Почтовый адрес: САФУ, Редакция «Лесной журнал», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002, ауд. 1425

Тел/факс: (818-2) 21-61-18
Сайт: http://lesnoizhurnal.ru/ 
e-mail: forest@narfu.ru


архив

Повышение устойчивости дереворежущих пил термопластическим воздействием на распределение остаточных напряжений в полотне

Версия для печати

В.И. Мелехов, И.И. Соловьев, Т.В. Тюрикова, Н.Г. Пономарева

Рубрика: Механическая обработка древесины

Скачать статью (pdf, 0.7MB )

УДК

621.365.5

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-6-172-181

Аннотация

Устойчивость пилы в процессе работы характеризует способность полотна пилы сопротивляться силам, воздействующим на него в плоскости наибольшей жесткости. Пила может надежно работать только при условии сохранения устойчивого равновесия, которое достигается за счет создания разными методами нормированных остаточных напряжений в определенных зонах пильного полотна, уравновешивающих силы внешнего воздействия. Для придания работоспособности круглой пиле в центральной части полотна создают напряжения сжатия, компенсирующие силы центробежного ускорения, температурный нагрев отдельных зон полотна пилы, внешние продольные и поперечные изгибающие силы, возникающие при обработке материала. На практике создание нормированных напряжений в пильном диске круглой пилы традиционно осуществляется только локальным механическим контактным воздействием (проковкой, вальцеванием) рабочего органа пилоправного инструмента на стальной диск пилы. Предложено вместо традиционной механической обработки полотна пилы формировать напряженное состояние диска теплофизическим (термопластическим) воздействием, которое заключается в создании нормированных остаточных напряжений в пильном полотне концентрированным тепловым воздействием на локальные разновекторно направленные узколенточные зоны прямой или криволинейной формы, в основном радиально или по концентрическим следам, с контролем процесса в режиме реального времени. Новый подход к формированию полей остаточных напряжений в полотне пилы термопластическим воздействием позволяет кардинально изменить подготовку круглой пилы с обеспечением ее устойчивости в работе.

Сведения об авторах

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Q-1051-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2583-3012
И.И. Соловьев, канд. техн. наук; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2008-7073
Т.В. Тюрикова, канд. техн. наук; ResearcherID: P-8991-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3592-310X
Н.Г. Пономарева, канд. техн. наук; ResearcherID: A-5693-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6210-5631
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: v.melekhov@narfu.ru, i.solovev@narfu.ru, t.turikova@narfu.ru, n.ponomareva@narfu.ru

Ключевые слова

термопластические напряжения, круглая пила, устойчивость пилы, высокоскоростной нагрев

Для цитирования

Мелехов В.И., Соловьев И.И., Тюрикова Т.В., Пономарева Н.Г. Повышение устойчивости дереворежущих пил термопластическим воздействием на распределение остаточных напряжений в полотне // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 6. С. 172–181. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-6-172-181

