Обоснование параметров дереворежущего инструмента для переработки усыхающей древесины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Думанский, Андрей Игоревич

• Думанский, Андрей Игоревич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Думанский, Андрей Игоревич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБОСНОВАНИЕ КОРРЕКЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ПРИМЕНЕНИЯ

ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ

1.1 Характеристика усыхающих древостоев Архангельской области

1.2 Характеристика сухостойной древесины

1.3 Характеристика рубительных машин

1.4 Теоретический анализ резания древесины в рубительных машинах

1.4.1 Расчет геометрических параметров щепы

1.5 Традиционная термическая обработка ножей рубительных машин

1.6 Лазерная термическая обработка (ЛТО)

1.7 Требования к материалу ножей для эффективной переработки сухостойной древесины

1.8 Возможности коррекции геометрии режущей кромки ножей рубительных машин с целью повышения их износостойкости при переработке сухостойной древесины

1.9 Постановка задачи исследования

2 ВЫБОР РЕЖИМОВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ (ЛТО) НОЖЕЙ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СУХОСТОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

2.1 Материалы и методики исследования

2.1.1 Характеристика объекта исследования

2.1.2 Описание установки ЛТО «Квант-15»

2.1.3 Разработка моторизованного приспособления для ЛТО

ножей рубительных машин

2.1.4 Подготовка объектов для ЛТО

2.1.5 Подготовка объектов к испытаниям после ЛТО

2.1.6 Выбор постоянных и переменных факторов эксперимента

2.1.7 Оценочные показатели и методы их измерения

2.1.8 Объем, содержание и последовательность проведения опытов

2.1.9 Обработка результатов опытов 56 2.2 Результаты исследований

2.3 Выводы

3 ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ НОЖЕЙ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ СУХОСТОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ ПОСЛЕ ЛТО

3.1 Оборудование и методики оценки эксплуатационных свойств

ножей рубительных машин после ЛТО

3.2 Результаты оценки эксплуатационных свойств ножей рубительных машин после ЛТО

3.3 Выводы

4 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ СУХОСТОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

НА ЕЁ ПРОЧНОСТЬ НА СКАЛЫВАНИЕ ВДОЛЬ ВОЛОКОН

5 КОРРЕКЦИЯ УЕЛА ЗАТОЧКИ (УЕЛА ПРИ ВЕРШИНЕ) РЕЖУЩЕЙ КРОМКИ НОЖА РУБИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ И ОЦЕНКА ЕЁ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ СУХОСТОЙНОЙ ДРЕВЕСИНЫ

5.1 Оценка влияния угла заточки режущей кромки ножа рубительной машины на качество щепы при переработке сухостойной древесины

5.2 Влияние угла заточки на потребляемую мощность рубительной машины при переработке сухостойной древесины

5.3 Влияние угла заточки режущей кромки ножей рубительных машин на уровень износа (радиус закругления) и выкрашиванием лезвий при обработке сухостойной древесины

5.4 Выводы 84 6 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ

ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ НОЖЕЙ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН

6.1 Расчет производительности рубительной машины

6.2 Расчет расходов на производство щепы

6.3 Расчет эффективности использования ножей с ЛТО

по сравнению с «традиционными» ножами (разница в затратах)

6.4 Расчет окупаемости инвестиция на приобретение установки для ЛТО 89 7. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 92 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 95 ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров дереворежущего инструмента для переработки усыхающей древесины»

ВВЕДЕНИЕ

Особенностями сухостойной древесины является низкая влажность, ферментированные до твёрдого состояния смолы и, как следствие этого, повышенная прочность, твёрдость и отсутствие смазывающих свойств при её резании, а также -высокая абразивная способность.

Указанные особенности определяют повышенные требования к твёрдости и износостойкости режущей кромки лезвийного деревообрабатывающего инструмента для переработки сухостойной древесины, в том числе - и к ножам рубительных машин, используемых для получения щепы из такой древесины. Ножи рубительных машин, испытывающие высокие динамические нагрузки, изготавливаются, как правило, из инструментальных легированных сталей, в частности - штамповой стали 55Х6ВЗСМФ. Традиционная термическая обработка таких сталей состоит из объёмной закалки и отпуска при температуре 530...550°С, что позволяет обеспечить высокие прочностные и динамические характеристики, однако твёрдость, в том числе, и режущей кромки не превышает 56...58 единиц по Роквеллу. Такая твёрдость допустима при переработке свежесрубленной древесины. Однако при резании сухостойной древесины ресурс ножей рубительных машин с твёрдостью НЯС 56...58 резко снижается из-за притупления и абразивного износа режущей кромки. С целью повышения режущих свойств и ресурса этих ножей необходимо обеспечить твёрдость лезвия на уровне НЯС 63...65 при сохранении высоких динамических характеристик материала ножа, что невозможно при использовании только традиционной термообработки, состоящей из объёмной закалки и высокого отпуска.

