Г., Швамм Л.Г.; Урал. гос. лесотехн. акад. Екатеринбург, 1999. 190 с. ISBN 5-230-25643-5.

28. Горин Ю.В. Указатель физических эффектов и явлений для использования при решении изобретательских задач. Вып.1.: Материалы к семинару преподавателей методики изобретательства ОЛМИ. - М., 1973. - 106с.

29. Дешевой М.А. Механическая технология дерева. 41. М., 1934.

30. Ермаков Ю. М. Комплексные способы эффективной обработки резанием/ Ю. М. Ермаков; Библиотека технолога. - М.: Машиностроение, 2005. - 272 е.: ил

31. Ивановский Е.Г., Василевская П.В., Лаутнер Э.М. Новые исследования резания древесины: М.: Лесн. пром-сть, 1972. - 128с.

32. Ивановский Е.Г. Резание древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1975. - 200с.

33. Клюев Г.В. Научные исследования в области совершенствования возрастных буравов [Электронный ресурс] / Г.В. Клюев // «Инженерный вестник Дона», 2013, №4 - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2025 (доступ свободный) — Загл. с экрана. - Яз. рус.

34. Клюев Г. В. Методические принципы обоснования перспективного оборудования для таксации леса. [Электронный ресурс] / Г.В. Клюев // «Инженерный вестник Дона», 2014, №1 - Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/nly2014/2271 (доступ свободный) — Загл.. с экрана. - Яз. рус.

35. Колесникова А. А., Мазуркин П. М. Изменение свойств древесины ели по радиусу ствола // Деревообр. пром-сть, 1997. № 5. - с. 23-25.

36. Кольцевое сверло [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. -Режим доступа: http://www.freepatent.ru/patents/2433891 Г291

37. Кольцевое сверло и способ его изготовления [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. - Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=l7435070

38. Коршунов А. Н. Исследование процесса резания древесины различными режущими инструментами перпендикулярно к направлению волокон: Автореферат дис. канд. тех. наук. JI. 1955. - 21 с.

39. Крагельский И. В., Виноградова И. 3. Коэффициенты трения: Справочное пособие. М., Машгиз, - 1962. - 220 с.

40. Курапцев Н.Ф. Теоретические и экспериментальные исследования работы режущих органов бесстружечного резания древесины: Дис. канд. техн. наук. -М., 1971. 158с.

41. Леонов Б.А. Исследование процесса ножевой раскряжевки круглых лесоматериалов. Дис. канд.техн.наук., М., 1971, 229 с.

42. Леонов Б.А. Перерезание древесины ножами различной конфигурации //Труды / ЦНИИМЭ. Химки, 1969, -Сб. 95- С. 27-35.

43. Леонов Б.А. Экспериментальное определение оптимальных углов заострения плоских ножей и энергетические показатели силового безопилочного резания древесины //Тр. /ЦНИИМЭ. Химки, 1969. Сб. 95. С.33-36.

44. Леонтьев. Н. Л. Техника статистических вычислений [Текст] / Н. Л. Леонтьев. - М. : Лесная промышленность, 1966. - 251 с.

45. Лесная энциклопедия: В 2-х т./Гл. ред. Воробьев Г.И.; Ред. кол.: Анучин, H.A., Атрохин В.Г., Виноградов В.Н. и др. - М.: Сов. энциклопедия, 1985.

46. Мазуркин П.М. Некоторые результаты сравнения безстружечного и опилочного пиления древесины вдоль волокон //Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз. сб. научн, тр. Л.: РИ-ОЛТА, 1975, - Вып. 4. - С. 117120.

47. Мазуркин П.М. О работе комбинированных зубьев при бесстружечном пилении древесины зубчатыми дисками // Материалы конф. по итогам НИР за 1973 год. Йошкар-Ола, 1974. с. 109-113.

48. Методика планирования экспериментов и обработка их результатов при исследовании технологических процессов в лесной и деревообрабатывающей

промышленности: Учеб. пособие для ФПКП и аспирантов. В 3-х ч./ Под общ. ред. А. А. Пижурина. М.: МЛИ, 1972. - 168 с.

49. Малышев В. А., Гавриленко А. П. Технология дерева. 4-е изд. М., Госиздат, 1932.-369 с.

50. Напряжения и деформации при кручении стержней кругового поперечного сечения [Электронный ресурс] / дата обращения: 02.08.2013. - Режим доступа: Никишов http://www.toehelp.ru/theory/sopromat/22.html

51.Никишов В. Д. Исследование механических свойств древесины нераз-рушающими методами: Автореферат дисс. канд. техн. наук. М.: МЛТИ, 1976. -24с.

52. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий [Электронный ресурс] / дата обращения: 02.08.2013. - Режим доступа: http://www.bibliotekar.ru/spravochnik-183-derevoobrabotka/4.htm

53. Овчинников В.В. Графоаналитический метод определения энергетических показателей способов бесстружечного резания древесины //Тр. /ЦНИИМЭ. 1975.-Сб. 143. - С.154-161.