Литература

1. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. 232 с. [Birger I.A. Residual Stresses. Moscow, Mashgiz Publ., 1963. 232 p.].
2. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2002. 329 с. [Bogatov A.A. Mechanical Properties and Fracture Models of Metals. Yekaterinburg, USTU Publ., 2002. 329 p.].
3. Богатов А.А. Остаточные напряжения и разрушение металла // Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа имени профессора А.Ф. Головина: материалы 6-й междунар. науч.-практ. конф. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. ун-та, 2013. С. 95–101. [Bogatov A.A. Residual Stresses and Fracture of Metal. Innovation Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering: Proceedings of the 6th International Youth Scientific and Practical Conference “Innovation Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering. Ural Scientific and Pedagogical School Named after Professor A.F. Golovin”. Yekaterinburg, URFU Publ., 2013, pp. 95–101].
4. Боровиков Е.М., Орлов Б.Ф. Термический способ подготовки круглых пил к работе // Изв. вузов. Лесн. журн. 1974. № 6. С. 90–96. [Borovikov E.M., Orlov B.F. Thermal Method of Preparing Circular Saws for Work. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1974, no. 6, pp. 90–96]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1974/6.pdf
5. Бородин И.Н., Майер А.Е., Петров Ю.В., Груздков А.А. Максимум предела текучести при квазистатической и высокоскоростной пластической деформации металлов // Физика твердого тела. 2014. Т. 56, вып. 12. С. 2384–2393. [Borodin I.N., Mayer A.E., Petrov Yu.V., Gruzdkov A.A. Maximum Yield Strength under Quasi-Static and High-Speed Flow of Metals. Fizika tverdogo tela [Physics of the Solid State], 2014, vol. 56, iss. 12, pp. 2384–2393].
6. ГОСТ 5950–2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2003. 35 с. [State Standard. GOST 5950-2000. Tool Alloy Steel Bars, Strips and Coils. General Specifications. Moscow, Izdatel’stvo standartov, 2003. 35 p.].
7. Мелехов В.И., Соловьев И.И. Создание термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. 2010. № 2. С. 87–90. [Melekhov V.I., Soloviov I.I. Creation of Thermoplastic Tension in Circular Saw Blade. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2010, no. 2, pp. 87–90]. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/b08/b087c4466253da22ed3e19c778437576.pdf
8. Патент 2434952 Российская Федерация. Устройство для создания термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы: № 2010117098: заявл. 29.04.2010; опубл. 27.11.2011 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. [Solov’ev I.I., Melekhov V.I. Device to Develop Thermoplastic Stresses in Saw Blade of Ring Saw. Patent RF no. RU 2434952 C1, 2011].
9. Патент 2614863 Российская Федерация. Устройство для создания термопластических напряжений в полосовых пилах: № 2015141255: заявл. 28.09.2015; опубл. 29.03.2017 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. [Melekhov V.I., Solovev I.I. Device for Creation of Thermoplastic Concentrated Stresses in Strip Saws. Patent RF no. RU 2614863 C1, 2017].
10. Патент 2663029 Российская Федерация. Способ термопластического натяжения пильного диска круглой пилы: № 2017121665: заявл. 21.06.2017; опубл. 01.08.2018 / В.И. Мелехов, И.И. Соловьев. [Solovev I.I., Melekhov V.I. Method of Thermoplastic Tensioning of the Round Saw Circular Saw Blade. Patent RF no. RU 2663029 C1, 2018].
11. Поздеев А.А., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения: теория и приложения: моногр. М.: Наука, 1982. 109 с. [Pozdeyev A.A., Nyashin Yu.I., Trusov P.V. Residual Stresses: Theory and Applications: Monograph. Moscow, Nauka Publ., 1982. 109 p.].
12. Прокофьев Г.Ф. Создание высокотехнологичных лесопильных станков: моногр. Архангельск: СОЛТИ, 2018. 157 с. [Prokof’yev G.F. Creation of High-Tech Sawmills: Monograph. Arkhangelsk, Solti Publ., 2018. 157 p.].
13. Слухоцкий А.Е., Немков В.С., Павлов Н.А., Бамунэр А.В. Установки индукционного нагрева / под ред. А.Е. Слухоцкого. Л.: Энергоатомиздат; Ленингр. отд-ние, 1981. 328 с. [Slukhotskiy A.E., Nemkov V.S., Pavlov N.A., Bamuner A.V. Installations of Induction Heating. Ed. by A.E. Slukhotskiy. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1981. 328 p.].
14. Соловьев И.И. Совершенствование термопластической технологии подготовки круглых пил: автореф. дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2012. 18 с. [Solov’yev I.I. Improvement of Thermoplastic Technology for Setting-up Procedures of Circular Saws: Cand. Eng. Sci. Dis. Abs. Arkhangelsk, 2012. 18 p.].
15. Стахиев Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1977. 296 с. [Stakhiyev Yu.M. Stability and Vibration of Flat Circular Saws. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1977. 296 p.].
16. Стахиев Ю.М. Научно-технологические основы производства, подготовки и эксплуатации плоских круглых пил для распиловки древесины: автореф. дис. … д-ра техн. наук. Архангельск, 2002. 32 с. [Stakhiyev Yu.M. Scientific and Technological Bases of Production, Setting-up and Operation of Flat Circular Saws for Wood Sawing: Dr. Eng. Sci. Diss. Abs. Arkhangelsk, 2002. 32 p.].
17. Якунин Н.К. Подготовка круглых пил к работе. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 153 с. [Akunin N.K. Setting-up of Circular Saws. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1980. 153 p.].
18. Bathe K.J. Finite Element Procedures in Engineering Analysis. New Jersey, Prentice Hall, 1982. 735 p.
19. Bayer R.G. Mechanical Wear Fundamentals and Testing. New York, CRC Press, 2004. 416 p.
20. Calladine C.R. Theory of Shell Structures. Cambridge, Cambridge University Press, 1983. 763 p. DOI: 10.1017/CBO9780511624278
21. Hughes T.J.R., Hinton E. Finite Element Methods for Plates and Shells: Elements Technology. Swansea, Pineridge Press, 1986, vol. 1. 315 p.
22. Meyers M.A., Chawla K.K. Mechanical Behavior of Materials. Cambridge, Cambridge University Press, 2009. 856 p.

IMPROVING THE STABILITY OF WOOD-CUTTING SAWS BY THERMOPLASTIC ACTION ON THE DISTRIBUTION OF RESIDUAL STRESSES IN THE BLADE

V.I. Melekhov, Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: Q-1051-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2583-3012
I.I. Solovev, Candidate of Engineering; ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2008-7073
T.V. Tyurikova, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: P-8991-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3592-310X
N.G. Ponomareva, Candidate of Engineering; ResearcherID: A-5693-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6210-5631
Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; e-mail: v.melekhov@narfu.ru, i.solovev@narfu.ru, t.turikova@narfu.ru, n.ponomareva@narfu.ru

The saw stability in operation defines the ability of the saw blade to resist the forces acting on it in the plane of greatest rigidity. The saw can work reliably only in case of maintaining stable balance, which is achieved through the creation of normalized residual stresses in certain zones of the saw blade by different methods. The stresses balance the forces of external influences. Compressive stresses are created in the central part of the blade to make the circular saw operational. These stresses compensate the forces of centrifugal acceleration, temperature heating of individual zones of the saw blade, external longitudinal and transverse bending forces arising in material processing. In practice, the creation of normalized stresses in the saw disk is traditionally carried out only by local mechanical contact action (forging, rolling) of the saw blade tool on the steel saw blade. It is proposed to form the stressed state of the disk by thermophysical action instead of the traditional mechanical processing of the saw blade. The thermophysical action involves the creation of normalized residual stresses in the saw blade by the concentrated thermal exposure to local differently directed narrow-band zones of straight or deflected shape, mainly radial or along concentric traces, controlling the process in real time. A new approach to the formation of residual stress fields in the saw blade by thermoplastic action enables to radically change the settingup procedure of the circular saw, ensuring its stability in operation.
For citation: Melekhov V.I., Solovev I.I., Tyurikova T.V., Ponomareva N.G. Improving the Stability of Wood-Cutting Saws by Thermoplastic Action on the Distribution of Residual Stresses in the Blade. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 6, pp. 172–181. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-6-172-181


Keywords: thermoplastic stresses, circular saw, saw stability, high-speed heating.

Поступила 22.12.19 / Received on December 22, 2019