Требуемые прочностные и ресурсные характеристики материала ножей могут быть достигнуты путем использования применительно к стандартным ножам локальной (вдоль режущей кромки) лазерной термической обработки промышленными импульсными лазерами или лазерами непрерывного излучения. Обеспечиваемая в таком

случае минимальная зона термического влияния лазерного излучения позволяет сохранить структуру и свойства тела резца без изменений, при этом в зоне лазерного воздействия может быть сформирована структура сверхмелкозернистого свежезакаленного мартенсита при сохранении высокотвердых карбидов с прослойками остаточного аустенита.

Использование ЛТО для локального упрочнения режущего инструмента используется достаточно широко, но применительно к ножам рубительных машин ее использование представляет ряд проблем, таких как отсутствие информации о влиянии ЛТО на износостойкость инструментальных легированных сталей, используемых для изготовления ножей, а также научно обоснованных режимов ЛТО, которые могут быть использованы при упрочнении ножей рубительных машин.

Дополнительные возможности для повышения износостойкости лезвийного инструмента при переработке сухостойной древесины в щепу дает оптимизация характеристик режущей части инструмента, однако в настоящее время в литературе отсутствует информация о влиянии коррекции этих характеристик на качество щепы, износостойкость инструмента и энергетических показателей процесса переработки сухостойной древесины на рубительных машинах.

Целью настоящей работы является оптимизация геометрических параметров режущей части лезвийного инструмента и разработка технологического процесса его упрочнения с использованием ЛТО для получения необходимой износостойкости инструмента при переработке сухостойной древесины.

Для достижения поставленной цели исследования предполагается решить следующие задачи применительно к переработке сухостойной древесины в технологическую щепу:

- определить оптимальные технологические режимы ЛТО для обеспечения

требуемой структуры и свойств режущей кромки ножа;

- установить влияние износа ножа на качество технологической щепы;

- установить влияние угла заточки режущей кромки ножа на качество

технологической щепы, износ ножа и потребляемую мощность;

- определить ресурс ножей с ЛТО до очередной переточки;

- оценить эффективность использования ЛТО для упрочнения ножей рубительных

машин при переработке сухостойной древесины.

Научная новизна работы

- проанализированы особенности усыхающей древесины, и на основе анализа её специфических механических свойств определены требования по геометрии и механическим свойствам к лезвийному деревообрабатывающему инструменту для переработки такой древесины;

- предложена методика лазерного упрочнения лезвийного инструмента и разработаны технологические режимы подготовки, позволяющие достичь необходимого уровня механических и эксплуатационных свойств этого инструмента;

- разработана методика оценки влияния износа лезвия инструмента на качество технологической щепы;

- разработаны практические рекомендации по коррекции геометрических параметров и применению лазерной термообработки для лезвийного деревообрабатывающего инструмента, позволяющие значительно повысить комплекс его механических и эксплуатационных свойств при переработке сухостойной древесины.

Теоретическая и практическая значимость работы

В работе установлены закономерности влияния геометрических параметров режущей части лезвийного инструмента и параметров технологического процесса лазерной термической обработки лезвий на износостойкость и эффективность инструмента при переработке сухостойной древесины. На основе этих закономерностей разработан технологий процесс, рациональные режимы ЛТО, а также практические рекомендации по применению предложенных разработок в производстве.

Отмеченные выше результаты получены путем разработки и использования в экспериментальной части работы оригинальных методик и способов исследования, а также оценки параметров технологического процесса и эффективности применения предлагаемых разработок.

На защиту выносится:

- методика и режимы ЛТО ножей рубительных машин для обработки сухостойной древесины.

- методика оценки влияния износа лезвия инструмента на качество технологической щепы.

- методика оценки затупления лезвий ножей рубительных машин.

- теоретический расчет прочностных характеристик сухостойной древесины в зависимости от ее плотности и влажности.

Степень обоснованности и достоверности научных положений, рекомендаций и выводов

Обоснованность научных положений, приведенных в работе, исследований подтверждена экспериментально. Достоверность представленных результатов обоснована необходимым числом экспериментов, выполненных в соответствии с действующими стандартами и методиками. Предлагаемые вновь методики и средства измерения в необходимой степени апробированы.

Апробация результатов работы

По результатам исследований автором сделаны доклады на 14-й и 16-й Международных научно-практических конференциях «Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» в г. Санкт-Петербурге и на научных конференциях САФУ им. М.В. Ломоносова. Практические рекомендации апробированы на СЦБК (г. Архангельск) и на ряде деревоперерабатывающих предприятий Архангельской области и показали положительные результаты.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБОСНОВАНИЕ КОРРЕКЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ РЕЖУЩЕЙ ЧАСТИ НОЖЕЙ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ СУХОСТОЙНОЙ

ДРЕВЕСИНЫ

1.1 Характеристика усыхающих древостоев Архангельской области Впервые вопрос о возможности критической ситуации в лесах области был поднят в 2003 году, когда в ходе научной экспедиции было выявлено усыхание глубоко перестойных сухостоев. В 2004 году специалистами Российского центра защиты леса проводилось лесопатологическое обследование на территории Березниковского и Верхнетоемского лесхозов на площади 1,0 млн. га, в ходе которого было выявлено 145 тыс. га усыхающих, погибших и переспелых еловых древостоев. Последующие обследования (2004-2006) показали, что очаг усыхания распространяется и на другие леспромхозы. Площадь усыхания древостоев в леспромхозах Архангельской области приведена в таблице 1.1 [2]:

Таблица 1.1- Площадь усыхания в леспромхозах Архангельской области

Название леспромхоза Площадь, тыс. га

Березниковский 316,4

В ерхнетоемский 160,2

Выйский 429,2

Карпогорский 319,8

Сурский 431,3

Емецкий 9,9

Лешуконский 141,8

Пинежский 71,8

Холмогорский 9,9

На 2005 год доля умерших перестойных деревьев для разных областей очага усыхания находилась в диапазоне 52-84%. Общая площадь усыхающих лесов на 2006 год составила 1,9 млн. га.

