ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ РАЗРУШЕНИЙ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ МОДЕЛИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОКОРКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

APPLICATION OF THE THEORY OF DESTRUCTION IN THE SOLUTION OF PROBLEMS OF MODELING OF THE MECHANICAL DEBARKING WOOD

Тележный A.E., аспирант Лукин A.E., аспирнат

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический

университет имени С.М. Кирова» г. Санкт-Петербург, Россия Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script DOI: 10Л2737/16272

Аннотация: рассматриваются существующие математические модели для описания процессов разрушения массива коры при различных способах механической окорки лесоматериалов и пути их совершенствования.

Summary: discusses existing mathematical models to describe the processes of destruction of the array's crust at various ways of mechanical debarking wood and ways to improve them.

Ключевые слова: групповая механическая окорка, окорка

фрезерованием, роторная окорка.

Keywords: group mechanical debarking, debarking, milling, rotary debarking.

Окорка лесоматериалов бывает трех видов: чистая, грубая и, так называемая, пролыска. При чистой окорке лесоматериалы полностью очищают от всех слоев коры, при этом удаляется и камбиальный слой. При грубой окорке допускается оставление лубяного слоя полностью или частично. При пролыске удаляют кору в виде отдельных полос или участков в направлении продольной оси круглых лесоматериалов [1].

Строение коры различно по длине ствола одного дерева, а также у деревьев разных пород. Величины возникающих в процессе окорки

сопротивлений, характер разрушения и отделения слоев коры друг от друга и от древесины определяются ее механической прочностью и связями с древесиной и между собой. Механическая прочность слоев коры зависит от структурного строения и физического состояния в момент окорки [2].

Наиболее благоприятным для окорки является весенний период вегетации, когда силы сцепления коры с древесиной резко уменьшаются [3]. При отрицательных температурах влага, содержащаяся в полостях клеток луба и камбиальной зоны, замерзает, увеличивая прочность коры и ее связь с древесиной, кристаллы льда образуют решетку, в результате чего внешняя нагрузка начинает восприниматься волокнами материала совместно с кристаллами льда [4].

При механической окорке большое значение имеют строение и толщина коры, ее механические свойства и физическое состояние в момент обработки.

Говоря о механической окорке лесоматериалов, следует выделить три принципиально различных способа: роторно-скребковая технология;

барабанная технология; продольно-фрезерная технология.

Окорка в роторных станках при силовом воздействии короснимателя на разрушаемую поверхность происходит за счет различий деформационных способностей коры и древесины, а также приводит к непрерывному образованию новых очищенных поверхностей. С точки зрения принципов механики упругопластического деформирования твердого тела процесс окорки в роторных станках характеризуется одновременным развитием механизмов сдвига, перерезания и скалывания корки, луба и камбия с последующим их уплотнением на границе зоны смятия с более плотной древесиной.

При окорке короснимателем с тупым углом 5 > л/2 основное требование к технологическому процессу заключается в том, что удельная сила прижима короснимателя Рс не должна вызывать напряжения, которые бы превышали предел прочности древесины на сжатие [5]. Таким образом, при расчете параметров окорки необходимо учитывать различие прочностных характеристик коры и древесины. Под действием короснимателя возникают следующие силы: F w F2 - соответственно сила нормального давления и сила трения коры по передней грани рабочей кромки короснимателя; F3 и F4 - сила нормального давления и сила трения на лезвии рабочей кромки; F5 и Fe- сила нормального давления и сила трения по задней грани рабочей кромки. Тензорное проектирование этих сил на оси декартовой системы координат ХоУ определяет в главных осях две главные компоненты тензора сил : касательную силу Рх и нормальную силу Ру. Приведенной или равнодействующей указанных главных сил является сила Рр. В плоскости, перпендикулярной плоскости действия силы Рр, на лесоматериал действует еще одна сила - осевая Р0. Окончательно в зоне контакта кора - древесина будет действовать результирующая окоряющая сила:

При окорке мерзлой ели касательная сила Рх достигает 0,7-0,8 силы Р. В летне-осенний период у березы и осины этот показатель составляет соответственно 0,45-0,55 и 0,55-0,65.

