Лабораторные исследования процесса силового резания древесины корней саженцев ножом выкопочной машины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторные исследования процесса силового резания древесины корней саженцев ножом выкопочной машины

Дручинин Денис Юрьевич

аспирант

Проведены лабораторные исследования процесса силового резания древесины корней саженцев с целью оптимизации параметров ножей выкопочной машины по критерию минимального усилия резания. Получены аналитические зависимости усилий перерезания древесины корней от их диаметра для различных пород саженцев

Ключевые слова: ВЫКОПОЧНАЯ МАШИНА, САЖЕНЦЫ, КОРНИ, РЕЗАНИЕ ДРЕВЕСИНЫ КОРНЕЙ, УСИЛИЕ РЕЗАНИЯ

Введение

Для механизации перспективного способа лесовосстановления, озеленения городских территорий и разработки различных ландшафтных дизайнов (создания лесных культур и городских насаждений крупномерными саженцами, пересаживаемыми с комом почвы) учеными Воронежской государственной лесотехнической академии разработана машина для выкопки крупномерного посадочного материала с комом почвы и подготовки посадочных ям (рис. 1). Выкопочная машина состоит из следующих элементов: навески к трактору 3, рамы 2, двух гидроцилиндров 1. Рабочий орган состоит из двух вертикальных стоек 4, режущих элементов (ножей) 5 и полуковша 6 в задней его части. Рабочий орган и вертикальные стойки образуют двуплечий рычаг, поворачиваемый гидроцилиндрами [1].

Постановка и решение задачи

Резание корней - крайне сложный процесс. Резанию растительных материалов лезвием рабочего органа выкопочных машин предшествует процесс предварительного сжатия им материала до возникновения на кромке лезвия рабочего органа разрушающего контактного напряжения [2, 3].

Рисунок 1 - Общий вид выкопочной машины

В работах [4, 5, 6, 7] рассматривается процесс силового перерезания древесины корней древесных пород с целью определения физико-механических свойств поросли и корней. Однако в этих работах не учитываются геометрические параметры ножа, вследствие чего нельзя определить оптимальные параметры режущего элемента.

Для оптимизации геометрических параметров ножей выкопочной машины по критерию минимального усилия резания были проведены лабораторные исследования силового резания древесины корней саженцев основных пород, применяемых в лесном хозяйстве.

При определении усилия перерезания древесины корней использовался стенд УМ-5А (рис. 2).

Рисунок 2 - Испытание древесины корней на перерезание на стенде УМ-5А

резание корень выкопочная машина

В Учебно-опытном лесхозе ВГЛТА были заготовлены образцы древесины корней различных культур: дуба черешчатого, березы повислой, сосны обыкновенной, тополя пирамидального. Важность образцов была определена в соответствии с ГОСТ 16483.7-71 и составила для корней дуба 60 %, для корней березы - 55%, для корней сосны - 46 % и для корней тополя - 50 %. В опытах использовались корни диаметром 5; 8; 10; 12; 15; 18; 25 мм (рис. 3).

Рисунок 3 - Образцы древесины корней после их силового перерезания

Каждый опыт повторяли 25 раз, затем проводилась статистическая обработка полученных материалов.

Результаты замеров усилия перерезания образцов древесины корней представлены в виде графиков зависимостей усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножами с различными углами заточки и геометрическими параметрами (рис. 4-12).

В программу исследований входило определение влияния угла заточки, угла при вершине ножа на усилие резания древесины корней.

Рисунок 4 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании прямым ножом с углом заточки 60є

Рисунок 5 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании прямым ножом с углом заточки 45є

Рисунок 6 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании прямым ножом с углом заточки 30є

Рисунок 7 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 80є и углом заточки 60є

Рисунок 8 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 80є и углом заточки 45є

Рисунок 9 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 80є и углом заточки 30є

Рисунок 10 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 60є

Рисунок 11 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 45є

Рисунок 12 - Зависимость усилия резания древесины корней саженцев различных пород от диаметра при резании ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є

Выводы

При анализе полученных результатов установлено влияние угла заточки и угла при вершине ножа на усилие перерезания корней саженцев различных пород. Так, усилие резания снижается на 4-17 % (в зависимости от породы) при перерезании ножом с углом при вершине, отличным от нуля.

Общеизвестно, что дуб среди всех рассматриваемых пород имеет наибольшую плотность древесины. Поэтому для сравнения усилия резания в зависимости от исследуемых ножей и выбора оптимального ножа по критерию минимального усилия резания целесообразно рассматривать опытные данные резания ножами древесины корней дуба (рис. 13).

Из анализа полученных данных выявлено, что минимальное усилие при перерезании корней дуба черешчатого достигается при использовании ножа с углом при вершине 105є и углом заточки 30є.

При малых диаметрах (до 8 мм) различия в усилиях резания древесины корней различных пород минимальные, но с увеличением диаметра возрастает и усилие, которое необходимо приложить для перерезания корня.

Рисунок 13 - График резания древесины корней дуба различными видами ножей с углом заточки 30°

Таблица 1- Статистические показатели оценки экспериментальных данных усилия Р, Н, необходимого для перерезания древесины корней дуба в зависимости от их диаметра ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є

Таблица 2 - Статистические показатели оценки экспериментальных данных усилия Р, Н, необходимого для перерезания древесины корней сосны в зависимости от их диаметра ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є

Таблица 3 - Статистические показатели оценки экспериментальных данных усилия Р, Н, необходимого для перерезания древесины корней березы в зависимости от их диаметра ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є

Таблица 4 - Статистические показатели оценки экспериментальных данных усилия Р, Н, необходимого для перерезания древесины корней тополя в зависимости от их диаметра ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є

Построены также гистограммы распределения максимального усилия, достаточного для перерезания древесины корней, позволяющие предварительно оценить нормальность эмпирического распределения. Для большей наглядности на гистограммы наложена кривая нормального распределения. При построении гистограмм была использована программа для статистической обработки экспериментальных данных Statistica 6. В качестве примера на рисунке 14 приведена гистограмма распределения максимальной нагрузки для перерезания древесины корней дуба.

а) б)

в) г)

д) е)

ж)

Рисунок 14 - Гистограммы распределения усилия резания P, Н при перерезании ножом с углом при вершине 105є и углом заточки 30є древесины корней саженцев дуба диаметров 0,5; 0,7; 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2,5 см

Построены графики зависимостей усилия перерезания древесины корней саженцев от их диаметра (рис. 15). Кроме того, получены аналитические зависимости усилий перерезания древесины корней от их диаметра для различных пород саженцев:

для дуба: ;

; (1)

для сосны: ;

; (2)

для березы: ;

; (3)

для тополя: ;

. (4)

Рисунок 15 - Зависимость усилия перерезания древесины корней от их диаметра:

а - дуб; б - сосна; в - береза; г - тополь

Список литературы

1. Дручинин Д.Ю. О разведении и восстановлении дубрав в поймах рек // Лесотехнический журнал. - 2011. - № 2. - С. 6-9.

2. Дручинин Д.Ю., Дорняк О.Р., Драпалюк М.В. Математическая модель взаимодействия рабочего органа выкопочной машины с почвой и корнями растений // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2011. - № 68. - С. 51-67.

3. Дручинин Д.Ю. К вопросу учета взаимодействия рабочего органа лесных машин с почвой и корнями растений при математическом моделировании // Молодой ученый. - 2011. - № 7. - С. 25-28.

4. Драпалюк М.В. Совершенствование технологических операций и рабочих органов машин для выращивания посадочного материала и лесовосстановления: Дисс. … д-ра техн. наук. - Воронеж, 2006. - 415 с.

5. Попиков В.П. Обоснование параметров технологического оборудования машины для формирования крон деревьев при лесовыращивании: Дисс. …канд. техн. наук. - Воронеж, 2008. - 171 с.

6. Пономарев С.В. Обоснование параметров активных рабочих органов машины для агротехнического ухода за лесными культурами на вырубках: Дисс. …канд. техн. наук. - Воронеж, 2008. - 182 с.

7. Драпалюк М.В. Совершенствование технологических операций и рабочих органов машин для выращивания посадочного материала и лесовосстановления: Автореф. дисс. … д-ра техн. наук. - Воронеж, 2007. - 17 с.

Размещено на Allbest.ru