Лесной массив Архангельской области представлен, прежде всего, елью обыкновенной - 56% и сосной 27% от общего объёма (Данные комитета по экологии Архангельской области, 2006). Например, на территории Верхнетоемского и Выйского лесничеств ель и сосна занимает 94% от общего объёма хвойных насаждений. По данным комитета по экологии Архангельской области на 2006 год доля лесного массива, представленного спелыми и перестойными насаждениями, составляла 56%, а по данным на 2007 год достигла 66%. Средний возраст ели в этом очаге усыхания составляет 157 лет. Преимущественный класс возраста ельников - VI - VIII.

Снижение темпов усыхания впервые было отмечено в 2006 году (Лямцев, Денисов, 2007), отношение доли свежего сухостоя к общему количеству составило приблизительно 50%.

В ходе аэровизуального обследования в 2006 году было выявлено, что доля усыхающих еловых древостоев по Выйскому лесхозу составляет 70-75% по площади, по Верхнетоемскому лесхозу - 30-35%, по Березниковскому лесхозу - 25-30%. Ослабленные и усыхающие еловые насаждения отмечены также на территории Красноборского и Яренского лесхозов на площади, соответственно 185 921 и 56 954 га. Специалисты отмечали, что темпы усыхания по сравнению с предыдущими годами в целом по области значительно снизились, и отпад деревьев в этот период ненамного превышал свое естественное значение.

По данным на 2007-2008 годы запасы сухостойной и усыхающей еловой древесины на территории Архангельской области превышают 2 млн. га, и темпы увеличения этого показателя не выше своего естественного значения. В общем отпаде преобладает сухостой 2-4- летней давности.

Основная масса сухостоя представляет собой крупномерные ели, находящиеся в критическом для породы возрасте. Процентное соотношение сухих деревьев к общему их количеству на отдельных участках варьируется в широких пределах. В большинстве случаев в первую очередь происходит поражение плотных массивов своевременно не вырубленных старовозрастных деревьев, что, в свою очередь, создает благоприятные условия для распространения усыхания среди более молодых насаждений.

Распределение площади усыхающих древостоев в Выйском лесхозе по характеру усыхания на 2006 год имело следующий вид: до 2%-одиночное; 3-20%-диффузное; 21-55%-куртинно-групповое; более 5%- сплошное.

Процесс усыхания сопровождается поражением ствола и других частей усыхающего дерева различными пороками. Гибель дерева наступает внезапно и скоротечно; опавшая хвоя имеет зеленую окраску, что свидетельствует о высокой скорости ее отмирания. Древесина погибшего дерева интенсивно разрушается; происходит поражение различными грибными болезнями. Со временем древесина приобретает рыхлую структуру. Усохшие деревья через короткий промежуток времени после их гибели вываливаются ветром в валежник и окончательно разрушаются. Важными отличительными особенностями процесса усыхания являются также облом вершинной части дерева (примерно треть усохших деревьев), смолотечение, наличие большого количества ветровальных и буреломных экземпляров в усыхающей куртине. Отмечается также обширный отпад хвои, снижение влажности погибших стволов до 24-28 %, наличие продольных трещин по длине ствола на глубину 10-40% радиуса, вызванных его неравномерной усушкой, поражение деревьев грибами синевы на глубину 10...50 мм.

При осмотре партии хлыстов, поступающих в раскряжёвку из Верхнетоемского и Выйского лесхозов, отмечалось наличие наружной трухлявой гнили, заболонной гнили, ядровой гнили, боковых трещин от усушки, червоточин, грибов синевы.

Усохшая древесина изменяет свои физические свойства, причем эти изменения тем значительнее, чем больше времени прошло с момента смерти дерева. Из древесины улетучиваются смоляные и жирные кислоты, терпены, уменьшается содержание пентозанов, повышается содержание веществ, растворимых в щелочи и горячей воде, происходит образование кислых продуктов и снижение рН экстракта древесины с 3,8 до 4,6.

Мнения о причинах усыхания древостоев различны и дискуссионны. Их условно можно разделить на три группы. Ряд исследователей считают, что усыхание древостоев является естественным процессом, обусловленным особенностями жизненного цикла лесной экосистемы. Основными причинами усыхания сторонники этой теории называют смерть дерева от старости, что частично подтверждается наиболее интенсивным усыханием глубоко перестойных и великовозрастных деревьев, а также срабатывание

природного механизма ограничения перенаселения экосистемы. Критическим возрастом еловых насаждений зоны усыхания, по их мнению, следует считать 180-200 лет.

