Режимы резания древесины в круглопильных станках по теплостойкости материала инструмента

Технико-экономический эффект от внедрения новых режимов пиления круглыми пилами по теплостойкости материала лезвий инструмента достигается за счет: уменьшения аварийного расхода круглых пил; от повышения производительности за счет оптимизации режимов пиления, сокращения времени на переустановку инструмента, уменьшения внеплановых простоев круглопильных станков; снижения затрат на подготовку инструмента.

Основные результаты и выводы исследования:

1. Разработан графоаналитический метод расчета температуры резания и распределения температур по высоте зуба. Распределение относительных температур по высоте зуба не зависит от абсолютных значений этих температур.

2. На основе решения дифференциального уравнения теплопроводности зуба круглой пилы, с применением программного пакета Mathematica v. 4.2., установлен закон распределения температуры по его высоте при известной температуре резания, а также аналитическая зависимость для определения температуры резания. Характер изменения относительной температуры по высоте зуба, полученный аналитическим расчетом и построенный по результатам графоаналитического метода хорошо согласуются.

3. Рассмотрено распределение относительной температуры от конструктивных и технологических параметров , , , и b в пределах их возможных изменений. Для снижения температуры лезвия нужно работать с большими значениями b, , периферии диска – большими значениями и меньшими значениями .

4. Установлено, что тепло, поступающее в инструмент при резании, распределяется следующим образом: 80 % тепла отводится через режущую часть, 20 % – отводится диском. Таким образом, количество теплоты, отводимой из зоны резания через инструмент в 5 раз превышает количество теплоты, рас­ходуемой на нагрев диска. При известных значениях коэффициента коли­чества тепла, расходуемого на нагрев диска К = 0,01…0,09, доля теплоты, отводимая из зоны резания через инструмент составит К1 = 0,05…0,45 от теплоты эквивалентно выделяемой в зоне резания.

5. Экспериментально определено количество теплоты, отводимой стружкой при продольной распиловке древесины круглыми пилами. Её количество в зависимости технологических условий и конструктивных параметров инструмента колеблется от 21,2 % до 33,5 % от общего количества теплоты, выделяемой в процессе резания. В проводимых экспериментах мощность, затрачиваемая на нагрев стружки при пилении, в абсолютном выражении составляет от 0,41 до 2,69 кВт.

6. Получено уравнение теплового баланса процесса пиления древесины круглыми пилами с учетом научно обоснованных исследований по стокам тепла: сток теплоты из зоны резания в стружку q1 = 21,2…33,5% от теплоты, выделяемой в зоне резания; сток теплоты в инструмент для прогрева лезвия зуба и корпуса инструмента q2 до 45 %; сток теплоты в обрабатываемую заготовку q3 = 1,1…1,8% в заданном диапазоне варьирования переменных факторов.

7. Экспериментально определены значения коэффициентов теплоотдачи зубьев пил, и в пределах исследованных факторов они изменяются от 914 до 1384 Вт/(°С м2). Коэффициенты теплоотдачи режущей части пилы на порядок выше, чем коэффициенты теплоотдачи дисков пил на спокойном воздухе (от 80 до 360 Вт/(°С м2)).

8. Разработаны «Методические рекомендации по расчету режимов резания древесины в круглопильных станках по теплостойкости материала инструмента», которые утверждены ОАО «Уральский научно-исследовательский институт переработки древесины». Максимально допустимая скорость подачи выбирается как наименьшая из рассчитанных по 5-ти ограничениям: по заполнению впадин зубьев; по шероховатости поверхности распиловки; по мощности привода механизма резания; по динамической устойчивости пилы; по теплостойкости материала зубьев пил. Критерий теплостойкость, при расчете скорости подачи, становится ограничивающим при увеличении высоты пропила, и уменьшении числа зубьев.

9. Расчеты технико-экономической эффективности в рассматриваемых примерах, подтверждают целесообразность внедрения предложенных режимов, где в качестве ограничивающего критерия используется теплостойкость материала лезвий пилы. Годовой экономический эффект от внедрения предлагаемых мероприятий может составить на 1 станок – 534 тыс. руб.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Щепочкин С.В. К оценке тепловых потоков и средних температур зуба круглой пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Изв. вузов. Лесной журнал. 2006. – №1. С. 58 - 61.

2. Щепочкин С.В. Температурное поле зуба круглой пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Изв. вузов Лесной журнал. 2008. №3. С. 75 – 81.