54. Овчинников В.В. Исследование процесса бесстружечного резания при раскряжевке древесины спирально-ступенчатыми дисковыми ножами. Диссертация на соискание ученой степени канд.техн.наук. ГЛ., 1979, 271 с.

55. Онохин Р.Д. Новое направление в развитии технологии кольцевого сверления и конструкции инструментов / Р.Д. Онохин, депонированная рукопись, 2008-47 с.

56. Основы лесного хозяйства, таксация леса и охрана природы: Учебник для вузов по спец. «Лесоинженерное дело» / Л. К. Калинин, В. С. Моисеев, И. В. Логвинов, А Г. Мошкалев. М. - Агропромиздат, 1985. - 319 с.

57. Патент Яи2163865 Российская Федерация МПК В27С 15/00. Бурав для извлечения керна древесины / Алметов А.Н.; заявитель и патентообладатель: Марийский государственный технический университет. - № 99123988/13; заявл. 16.11.1999; опубл. 10.03.2001.

58. Патент Rul35575 Российская Федерация МПК B27G 15/00. Направляющее устройство для бурава возрастного / Шегельман И.Р., Лукашевич В.М., Васильев A.C. и др.; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВПО Петрозаводский государственный университет — заявл. 27.06.2013; опубл. 20.12.2013.

59. Патент Rul34847 Российская Федерация МПК B27G 15/00. Бурав возрастной для извлечения керна древесины / Лукашевич В.М., Шегельман И.Р., Васильев A.C.; заявитель и патентообладатель: ФГБОУ ВПО Петрозаводский государственный университет - № 2013118815/13; заявл. 23.04.2013; опубл. 27.11.2013.

60. Перелыгин Л. М. Древесиноведение. М.: Лесн. пром-сть, 1969. — 316 с.

61. Печенкин В.Е., Мазуркин П.М. Бесстружечное резание древесины. -М.: Лесн. пром-сть, 1986. 144с.

62. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.

63. Полубояринов О. И. Плотность древесины. Лесн. пром-сть. 1976. - 160

с.

64. Режущий инструмент [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. -Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=17615512

65. Резание древесины [Электронный ресурс] / дата обращения: 02.08.2013.

- Режим доступа: http://www.wood.ru/ru/dorez.html

66. Родин П.Р. Геометрия режущей части спирального сверла. - К.: Техшка, 1971.- 136 с.

67. Санаев В. Г. Физико-механические свойства элементов макроструктуры древесины // Строение, свойства и качество древесины. Междунар. Симп. По современным проблемам древесиноведения (13-17 ноября 1990 г.). М.: МЛТИ, 1990.

- с. 70-76.

68. Скорость подачи сверлильного шпинделя [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. - Режим доступа: http://jasteletech.com/poluavtomaty-dlja-zadelki-suchkov-v-drevesine/skorost-podachi-sverlilnogo-shpindelj a.html

69. Солнцев Ю.П. Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов / Ю.П. Солнцев, Б.С. Ермаков, В.Ю. Пирайнен: Химиздат, 2006 г.

70. Тензометрия в машиностроении: Справ, пособие М.: Машиностроение, 1975.-287 с.

71. Техника отбора образцов для определения плотности древесины [Электронный ресурс] / дата обращения: 26.07.2013. - Режим доступа: http://medievalmoves.ru/plotnost-drevesiny/9-tehnika-otbora-obrazcov.html

72. Устройство для вырезки внутренней полости деталей [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. - Режим доступа: http://ru-patent.info/20/60-64/2063 845.html

73. Чалых Д.Е. Возрастные изменения качественных характеристик древесины сосны в культурах: Дис. канд. техн. наук. - Архангельск., 2010. 133с.

74. Шегельман И.Р., Лукашевич В.М., Васильев A.C., Суханов Ю.В. Бурав возрастной и пути его совершенствования: Инженерный вестник дона, 2012. — 7с.

75. Шегельман И. Р. Интеллектуальная собственность в России в XXI веке / И. Р. Шегельман, Я. М. Кестер. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. - 332 с.

76. Шегельман И. Р. К построению методологии анализа и синтеза патентоспособных объектов техники / И. Р. Шегельман // «Инженерный вестник Дона», 2012, №3.

77. Шегельман И. Р. Лесная промышленность и лесное хозяйство: Словарь: 4-е изд., перераб. и доп. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. - 278 с.

78. Шегельман И. Р. Лесозаготовки и лесное хозяйство: трансформации 1945-1960 гг. / И. Р. Шегельман. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. - 204 с.

79. Шегельман И. Р. Методика расчета корпуса бурава возрастного на прочность [Электронный ресурс] / И.Р. Шегельман, Ю.В. Суханов, A.C. Васильев, Г.В. Клюев, В.М. Лукашевич // «Фундаментальные исследования», 2013, №10-15. -Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=21052093 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

80. Шегельман И. Р. Поиск рациональных технических решений с использованием «дерева целей» // Механизация лесоскладских работ: Сб. науч. трудов. -Химки: ЦНИИМЭ, 1984. - С. - 26-30.