Приверженцы второй группы утверждают, что увеличение количества усыхающих деревьев обусловлено естественными климатическими и биотическими причинами - засухой 2001 -2003 годов и, как следствие, ослаблением корневой системы деревьев, расселением короедов на здоровые деревья, глобальными изменениями климата, чередованием периодов засушливого лета и снежной холодной зимы, аномальными зимними оттепелями.

По мнению третьих, основная причина усыхания древостоев в лесах области - это губительное антропогенное воздействие на них. Н.П. Залывский в своей статье «Социально-экономическая и экологическая мотивация сокращения ареала сухих ельников» пишет: «Перечень причин усыхания может быть длинным, но всех их следует назвать «детьми» противоестественной практики антропогенного вандализма и хищнического хозяйствования, сопровождающих столетнюю историю управления индустриальным становлением Европейского Севера России». Определяющим негативным фактором, с этой точки зрения, является действующая технология ведения рубок. Выборочные рубки, в ходе которых из древостоя отбираются наиболее жизнеспособные экземпляры, нарушают экологическое равновесие в данной экосистеме; естественный отбор лишается своего природного характера, что, по истечении некоторого времени, приводит к общему снижению иммунитета древостоя. При проведении рубок с соблюдением сроков примыкания деструктивное действие ветров, нарушение гидрологического режима испытывают лесосеки, оставленные на сроки примыкания для обсеменения вырубленных сплошными рубками делянок. Нарушение санитарной безопасности в лесах, ведение кулисных вырубок, прокладка линейных объектов также являются факторами, повышающими риск усыхания древостоя. Нельзя не отметить возможность существования негативного влияния на природное равновесие в лесах области изменения общего экологического фона, вредных выбросов при запуске ракет с космодрома Плесецк и др.

В 2011 году НИИ Леса Финляндии (МЕТЬА) опубликовал результаты своих исследований очага усыхания ельников на территории Архангельской области. Основными причинами усыхания в отчете были названы исключительные засухи 1999-2001 годов, что привело к ослаблению деревьев и обширному заселению древостоев

короедом - типографом. Отмечается также, что, в связи с последними изменениями климата, последующие летние засухи могут оказать еще более губительное воздействие на ельники Архангельской области и, в целом, северной Европы (2011).

Тем не менее, ни одна из перечисленных теорий о причинах интенсивного усыхания лесов не может рассматриваться как единственно верная. Большинство специалистов, работавших над этой темой, сходятся во мнении что к существующей ситуации привела совокупность всех или почти всех вышеуказанных факторов с преобладанием того или иного в большей или меньшей степени.

Помимо очевидного вреда лесной экономике, массовое уеыхание ельников влечет за собой такие проблемы, как лесопожарную, экологическую и социальную.

Учитывая отмеченные выше качественные изменения структуры лесного фонда, встает вопрос об использовании соответствующей технологии переработки древесины усыхающего леса, в частности, получения из нее технологической щепы различного назначения [2].

1.2 Характеристика сухостойной древесины

Сухостойная древесина (сухостой) - это древесина с мертвой или «спящей» корневой системой. Благодаря природной обработке сухостой имеет специфические биохимические и механические характеристики. Некоторые авторы [3,4] считают, что при небольшом сроке усыхания древесины ее химический состав практически не отличается от показателей здоровой древесины. Однако, в процессе продолжительного усыхания древесина подвергается гниению, в результате которого изменяется химический состав древесины - повышается зольность, количество веществ, растворимых в 1 % растворе щелочи и горячей воде [5,6,7]. Под действием грибов может происходить изменение толщины клеточной стенки [8], механической прочности самого волокна и его средней длины, что приводит к модификации физико-механических свойств сухостойной древесины в целом [9].

На рисунке 1.1 видно, что сухостойное дерево состоит из 2 слоев: наружного, практически лишенного влаги, и сердцевины, в которой сохранилась основная часть влаги. При отмирании корневой части, дерево перестает получать влагу извне,

вследствие чего дерево старается сохранить свою жизнедеятельность за счет отвода влаги от поверхностного к сердцевине.

Поверхностный слой

Сердцевина

Рисунок 1.1- Разрез сухостойного дерева

При обследованиях в лесных делянках с помощью портативного электрического влагомера влажности усыхающей еловой древесины на оголенных от коры участках установлено, что влажность в поверхностной зоне на глубине до 15 мм составляла 24...28%. При снижении влажности ниже точки насыщения волокон, равной 30%, происходит усыхание древесины. В центре ствола или бревна влажность гораздо выше, и эта зона стесняет свободу деформаций от усушки. Поэтому в результате достаточно быстрой и неравномерной сушки ствола по объему в поверхностной зоне образуются большие по величине внутренние растягивающие напряжения, вызывающие появление продольных трещин, которые быстро увеличиваются по длине, глубине и ширине раскрытия. При полевых исследованиях в лесных делянках в результате замеров с помощью щупа установлено, что продольные трещины в стволах деревьев на оголенных от коры участках имели глубину от 10 до 40% радиуса [10-13].

