Введение к работе
Актуальность темы: Одной из основных операций на лесосечных работах является валка леса с использованием бензомоторных пил. Достаточно большой объём работ приходится на обрезку сучьев и раскряжевку хлыстов, которая в основном выполняется с помощью бензомоторных пил. Поэтому эффективность выполнения лесосечных работ во многом зависит от качества и производительности бензомоторных пил.
Рабочим органом бензомоторной пилы служит пильная цепь. Эффективность работы мотоинструмента в значительной степени зависит от режущдх свойств и работоспособности пильной цепи, как режущего инструмента.
Повышение режущих свойств пильных цепей и увеличение срока их службы в настоящее время особенно актуально, когда резко снизились объёмы лесозаготовок с применением машин. В связи с этим необходимо предусматривать не только более широкое использование моторного инструмента, но и совершенствование его конструкции, в особенности цепного пильного аппарата, уделять особое внимание снижению вредного влияния на человека (вибрации, выхлопных газов и т.д.).
Имевшие место попытки использования на бензомоторном и электромоторном инструменте дисковых пил, фрез не позволили по результатам испытаний рекомендовать их для практического использования.
Вопрос о замене резания древесины механическими режущими инструментами на другие методы резания является пока малоэффективным. Так были проведены опыты по изучению возможности использования лазера для «пиления» древесины, пиление древесины ультразвуком, пиление специальным тросиком, «пиление» раскалённой проволокой или пластиной. Анализируя результаты экспериментов выявлено, что применение перечисленных выше способов пиления не обеспечивает главного показателя в лесной промышленности - повышение производительности чистого пиления с незначительными удельными энергозатратами.
Учитывая это, можно считать, что вопросы исследования цепного пильного аппарата с учётом специфики пильной цепи как режущего инструмента имеет научное и практическое значение, выбранная тема является актуальной для лесозаготовительного производства, как на данном этапе, так и в будущем.
Цель работы: Повысить прризводительность чистого пиления и снизить удельные энергозатраты бензомоторных пил на основе совершенствования конструкции пильной цепи за счёт использования Г-образных зубьев двухступенчатой формы.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись: пильные цепи, цепные пильные аппараты, процесс пиления цепными пильными аппаратами. Теоретические исследования базировались на методах математического анализа и прикладной механики, в экспериментальных исследованиях нашли применение методы многофакторного планирования эксперимента и математическая статистика. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с ГОСТ. Достоверность результатов научных исследований подтверждается апробацией рекомендаций на предприятиях лесного комплекса.
Предмет исследований. Изучить степень .влияния конструкции и геоме-триических параметров режущих Г-образных зубьев универсальной пильной цепи на повышение качественных показателей процесса пиления.
Научной новизной обладают:
разработанная конструкция пильной цепи, отличающаяся тем, что в режущем звене выполнен фигурный вырез, разделяющий цельную кромку зуба на две части с образованием строгающего и подрезающего зубьев;
математическая модель, описывающая процесс резания древесины Г-образным зубом разработанной пильной цепи, отличающаяся учётом усилия действующего на заднюю грань подрезающего Г-образного зуба от дна пропила и коэффициента трения элементов цепи по направляющей шине;
- лабораторный стенд с компьютерной поддержкой, отличающийся тем, что
он позволяет с высокой точностью исследовать процесс резания древесины
различными типами пильных цепей;
- закономерности рабочих процессов разработанной пильной цепи,
отличаются тем, что отображают взаимосвязь динамических процессов резания
древесины в разных рабочих режимах;
- параметры и режимы работы разработанной пильной цепи, отличающейся
новой конструкцией Г-образного зуба, которая обеспечивает снижение удельных
энергозатрат и повышение производительности чистого пиления.
Практическая ценность и результаты внедрения. Предлагаемая методика проведения исследований может служить основой для создания принципиально новых видов пильных цепей для цепных пильных аппаратов, а также позволяет оценить результаты исследований с экономической точки зрения. Результаты научных исследований могут быть использованы при решении задач оптимального выбора параметров и режимов резания. Разработанная конструкц ія стенда с компьютерной поддержкой, для исследования пильных цепей, позволяет проводить исследования в широком диапазоне нагрузок и скоростей. Разработанная конструкция Г-образного зуба пильной цепи позволяет повысить производительность чистого пиления на 15-20 %, а также снизить вибрации цепного пильного аппарата, что позволит повысить его рабочий ресурс.
Разработанная и испытанная пильная цепь может служить основой для серийного производства пильных цепей такой конструкции.
Результаты диссертации внедрены в Воронежской государственной лесотехнической академии при производстве лесозаготовительных работ в учебно-опытном лесхозе, а также в Воронежской дистанции пути Юго-Восточной ж.д. при культурной вырубке лесонасаждений в полосе отвода.
Основные положения, выносимые на защиту:
Конструкция пильной цепи, патент на полезную модель №40945;
математическая модель, описывающая процесс резания древесины Г-образным зубом разработанной пильной цепи позволяет проводить численные расчёты производительности чистого пиления, суммарного сопротивления резанию древесины, толщины снимаемой стружки;
компьютеризация лабораторного стенда и методика исследований, позволяющая с высокой точностью исследовать процесс резания древесины различными типами пильных цепей;
рабочие процессы разработанной пильной цепи, позволяющие определить зависимости удельных энергозатрат от усилия надвигания, производительности чистого пиления от скорости надвигания;
оптимальные параметры Г-образного зуба и режимы работы разработанной пильной цепи дают возможность повысить производительное гь чистого пиления на 15-20 %, снизить удельные энергозатраты на 12-15 %.
Достоверность полученных результатов: обеспечена проведением системного анализа проблемы повышения производительности чистого пиления и устойчивости пильной цепи в плоскости пропила методом многофакторного планирования эксперимента, регрессионного анализа, математической статистики, математического и имитационного моделирования. Все вычисления и обработка экспериментальных данных проводились на ЭВМ с использованием программ Microsoft Excel/07, STATGRAPAPHICS plus и ASUS NB Prob Professional.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры, на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2002-2006 гг.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, включая-две научных статьи в центральной печати рекомендованных ВАК Минобразования РФ, 1 публикацию без соавторов и патент на полезную модель. В работах, опубликованных в соавторстве личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, выполнении научно-технических исследований и анализа их результатов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и приложений. Основное содержание работы изложено на 154 страницах машинописного текста, из них 129 страниц основного текста и 25 страниц приложений, иллюстрировано 39 рисунков, и 9 таблиц.
