Введение к работе
Актуальность темы. Для глубокой переработки древесины требуется сквозная технология от растущего дерева до конечных изделий. Это требует обоснования технологических параметров процесса первичной обработки и переработки, а также станочного оборудования для изготовления, в частности, шпона при строгании древесных заготовок.
Применяемые шпонострогальные станки имеют недостатки из-за строгания поперек волокон. Шириной стружки здесь является длина заготовки, что приводит к значительным габаритам и металлоемкости станка. Это требует больших энергозатрат на резание древесины, обязательным является проваривание древесины перед строганием. Шпон имеет внутренние микротрещины, вырывы и большую шероховатость. Для заточки и оправки длинных ножей и прижимных линеек у существующих шпонострогальных станков поперечного принципа действия требуется крупногабаритное заточное оборудование.
Шпон, получаемый резанием вдоль волокон, превосходит по качеству шпон, получаемый поперечным строганием. При этом, в случае использования свежесрубленной древесины, можно обходиться без энергоемкого проваривания древесины. Строгание шпона в этом случае целесообразно производить в процессе малообъемных лесозаготовок. Это значительно улучшает энергосбережение от применения предлагаемого шпонострогального станка и расширяется область его применения, так как станок может производить шпон без проваривания в условиях лесных предприятий и лесхозов, но при условии соблюдения режима хранения и подготовки древесных заготовок к первичной обработки.
В диссертации рассматривается непрерывное движение инструмента. Это требует уточнения методики расчета усилий резания при строгании древесины вдоль волокон, учитывающей многообразие влияющих факторов. Эффективность производства шпона во многом зависит от сезона заготовки, режимов хранения и подготовки, проваривания заготовок древесины. В связи с этим тема диссертации является актуальной.
Цель работы: обоснование технологических параметров процесса заготовки древесины и параметров конструкции шпонострогального станка при непрерывном движении ножа вдоль волокон древесины.
Для достижения этой цели решены следующие задачи:
1) обосновать режимы технологии подготовки, хранения и проваривания древесных заготовок для продольного строгания;
2) построить математическую зависимость усилия продольного строгания и обжима древесины при различных ее состояниях;
3) разработать методику экспериментов, обработки данных и получения уравнения регрессии при строгании заготовок;
4) сопоставить теоретические и эмпирические зависимости усилия строгания древесины вдоль волокон, установить поправочные коэффициенты, учитывающие технологические параметры процесса строгания;
5) обосновать максимальные значения энергосиловых параметров, разработать конструкции продольных шпонострогальных станков;
6) выполнить оценку качества строганого шпона и рассчитать ожидаемую экономическую эффективность предложенного шпонострогального станка.
Объект и предмет исследований. Объектом исследования являются древесные заготовки различных режимов подготовки, а также шпонострогальный станок и его режущий инструмент.
Предметом исследования являются технологические параметры процессов хранения, проваривания и продольного строгания древесины, параметры конструкции станка и его режущего инструмента, а также математические зависимости и результаты экспериментов.
Методы исследований. В процессе проведения исследований были использованы методы патентного поиска, морфологического анализа, теории планирования эксперимента, электротензометрии, математической статистики, механико-математического моделирования и экспериментов продольного строгания древесины.
Научной новизной обладают:
- математическая зависимость усилия строгания древесины, отличающаяся учетом изменения модуля упругости древесины в смятом состоянии при продольном относительно волокон направлении резания;
- методика проведения экспериментов и сравнение результатов с комплексом математических зависимостей энергосиловых параметров продольного строгания древесины на шпон;
- полученные аналитико-экспериментальным методом поправочные коэффициенты, характеризующие силовые показатели процесса продольного строгания древесины;
- предлагаемая конструкция шпонострогального станка, защищенная патентом РФ на полезную модель и отличающаяся механизмом резания.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Поправочные коэффициенты процессов резания древесных заготовок различных режимов подготовки, комплекс математических зависимостей энергосиловых параметров продольного строгания древесины на шпон.
2. Результаты экспериментов и регрессионное уравнение усилия резания для обоснования режимов работы продольно-строгального станка.
3. Информационно-логическая модель функционирования шпонострогального станка, методика расчета технической производительности.
4. Патенты на изобретение и полезную модель, и другие технические решения по конструкции шпонострогального станка.
Практическая значимость. Обоснованные режимы хранения и проваривания древесины применимы при подготовке образцов древесного сырья к резанию шпона продольным строганием. Приведенные математические зависимости и полученные аналитико-эксперимен-тальным методом поправочные коэффициенты позволяют рассчитывать для производственных условий рациональные режимы процесса продольного резания древесины, а также проектировать новые виды оборудования для изготовления строганого шпона. Предложенная конструкция шпонострогального станка может иметь практическое значение при создании новых образцов оборудования.
Реализация результатов работы. Результаты исследований приняты к внедрению в ООО «Завод Лесфорт», что подтверждено соответствующими актами.
Основные результаты работы и экспериментальная установка внедрены в учебный процесс и используются при подготовке бакалавров по направлению 250400 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» и инженеров специальности 250403 «Технология деревообработки» по дисциплине «Оборудование отрасли».
Личный вклад автора состоит в постановке задач исследований, разработке экспериментальной установки и проведении экспериментальных исследований; разработке математической зависимости процесса продольного строгания древесины; получении аналитико-экспе-риментальным методом поправочных коэффициентов.
Автором разработана методика экспериментальных исследований, выполнена программа измерений и произведена статистическая обработка их результатов. Автором предложена конструкция шпонострогального станка (Пат. № 84293) и разработана методика расчета его производительности.
Апробация. Работа выполнена в рамках программы Федерального фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и удостоена гранта программы УМНИК-2010. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников МарГТУ в 2005-2010 гг. и БГИТА в 2010 г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 7 статьях, из них 6 в соавторстве. В изданиях, рекомендованных ВАК России, опубликовано 3 статьи. Получены 1 патент на изобретение и 1 патент на полезную модель шпонострогального станка.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы объемом 153 стр. и включает 65 илл., 37 табл., список использованной литературы содержит 128 наименований, из них 11 на иностранном языке, а также 4 приложений на 19 стр.