Основной чертой сухостойной древесины является то, что ее конечная влажность находится чаще всего в пределах от 5-12 %, и именно благодаря этому данный материал показывает уже в спиленном состоянии механические показатели, превышающие механические показатели свежесрубленной. Так, например, сравнительные испытания,

проведенные в 2006 году доцентами С(А)ФУ Волковой З.А. и Орленко Л.В.[2] было установлено, что прочность сухостойной древесины, по сравнению со свежесрубленной, при статическом изгибе выше (29,3 МПа по сравнению с 20,9 МПа); предел прочности на сжатие вдоль волокон выше (45,0 МПа против 40,4 МПа); а предел прочности на скалывание вдоль волокон у сухостойной древесины ниже, чем у свежесрубленной (5,5 МПа по сравнению с 7,0 МПа). Кроме того, необходимо отметить, что разброс в показателях у сухостойной древесины значительно меньше, чем у свежесрубленной [2] (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Сравнительные характеристики сухостойной и свежесрубленной древесины (ель, средняя влажность 12 %)

Параметры Значение для:

Сухостойной древесины Свежесрубленной древесины

Предел прочности на изгиб, тМПа 29,3 20,9

Предел прочности на сжатие, МПа 45 40,4

Предел прочности на скалывание вдоль волокон, Тдр, МПа 5,5 7,0

Стандартное квадратичное отклонение, МПа 1,90 4,95

Однако, при относительно высоких прочностных свойствах при воздействии поперёк волокон и большей их равномерности, значительная часть сухостойной древесины может иметь серьёзные пороки, которые делают её часто не пригодной для применения в строительстве. К таким порокам можно отнести смоляные воронки, насечки, входные отверстия, буровую муку или буровые опилки на стволе и под корой, насекомые на коре, под корой, или на древесине и т.д. Учитывая выше сказанное, наиболее оптимальным способом утилизации такой древесины является ее измельчение

и последующее использование в различных областях промышленности в качестве сырья, наполнителя или материала для топливных брикетов. Однако это измельчение имеет ряд особенностей, в частности, отсутствие поверхностной межклеточной влаги, ферментированные до твердого состояния смолы, и как следствие этого, относительно высокие прочность и твердость значительно повышают требования к прочностным характеристикам и износостойкости режущего инструмента, используемого в процессе измельчения сухостойной древесины. Ускоренному износу инструмента способствует также и повышенная абразивная способность этой древесины.

1.3 Характеристики рубительных машин

Рубительные машины применяются для переработки древесины в щепу, соответствующую заданным параметрам (фракционному составу, геометрическим размерам частиц и др.).

Рубительные машины подразделяются на дисковые, барабанные, конические и шнековые.

Барабанные рубительные машины бывают: по типу инструмента - ножевые и резцовые; по форме размещения резцов на рабочем органе - спиральные, винтовые, ступенчатые; по способу загрузки - с гравитационной и принудительной подачей. Удаление щепы в машинах чаще всего производится вниз на выносной конвейер или в систему пневмотранспорта. Машины могут иметь внутри корпуса решетки, при этом они снабжаются двумя контрножами. Это позволяет уменьшить объем крупной фракции в щепе, т.к. происходит доизмельчение крупных частиц, не прошедших через отверстие решетки [14].

Щепа из барабанных машин используется в древесноплитном производстве, гидролизной промышленности и в качестве топлива как сама по себе, так и в виде топливных брикетов.

Наряду с ножевыми машинами достаточно широко внедряются в промышленность и многорезцовые машины.

Дисковые рубительные машины по способу загрузки подразделяются на машины с наклонной и горизонтальной подачей. В машинах с наклонной подачей, предназначенных для измельчения короткомера, подача древесины в зону резания под действием силы тяжести. Машины с горизонтальной подачей используются для

измельчения длинномерного сырья, которое подается в зону резания конвейером или специальным механизмом подачи.

По виду режущего инструмента машины бывают ножевые (открытое резание) и резцовые (закрытое резание). У всех ножевых машин электродвигатель привода соединен с рабочим органом (ножевым диском), посредством втулочно-пальцевой муфты, которая оснащена тормозом.

Режущим инструментом рубильной машины может быть нож или резец. Режущие инструменты рубильных машин являются основным рабочим элементом. Их качества и долговечность в значительной степени определяют эффективность работы машины в целом. Режущий инструмент должен обеспечивать высокое качество щепы, необходимую продолжительность работы машины, полную взаимозаменяемость и простоту крепления, удобство замены. Кроме этого, конструкция резцов должна способствовать их групповой заточке.

Режущие инструменты рубильных машин работают в наиболее неблагоприятных условиях по сравнению с другим деревообрабатывающим инструментом. Они измельчают низкокачественную древесину и древесные отходы с корой, гнилью, минеральными примесями, причем древесина бывает и низкой влажности (сухая), и мороженая. Режущие инструменты испытывают высокие нагрузки, причем не только на переднюю грань и лезвие, но и на боковые грани.