81. Шегельман И. Р. Создание и внедрение новых технических решений в лесной промышленности. - Петрозаводск: Карелия, 1988. - 56 с.

82. Шегельман И. Р. Трансформация системы лесосырьевой и технологической подготовки в организации лесопользования / И. Р. Шегельман, В. М. Лукашевич// Фундаментальные исследования. - 2012. - №3 (3). -С. 739-743.

83. Шегельман И. Р. Функционально-технологический анализ: Методология и приложения. - М: ИЛИ, 2000. - 96 с.

84. Шегельман И. Р. Функционально-технологический анализ: метод формирования инновационных решений для лесной промышленности: монография / И. Р. Шегельман. - Петрозаводск : Изд-во ПетрГУ ,2012. - 100 с.

85. Шостак В.П. Голиков В.И. Алгоритм определения усталостной прочности буровых труб при эксплуатации бурового судна [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. - Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp7icH9307858

86. Яновский Л. Н., Вавилов С. В., Селиванов А, А., Никифорчин И. В. Ландшафтная таксация с основами лесопаркового устройства: Учебное пособие. СПб.: ЛТА, 1994.-96 с.

87. Bier, Н. Die spezifische Schnittkraft als Funktion der Schneidenabstump-fung beim Fräsen / H.Bier, H.Hanicke // Holztechnologie.-1963 .-№4.- S. 158-162

88. Briihne, H. Untersuchung über den Einfluß der Faserrichtung auf die zur Holzbearbeitung erforderliche Zerspanungsarbeit / H.Brtihne. Diss. TH Dresden, 1930

89. Dendrobohrer / Coredrill [Электронный ресурс] / дата обращения: 04.09.2013. - Режим доступа: http://www.dendrobohrer.de/index.php [33] - Загл. с экрана. - Яз. нем.

90. Einsatzhinweise [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.schneidwerkzeugmechanik.de/einsatzhinweise.html - Загл. с экрана. - Яз. нем.

91. Fischer, R. Die Bestimmung der Zerspankraft und ihrer Komponenten / R.Fischer, J.Troger, G.Lauter// Holztechnologie.-1976.-№31.- S.7

92. Haglof Sweden - каталог 2013 Русский. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа:

http://www.haglofcg.com/index.php?option=com_docman&task=:doc_download&gid=: 107&Itemid=100&lang=en - Загл. с экрана. - Яз. рус.

93. Holz D. Uber einige Zusammenhange zwischen forstlich-biologischen und akustischen Eigenschaften von Klangholz (Resonansholz) // Holztechnologie. 1984. № 1. - S. 31-36.

94. HOW TO USE AND TAKE CARE OF THE HAGLÖF INCREMENT BORER [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.haglofcg.com/index.php?option=com_docman&task=doc_view&gid=20&It emid=125&lang=:en - Загл. с экрана. - Яз. англ.

95. Iohnson, L. S. Chipless cutting trees or logs / L. S. Iohnson. // Canadian Forest Industries. 1968. - № 6. - C. 34-37.

96. Kollmann F.F. and Cote W.A. Principles of wood science and technology, vol. 1, New York: Springer-Verlag, 1968.-582 p.

97. Kollman F. Holz und Gehalltheorie und Metzurwendung // Holz-Zentrallblatt. 1983. № 14. - 2 Februar.th.

98. Maier, G. Holzspanungslehre / G.Mai er. Vogel-Verlag.- 2000

99. Maier, G. Holzbearbeitungsmaschinen / G.Maier. Stuttgart, DRW-Verlag,

1987

100. McKenzie, W. M. The main regularities of cutting wood. / W.M. McKenzie. USA, 1960. - 87 p

101. Montgomery, D. C. (1997), Design and Analysis of Experiments, 4th edition, John Wiley & Sons, New York. (1st edition, 1976,2nd edition, 1984,3rd edition, 1991).

102. Pahlitzsch, G., Rose, P. Untersuchungen beim Kreissagen von Holz. / G.Pahlitzsch, P.Rose, // Holz als Roh- und Werkstoff.-1964.-№22.-S. 332-345

103. Pressler, M.R. Der forstliche Zuwachsbohrer neuester Construction und dessen praktische Bedeutung und Anwendung für die forstliche Forschungs // Tharandter forstliches Jahrbuch, 1866. - №17. - pp. 137-210.

104. Sachsenberg, E. Zerspanung von Holz / E.Sachsenberg.-Maschinenbau, Berlin 1936, Heft 9/10

105. Skaar Ch: Water in wood. Suracuse: Suracuse University Press, 1972. —

218 P

106. Treoger, J. Aktueller Handlungsbedarf zur Bestimmung der Kräfte am Schneidkeil / J.Treoger // HOB, Die Holzbearbeitung.-2001 .-№4

107. Troger, J. Zum Einfluft des Neigungswinkels beim Umfangs- und Stirn-frasverfahren /J.Troger.//HOB Die Holzbearbeitung.-1990.-№6.-S. 34-43

108. Walker, K. S. I. Cutting Speed and Cutting Forces / K.S.I.Walker // Wood.-1957.-№22.1.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.