3. Щепочкин С.В. Вопросы совершенствования структуры маркировки круглых пил / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Деревообрабатывающая пром-сть. 2009. №1. С.18 – 20.

4. Щепочкин С.В. О тепловом балансе процесса резания древесины круглыми пилами / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Изв. вузов Лесной журнал. 2009. №3. С. 101 – 107.

публикации в других изданиях

5. Щепочкин С.В. Графоаналитический метод расчета температурных полей дисков круглых плоских пил / С.В. Щепочкин, В.К. Пашков // Материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2002. С. 108 – 109.

6. Щепочкин С.В. Аналитический метод расчета температурного поля зуба круглой пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Сборник материалов международной научно-технической конференции «Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса» – Екатеринбург: УГЛТУ, 2003. С. 128-131.

7. Щепочкин С.В. Исследование тепловых полей зубьев круглых пил / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Технические науки: Сборник аннотаций научно-исследовательских работ студентов вузов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. С. 15.

8. Щепочкин С.В. О количестве поступающего тепла по зонам диска круглой пилы / А.Ю. Катков, С.В. Щепочкин, В.К. Пашков // Материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов. Екатеринбург: УГЛТУ, 2004. С. 49-50.

9. Щепочкин С.В. Расчет среднеинтегральных коэффициентов теплоотдачи для дисков круглых пил / С.В. Щепочкин, В.К. Пашков // Материалы научно-технической конференции студентов и аспирантов. – Екатеринбург: УГЛТУ, 2004. С. 67.

10. Щепочкин С.В. Теоретическая оценка эмпирических выражений распределения температуры / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Научные труды: Сб. Вып. 3 / УГЛТУ – Екатеринбург, 2004. С. 36 – 39.

11. Щепочкин С.В. К вопросу о тепловых полях по зонам диска круглой пилы / С.В. Щепочкин // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса: Тез. докл. международ. науч.-техн. конф. / Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2005. С.140.

12. Щепочкин С.В. К оценке средних температур по высоте зуба круглой пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып. 11. Брянск: БГИТА, 2005. С. 135-139.

13. Щепочкин С.В. Измерительная система для регистрации температурных полей зуба пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Сборник научных трудов факультета МТД. Вып. 1 / Екатеринбург: УГЛТУ, 2005. С. 116 – 119.

14. Щепочкин С.В. О теплоотдаче диска пилы при резании / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Сб. научных трудов факультета МТД. Вып. 1 / УГЛТУ, 2005. С. 119 – 126.

15. Щепочкин С.В. Определение температурных перепадов плоских круглых пил / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Вып. 14. Брянск: БГИТА, 2006. С. 147-152.

16. Щепочкин С.В. О конвективном теплообмене режущей части пилы при резании / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: Труды международного евразийского симпозиума. Екатеринбург, 2006. С. 138-143.

17. Щепочкин С.В. Об оценке температуры резания при пилении круглыми пилами / С.В. Щепочкин // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века: Труды международного евразийского симпозиума. Екатеринбург, 2006. С. 143 – 146.

18. Щепочкин С.В. Влияние конструктивных и технологических параметров на температурное поле зуба круглой пилы / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Лесной и химический комплексы – проблемы и решения. Сборник статей по материалам Всероссийской научно-практической конференции. Том 2 – Красноярск: СибГТУ, 2006. С. 199 – 204.

19. Щепочкин С.В. К вопросу определения скорости подачи в круглопильных станках с учётом теплостойкости инструмента / С.В. Щепочкин, А.А. Лимонов // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. Труды II международного евразийского симпозиума. Екатеринбург, 2007. С.259 – 261.

20. Щепочкин С.В. Термическое сопротивление дисков круглых пил / В.К. Пашков, С.В. Щепочкин // Социально-экономические и экологические проблемы лесного комплекса в рамках концепции 2020: материалы VII междунар. науч.-техн. конф. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2009. Ч.2. С. 21 – 24.

21. Щепочкин С.В. Экспериментальные исследования коэффициентов теплоотдачи режущей части круглых пил / С.В. Щепочкин, В.К. Пашков // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века. Труды VI международного евразийского симпозиума. Екатеринбург, 2011. С. 324 – 331.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620100, г. Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, Ученому секретарю диссертационного совета Куцубиной Н.В.

Подписано в печать 09.04.12 Объем 1 п.л. Заказ № 646 Тираж 100.

620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37.

Уральский государственный лесотехнический университет

Отдел оперативной полиграфии.