Для изготовления режущего инструмента рубительных машин обычно используют легированные инструментальные штамповые стали марок 6ХС, 6Х6ВЗМФС, 6Х7ВСМФ, 55Х7ВСМФ, 9Х5ВФ и т.д.[15].

Твердость рабочей части ножей на расстоянии от режущей кромки до 2/3 ширины ножа, но не менее 43 мм должна быть Н11С56...60).

На поверхности ножей не допускается трещин, расслоения, коррозии. На рабочей части не допускается забоин. Что касается опорной и передней поверхностей, то на расстоянии 14 от нижней поверхности допускается следы рихтовки не более 0,5 мм.

Параметры шероховатости ноже по ГОСТ2789 -73 должны быть не более, мкм:

- Яа<1.25, передние поверхности в зоне НЫС56...60;

- Яа<2.5, передняя поверхность в остальной части, задней и опорной поверхности;

- Яг<40, нижняя и торцевая поверхность;

- Кг<80, остальные поверхности.

Все ножи имеют форму пластин (рисунок 1.2). Основные параметры ножей: длина, Ь=300-460 мм;

- ширина, В=80 мм;

- толщина, 8=6-10 мм; угол заточки, (3=29-36°.

Допуск на толщину должен не превышать Б= 0,05мм.

Допуск на ширину, В= 0,5 мм/м, (вся длина).

Допуск на не прямолинейность режущей кромки 0,3

Допуск на не прямолинейность режущей кромки 0,3° (вся длина).

Рисунок 1.2 - Геометрические характеристики рубительного ножа

За исключением размеров, к резцам рубительных машин предъявляются такие же требования, как и к ножам.

Твердость рабочей части ножей на расстоянии от режущей кромки до 2/3 ширины

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Думанский, Андрей Игоревич, 2015 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Волкова, З.А Сравнительный анализ показателей прочности образцов из свежесрубленной и сухостойной древесины [Текст]/ З.А. Волкова, Л.В. Орленко/ Наука-Северному региону: сб. науч. тр. - Архангельск: АГТУ, 2006. Вып. 67. - С. 54-58.

2. Усыхающие ельники Архангельской области, проблемы и пути их решения: сборник - Архангельск: департамент лесного комплекса Архангельской области; Центр защиты леса Архангельской области, 2007 - 130с.

3. Морозова О.В. Химический состав древесины усыхающих и сухих стволов кедра корейского и ели аянской. [Текст]/Иванова Р.П., Козлов В.Н./-Изв. СО АН СССР, 1960, №3, с.45-49.

4. Добровольский Д.С. Об использовании в бумажной промышленности хвойной древесины, пораженной сибирским шелкопрядом- Изв. Вузов. Лесной журнал, 1959, №6, с.145-150.

5. Матюшкина А.П., Агеева М.И. Свойства древесины и целлюлозы из сухостоя сосны. В сб. Физико-химические исследования древесины и ее комплексное использование. [Текст]/ Матюшкина А.П., Агеева М.И / Изд-во Карельского филиала АН СССР, Институт леса, Петрозаводск, 1978, с.24-38.

6. Комаров Ф.П. О химическом составе древесины, поврежденной дереворазрушающими гнилями,- Бум. Промышленность, 1934, №2, с.49-60.

7. Ушаков И.И. Использование пораженной гнилью сосновой древесины при выработке сульфатной целлюлозы. - Целлюлоза, бумага и картон, 1971, №7, с.9 -11.

8. Иванова И.С. Сульфатная целлюлоза для картона из дровяной древесины. /Соловьева С.И./- Бум. Промышленность, 1966, №3, с.8-11.

9. Бобров А.И.,- Сб. трудов ЦНИИБ. [Текст]/ Бобров А.И., Турбанова А.Д., Брежнева Р.Т./Вып.2.М.,1967,с.154-166.

10. Варфоломеев Ю.А. Обеспечение долговечности изделий из древесины: книга / Ю.А. Варфоломеев // М.: «Ассоль». - 1992. - 288 с.

11. Варфоломеев Ю.А. Анализ деятельности лесозаготовительного предприятия в зоне усыхания лесов Архангельской области: статья [Текст]/ Варфоломеев Ю.А., Давитиашвили А.Ш., И.В. Пьянков // Лесн. журн. - 2005. - №6. - С. 128 - 132.-(Изв. высш. учеб. заведений).

12. Варфоломеев Ю.А. Использование еловой древесины с биологическими поражениями: статья / Ю.А. Варфоломеев // Лесн. журн. - 2005. - №4. - С. 151 -153. -(Изв. высш. учеб. заведений).

13. Варфоломеев Ю.А. Выход сортиментов при раскряжевке сырья из района усыхания еловых лесов: статья / Ю.А. Варфоломеев, Е.М. Баева // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. АГТУ. Вып. 64 -Изд-во АГТУ. - Архангельск, 2006. - С. 18 - 23

14. Васильев, С.Б. Производство щепы на предприятиях лесного комплекса. Учебное пособие [Текст]/ С.Б. Васильев, В.И. Патякин, И.Р. Шегельман. - Санкт-Петербург: Изд-во СПбЛТА, 2002.

15. ГОСТ 17342-81. Ножи рубительных машин. - Введ. 1981-01-01.- М.: Издательство стандартов, 1982. - 6 с.

16. Гук, В.К. Деревообрабатывающее оборудование [Текст]/ В.К. Гук, Б.Я. Захожай/ Киев: Будивельник, 1978. - 128 с.

17. Амалицкий, В.В. Станки и инструменты деревообрабатывающих предприятий [Текст]/ В.В. Амалицкий, В.И. Любченко./ М.: Лесная промышленность, 1977. - 400 с.

18. Грубе, А.Э. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин, автоматических линий [Текст]/ А.Э. Грубе, В.И. Санев./ М.: Лесная промышленность, 1973.-384 с.

19. Маковский Н.В. Теория и конструкция деревообрабатывающих машин [Текст]/Амалицкий В.В., Комаров Г.А., Кузнецов В.М./. М.: Лесная пром-сть, 190.-608 с.

20. Любченко В.И. Резание древесины и древесных матрериалов. - М.: МГУЛ, 2012,-310 с.

21. Ивановский Е.Г. Резание древесины. М.: Лесн. Пром-сть, 1974. - 200 с.

22. Маковский, H.B. Теория и конструкция деревообрабатывающих машин [Текст]/ Н.В. Маковский, В.В. Амалицкий, Г.А. Комаров, В.А. Кузнецов.: Учебник для вузов - 2-е изд., перераб. и доп./ М.: Лесн. пром-ть, 1984. - 552 с.

23. Бершадский, А.Л. Справочник по расчету режимов резания древесины [Текст] / А.Л. Бершадский. - М.: Гослесбумиздат, 1962. - 124 с.

24. Бершадский, А.Л. Резание древесины [Текст] / А.Л. Бершадский, Н.И. Цветкова. - Минск: Вышэйшая школа, 1975. - 304 с.

25. Амалицкий, В.В. Оборудование и инструмент дерево-обрабатывающих предприятий [Текст] / В.В. Амалицкий, В.И. Санев. - М.: Экология, 1992. - 480 с.

26 ГОСТ 5950-2000. Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия. -Введ. 2001-04-01.- М.: Стандартинформ, 2001. - 10 с.

27. Справочник по конструкционным материалам [Текст]/ под ред. В.Н. Арзамасова./ М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 637 с.

28. Инструментальные стали. Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. [Текст] / А.П. Гуляев, К.А. Малинина, С.М. Саверина. - М.: Машиностроение, 1975. - 272 е., ил.

29. Коваленко, B.C. Лазерная обработка [Текст] / B.C. Коваленко. - М.: Машиностроение, 1991. - 44 с.

30. Коваленко, B.C. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов [Текст] / B.C. Коваленко, А.Д. Верхотуров, Л.Ф. Головко, И.А. Подчерняева. - М.: Наука, 1986.-276 с.

31. Рыкалин, H.H. Лазерная обработка материалов [Текст] / H.H. Рыкалин, A.A. Углов, А.Н. Кокора. - М.: Машиностроение, 1975. - 296 с.

32. Григорьянц, А.Г. Основы лазерной обработки материалов [Текст] / А.Г. Григорьянц. - М.: Машиностроение, 1989. - 304 е.: ил.

33. Коваленко, B.C. Применение лазеров в машиностроении [Текст] / B.C. Коваленко, В.П. Котляров, В.П. Дятел. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1988. - 62 с.

34. Коваленко, B.C. Прогрессивные методы лазерной обработки материалов [Текст] / B.C. Коваленко. - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985. - 88 с.

35. Белянин, В.А. Структура и твердость поверхностных слоев стали после обработки лучом лазера [Текст] / В.А. Белянин, A.A. Жуков, А.Н. Кокора и др. // Физика и химия обработки материалов. - 1967 -№2. - с. 115-116.

36. Гук, B.K. Повышение стойкости многолезвийного инструмента [Текст] / В.К. Гук, С.Н. Кульман // Деревообрабатывающая промышленность. - 1987 -№2. - с. 3-5.

37. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 3. Методы поверхностной лазерной обработки: Учеб.пособие для вузов [Текст] / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов; Под. ред. А.Г. Григорьянца. -М.: Высш. шк., 1987. - 191 е.: ил.

38. Коваленко, B.C. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера [Текст] / B.C. Коваленко, Л.Ф. Головко, B.C. Черненко. - К.: Тэхника, 1990. - 192 с.

39. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов: Учеб.пособие для вузов [Текст] / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов; Под. ред. А.Г. Григорьянца. -М.: Высш. шк., 1988. - 159 е.: ил.

40. Зотов, Г.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента [Текст] / Г.А. Зотов, Е.А. Памфилов. - М.: Экология, 1991. - 304 с.

41. Коваленко, B.C. Обработка материалов импульсным излучением лазеров [Текст] / B.C. Коваленко. - К.: Вища школа, 1977. - 144 с.

42. Акулина, Г.А. Лазерная закалка деталей машин: Обзор. [Текст] / Г.А. Акулина, Э.С. Цырлин. - М.: НИИмаш, 1984, 64 е., 27 ил.