Обобщая существующие результаты исследований технологических параметров окорки, можно выделить следующие основные факторы, влияющие на достижение качественных показателей:

  • • геометрические: диаметр лесоматериала; глубина снимаемого слоя и ширина полосы коры, снимаемой одним короснимателем; толщина коры;
  • • силовые: окоряющая сила Р или удельная сила прижима Рс;
  • • прочностные свойства коры, включая ее структуру, влажность и температуру;
  • • технологические параметры окорки и конструктивные особенности короснимателя: угол окорки S; радиус рабочей кромки короснимателя г; его длина; передний угол у; площадь контакта короснимателя с корой и число короснимателей;
  • • скоростные параметры: число оборотов ротора в минуту и скорость его подачи.

В основе математического моделирования групповой механической окорки лежит связь между качеством окорки и временем нахождения лесоматериала во вращающемся барабане. При этом необходимо учитывать развитие динамических процессов в коре и древесине во время соударений бревен [6].

Существующие методы расчета показателей процесса групповой окорки расчета требуют дальнейшего своего развития в следующих направлениях:

  • • плоская задача об ударе по поверхности бревна и предположение о вероятности единичного испытания как отношения плоских участков должна быть рассмотрена в объемной постановке с учетом размеров (толщины) коры hK и толщины ее отдельных слоев: корки, луба и камбия;
  • • необходимо рассмотреть процесс динамического разрушения коры на контакте с заболонным слоем древесины с учетом различий их прочностных, упругопластических, реологических и технологических свойств;
  • • детерминированная задача разрушения коры должна быть дополнена вариационной моделью с учетом диапазонов изменения физико-механических свойств слоев и технологических параметров окорки с целью установления статистических характеристик времени окорки.

В процессе окорки цилиндрической или конической фрезой, ось которой перпендикулярна оси ротора, глубина резания зависит от величины выпуска ножей над поверхностью фрезы. При расчетах учитываются только конструктивные и кинематические особенности режима фрезерования, тогда как материал коры, ее структура и способность сопротивляться механическому воздействию резания не нашли должного отражения [7].

В зависимости от технологии фрезерования и типа станков принимают различные прочностные характеристики коры на резание. При этом необходимо учитывать различие в сопротивлении материала при резании вдоль и поперек волокон [8]. В частности, при влажности ели 190% это различие достигает соотношения 1:7. При продольно-фрезерной технологии максимальное качество окоренной поверхности обеспечивается в том случае, когда кора срезается в направлении, продольном к волокнам древесины.

Список литературы

1. Газизов, А.М. Вариационный метод расчета и стабилизации параметров роторной окорки /А.М. Газизов, В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев// Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2009. № 7. С. 47-51.

  • 2. Газизов, А.М. Повышение качества окорки лесоматериалов /А.М. Газизов, И.В. Григорьев, О.М. Гумерова// Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2009. № 10. С. 132-140.
  • 3. Шапиро, В.Я. Анализ теории расчета параметров процесса окорки древесины в роторных окорочных станках /В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев, А.М. Газизов// Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2009. № 186. С. 110-120.
  • 4. Газизов, А.М. Исследование процесса разрушения коры при роторной окорке бревен различного диаметра /А.М. Газизов, В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев//Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2009. № 2. С. 45- 50.
  • 5. Газизов, А.М. Анализ типоразмерных рядов роторных окорочных станков и их инструментального оснащения /А.М. Газизов, И.В. Григорьев, О.М. Гумерова, Д.А. Ильюшенко/ депонированная рукопись № 75-В2009 16.02.2009.
  • 6. Григорьев, И. В. Математическая модель групповой окорки

лесоматериалов в окорочных барабанах /И.В. Григорьев, В.Я. Шапиро, А.Е. Гулько/ Научное обозрение. 2012. № 4. С. 154-171.

  • 7. Газизов, А.М. Пути совершенствования методик расчета технологических параметров механической окорки круглых лесоматериалов /А.М. Газизов, В.Я. Шапиро, И.В. Григорьев, О.М. Гумерова/ депонированная рукопись № 547- В2008 30.06.2008 0
  • 8. Газизов, А.М. Анализ технических решений по повышению качества поштучной механической окорки круглых лесоматериалов /А.М. Газизов, И.В. Григорьев, О.М. Гумерова/депонированная рукопись № 546-В2008 30.06.2008.

УДК 674.04

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >