Продольное пиление древесины пилой с комбинированными зубьями

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОДОЛЬНОЕ ПИЛЕНИЕ ДРЕВЕСИНЫ ПИЛОЙ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ЗУБЬЯМИ

Глебов И.Т.

Для продольного пиления древесины используют пилы с различными зубьями: плющеными, разведенными, оснащенными пластинками твердого сплава, с косой заточкой и т.д. Одной из задач процесса пиления является снижение энергопотребления. Для решения такой задачи зубья пилы выполняют с косой заточкой: поочередно с правой и левой заточкой. При пилении на таких зубьях возникают поперечные составляющие силы резания, которые раскачивают пилу в поперечном направлении, вызывают вибрацию пилы. Для гашения поперечных колебаний пилы за зубьями с косой заточкой один зуб делают прямой, укороченный по высоте. Таким образом, зубья пилы могут быть выполнены по схеме: зуб с косой правой заточкой, зуб укороченный прямой, зуб с косой левой заточкой, зуб укороченный прямой и т.д.

Размещено на http://www.allbest.ru/

На рис. 1, а показаны профили зубьев пилы в пропиле, на рис. 1, б - сечения срезаемых слоев зубьями при одинаковой подаче на зуб. Срезаемые слои разрезаны плоскостью параллельной вектору скорости подачи и перпендикулярной стенкам пропила. Ширина пропила равна b.

Найдем площадь S поперечных сечений срезаемых слоев для зубьев:

- зуб 1 укороченный с прямой заточкой:

; (1)

- зуб 2 с косой левой заточкой:

; (2)

- зуб 3 с правой косой заточкой: .

Анализируя формулы (1) и (2), отметим следующее.

При величине укорочения прямого зуба с = 0 S₁> S₂ на .

При или S₁ = S₂ = S₃ = S_zb. Это оптимальный случай, когда площади срезаемых слоев прямым укороченным и косыми зубьями равны. Для этого случая

, (3)

где л - угол наклона режущей кромки зуба с косой заточкой.

Можно принимать значение с из ряда (рис. 2):

с = 0, 5S_z; с = S_z; с = 1, 5S_z; с = 2S_z. (4)

Размещено на http://www.allbest.ru/

При укорочении прямых зубьев с = 0, 5S_z и с = S_z рабочая часть режущих кромок всех зубьев проходит от левой до правой стенок пропила. Площади срезаемых слоев всеми зубьями одинаковы и равны S_zb. Проекция рабочей части режущих кромок всех зубьев на направление ширины пропила равна b.

При укорочении прямых зубьев с > S_z рабочие части режущих кромок зубьев не формируют одновременно обе стенки пропила. Площади срезаемых слоев прямыми зубьями стали меньше соответствующих площадей, срезаемых зубьями с косой заточкой (табл. 1). Проекция рабочей части режущих кромок зубьев на направление ширины пропила меньше b.

Среднее значение подачи на зуб определим как отношение плошади к ширине пропила. При выполнении условия (3), т.е. при с = 0, 5S_z и с = S_z для всех зубьев

.

Для других условий значения S_zср находятся по данным табл. 1.

Таблица 1 Параметры срезаемых слоев

Пример 1. Ширина пропила b = 3, 6 мм, угол наклона режущей кромки л = 15є. Определить величину укорочения с зуба 1 и значение S_z.

Решение. = 0, 48 мм. Согласно (4) принимаем с = S_z = 0, 48 мм.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пример 2. Ширина пропила b = 3, 6 мм, подача на зуб S_z = 0, 5 мм, с = 0, 5S_z. Определить угол наклона зубьев с косой заточкой.

Решение. Из (3) получим == 7, 9є.

На рис. 3 приведена схема пиления круглой пилой со скошенными зубьями.

Если угол наклона режущей кромки л=0є, то режущая кромка расположена перпендикулярно стенкам пропила (показана точкой). Угол встречи ц_в при пилении изменяется от нуля в точке А до 90є в точке С (). Процесс резания изменяется от продольного // до торцового . В произвольной точке В дуги контакта имеет место продольно-торцовое резание.

Если угол наклона режущей кромки л=90є, то режущая кромка расположена параллельно стенкам пропила (показана прямой линией). Угол скоса ц_с при пилении изменяется от нуля в точке А до 90є в точке С (). Процесс резания изменяется от продольного // до поперечного #. В произвольной точке В дуги контакта имеет место продольно-поперечное резание, а угол скоса равен углу встречи, ц_с = ц_в. Если угол наклона режущей кромки , то в произвольной точке В дуги контакта резание переходит от продольно-торцового к продольно-поперечному и получается продольно-торцово-поперечное резание, которое характеризуется углом наклона ц_н. Угол наклона измеряется в основной плоскости P_v между направлением волокон, направленных в массив, и главной секущей плоскостью P_ф. Из рис. 3 следует, ц_н = л. Для определения сил и мощности резания необходимо знать значения фиктивной силы резания и касательного давления срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба пилы. Для продольно-торцово-поперечного резания можно записать:

- фиктивная сила резания

р_//--# = р_//- - (р_//- - р_//-#); (5)

- касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба

k_//--# = k _//- - (k _//- - k _//-#), (6)

где р_//- = 1, 57 + 0, 0359 _в [1];

р_//- _# = 1, 57 - 0, 0065 _c ;

k_//-= (0, 196 + 0, 0039_в) + (0, 069 + 0, 0014_в)V' - (5, 4 + 0, 158 _в);

k_//- _#= (0, 196 - 0, 00184_c) +[0, 069 - (0, 069 - Б)0, 011_c]V' - (5, 4 - 0, 053_c);

Б_# = 0, 059...0, 069, меньшее значение Б_# при < 55, большее - при > 55;

- угол резания, град;

V' - условная скорость резания, м/с, причем, если V < 50 м/с, то V' = (90 - V ), иначе V' = V, где V - скорость главного движения.

Если ц_н = 90є, то из (5) и (6) получаем данные для продольно-поперечного резания. Если ц_н = 0є, то из (5) и (6) получаем данные для продольно-торцового резания. Все это соответствует рис. 3.

На пиле половина зубьев выполнены с косой заточкой и половина - укороченными с прямой заточкой. Для выполнения энергетических расчетов надо найти среднее значение р и k и эти средние значения можно отнести к каждому зубу пилы в отдельности.

Порядок расчета поясним на примере.

Пример. На однопильном круглопильном станке с высотой стола над центром пилы h =105 мм распиливаются сосновые брусья толщиной t = 100 мм на доски. Диаметр пилы D = 650 мм, число зубьев z = 36, толщина диска пилы S = 4, 4 мм, уширение зубьев на сторону S'=1, 2 мм, ширина пропила b = 6, 8 мм, зубья оснащены пластинами твердого сплава ВК15, угол резания д = 70є, скорость подачи V_s = 30 м/мин, частота вращения пильного вала n =1500 мин^-1. Зубья пилы расположены по схеме: зуб с косой правой заточкой, зуб укороченный прямой, зуб с косой левой заточкой, зуб укороченный прямой и т.д.

Определить мощность механизма главного движения в сравнении с пилением пилой с зубьями прямой заточки.

Решение. 1. Определим значение подачи на зуб

= 0, 56 мм.

По (4) принимаем укорочение прямого зуба

с = 1, 5 S_z =1, 50, 56= 0, 83 мм.

2. Находим угол наклона режущей кромки зуба с косой заточкой

= 13, 8°.

3. Окружной шаг зубьев

t_з = D/z = 3, 14 650/36 = 56, 7 мм.

4. Углы (результаты расчетов сведены в табл. 1):

- входа == 0, 888 рад;

- выхода = 1, 24 рад;

- контакта _к = _вых - _вх = 1, 24-0, 888 = 0, 354 рад;

- среднее значение _ср = _в = ( _вх + _вых )/2 = (0, 888+1, 24)/2 =

=1, 065 рад = 61є.

5. Длина дуги контакта пилы с брусом

l = _к D / 2 = 0, 354650/2 = 114, 9 мм.

Таблица 2 Результаты расчетов

6. Скорость главного движения

V = Dn / 60000 = 3, 146501500/60000 = 51, 1 м/с.

7. Фиктивная сила резания древесины сосны:

- р_//- = 1, 57 + 0, 0359_в = 1, 57 + 0, 035961 = 3, 76 Н/мм;

- р_{//- #} = 1, 57 - 0, 0065 _c = 1, 57-0, 006561= 1, 17 Н/мм;

- р_//--# = р_//- - (р_//- - р_//-#) = 3, 76-(3, 76-1, 17) 13, 8/90 =3, 36 Н/мм;

- среднее в блоке, включающем один прямой и один косой зуб,

р_ср = (р_//--#+ р_//-)/2 = (3, 36+3, 76)/2=3, 56 Н/мм.

8. Касательное давление стружки на переднюю поверхность зуба:

- k_//- =(0, 196 + 0, 003961)70 + (0, 069 + 0, 001461) 51, 1 - (5, 4 + 0, 15861)= 23, 2 МПа;

- k_{//- #} = 7, 2 МПа;

- k_//--#= k _//-- (k _//-- k _//-#)_н/90 = 23, 2-(23, 2-7, 2) 13, 8/90 =20, 8 МПа;

- среднее в блоке k_ср =(20, 8+23, 2)/2= 22, 0 МПа.

9. Величина затупления режущей кромки зуба

= lnTК_пК_и /1000 = 0, 0001114, 9 1500 480 0, 9 0, 9/1000 = 6, 7 мкм.

10. Коэффициент затупления при _o = 10 мкм [2]

= 1, 18.

11. Средняя подача на зуб:

- зуб прямой =0, 64 мм;

- зуб косой =0, 69 мм;

- среднее для пилы

=0, 67 мм;

12. Толщина срезаемого слоя зубом пилы:

- комбинированной = 0, 58 мм;

- прямозубой = 0, 49 мм.

13. Удельная сила резания

=33, 46 МПА.

14. Мощность механизма главного движения при работе пилой с комбинированными зубьями

=11, 38 кВт.

При использовании пилы с прямыми зубьями мощность равна Р_п = 12, 33 кВт. При формировании зубьев только с косой заточкой Р_кос = 10, 9 кВт. Укорочение прямых зубьев комбинированной пилы до величины с = S_z приводит к увеличению мощности Р_к = 11, 54 кВт, а при с = 0, 5S_z Р_к = 11, 7 кВт. С уменьшением укорочения прямых зубьев комбинированная пила приближается по форме к прямозубой пиле. Таким образом рекомендуется работать комбинированной пилой с укорочением прямых зубьев равным С = (1, 5…2, 0) S_z.

продольный пиление древесина энергопотребление

Литература

1. Глебов И.Т. Резание древесины: Учебное пособие. - Екатеринбург: УГЛТА, 2001.- 151 с.

2. Глебов И.Т. Резание древесины: Избранные лекции. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2005.- 99 с.

Размещено на Allbest.ru