43. Коваленко, B.C. Лазерная технология: Учебник [Текст] / B.C. Коваленко. - К.: Выща школа. Головное изд-во, 1989. - 280 с.

44. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник [Текст] / H.H. Рыкалин, A.A. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 е., ил.

45. Вохмянин, H.A. Лазерное термоупрочнение деревообрабатывающего инструмента из сталей 9ХФМ и 7Н2МФА [Текст] / H.A. Вохмянин, А.П. Чекмезов // Станки и инструменты деревообрабатывающих производств: Межвуз. сб. науч. тр. /ЛТА. СПб., 1993.-е. 33-37.

46. Памфилов, Е.А. Новый способ повышения износостойкости режущих инструментов [Текст] / Е.А. Памфилов и др. // Деревообрабатывающая пром-ть. - 1999 -№5.-с. 20-21.

47. Пижурин, A.A. Исследования процессов деревообработки [Текст] / A.A. Пижурин, М.С. Розенблит. -М.: Лесн. Пром-сть, 1984. -232 с.

48. Воскресенский, С.А. Резание древесины [Текст] / С.А. Воскресенский. - М. -Л.: Гослесбумиздат, 1955. -200 с.

49. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. [Текст] / Ю.А. Геллер. - М.: Металлургия, 1983. - 527 с.

50. ГОСТ 2999-75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. -Введ. 1976-02-04. - М.: Издательство стандартов. - 7 с.

51. ГОСТ 23677-79. Твердомеры для металлов. Общие технические требования. -Введ. 1979-07-01. - М.: Издательство стандартов. - 6 с.

52. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. - Введ. 1976-03-07. - М.: Издательство стандартов. - 5 с.

53. Богомолова, H.A. Практическая металлография [Текст] / H.A. Богомолова. -М.: Высш. школа, 1978. -272 е., ил.

54. Металлографические реактивы. Справ, изд. - 3-е изд., перераб. и доп. [Текст] / B.C. Коваленко. -М.: Металлургия, 1981. - 120 е., ил.

55. Справочник по металлографическому травлению [Текст] /М. Беккерт, X. Клемм: Лейпциг, 1976. Пер. с нем. М.: Металлургия, 1979. - 336 е., ил.

56. Прокофьев, Г.Ф. Основы научных исследований. Учебное пособие [Текст] / Г.Ф. Прокофьев. - Архангельск, РИО АГТУ, 1995. - 38 с.

57. Демьяновский, К.И. Износостойкость инструмента для фрезерования древесины [Текст] / К.И. Демьяновский. - М.: Лесная промышленность, 1968. - 128 с.

58. Дунаев, В.Д. Определение показателей остроты режущих инструментов на металлографическом микроскопе [Текст] / В.Д. Дунаев, М.В. Боярский // Совершенствование конструкций, методов подготовки и эксплуатации режущего инструмента и лесопильно-деревообрабатывающего оборудования: Научные труды ЦНИИМОДа. - Архангельск, 1977. - с. 20-24.

59. Богданов, В. А. Применение фото проекционного метода для изучения затупления зубьев [Текст] / В.А. Богданов // Совершенствование конструкций, методов подготовки и эксплуатации режущего инструмента и лесопильно-деревообрабатывающего оборудования: Научные труды ЦНИИМО Да. - Архангельск, 1977.-е. 13.

60. Моисеев, A.B. Метод определения износа дереворежущего инструмента [Текст] / A.B. Моисеев, В.А. Столяр // Изв.вузов. Лесн.журнал. - 1981 - №2. - с. 71-73.

61. Технологические режимы РПИ 6.6-00. Подготовка круглых плоских пил. / Ю.М. Стахиев. - Архангельск: ЦНИИМОД, 1986. - 44 с.

62. Калинин, Д.М. Режущий инструмент в деревообработке. [Текст] /Д.М. Калинин/. -М.: Гослестехиздат, 1935.

63. ГОСТ 15815-83. Технологическая щепа. - Введ. 1984-01-01. - М.: Издательство стандартов. - 7 с.

64. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения.- М.: МГУЛ, 2002,- 340с.

65. Боровиков A.M. Справочник по древесине: справочник под редакцией Уголева БюН. - М.: Лесн. Пром-сть, 1989. - 296 с.

66. Полубояринов О.И. Плотность древесины. - М.: Лесн. Пром-сть, 1976. - 160 с.

67. Крутов В.И. Основы научных исследований, [Текст] /Грушко И.М., Попов ВВ./.- М.: Высш. шк., 1989.-400 с.

68. Инструкция по технической эксплуатации окорочно-рубительного комплекса для производства технологической щепы фирмы «Andritz» И 23-13-12./ Утв. гл. инженер С.Г. Попов 25-05-2012. - ОАО «Соломбальский ЦБК».

69 Пластинин, A.B. Бизнес-план: Экономическая эффективность инвестиций: учеб. пособие [Текст] / A.B. Пластинин / 2-изд., испр. и доп. - Архангельск: С(А)ФУ им. М.В. Ломоносова, 2011. - 111 е.: ил.