Влияние формы режущей кромки и передней поверхности ножа на силовые показатели измельчения древесины

УДК

DOI:

Аннотация

Рациональное использование древесных отходов является одной из важнейших задач комплексной переработки древесного сырья. Для применения разноразмерных древесных отходов в производствах древесно-цементных материалов и твердого биотоплива необходимо их измельчать на специальных стружечных станках. При этом требования, предъявляемые к качеству измельченной древесины для указанных производств, ограничиваются в основном размерами древесных частиц и содержанием примесей, что позволяет оценивать эффективность работы режущих элементов при измельчении всего объема древесины в стружки требуемых размеров только величиной силы резания или ее производных. В большинстве случаев при резании древесины передний угол режущего инструмента конструктивно является величиной постоянной (по длине режущей кромки), а режущая кромка может иметь прямую, с наклоном, треугольную или радиусную форму. Качественные показатели процесса кругового резания режущим инструментом с перечисленными выше формами получены при обработке древесных материалов дисковыми пилами с твердосплавными пластинами. Силовые показатели процесса резания (с идентичными условиями) как древесины, так и древесных материалов немногочисленны, а с использованием режущего инструмента, имеющего ступенчатую форму режущей кромки и передней поверхности, а также несколько углов резания, практически отсутствуют. Настоящее исследование направлено на нахождение оптимальных параметров режущего инструмента (ножа), обеспечивающих наименьшие затраты энергии при первичном измельчении древесины фрезерованием. Экспериментальные исследования проводили на специальной установке, позволяющей моделировать процесс измельчения древесины фрезерованием. Применяли пять типов ножей, имеющих различные геометрические формы режущих кромок и передних поверхностей. Эффективность работы различных типов ножей оценивали величиной крутящего момента. В результате проведенного сравнительного анализа всех форм режущих элементов определена наиболее эффективная форма ножа, установлена зависимость крутящего момента от подачи на нож при статическом резании древесины сосны для трех главных направлений резания.

Сведения об авторах

Э.О. Булатасов, асп.

В.П. Попов, канд. техн. наук, доц.

В.П. Ханин, канд. техн. наук, доц.

Оренбургский государственный университет, пр. Победы, д. 13, г. Оренбург, Россия, 460018; е-mail: Eduard190319@mail.ru

Ключевые слова

Для цитирования

Булатасов Э.О., Попов В.П., Ханин В.П.  Влияние формы режущей кромки и передней поверхности ножа на силовые показатели измельчения древе-
сины // Лесн. журн. 2017. № 2. С.149–159. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2017.2.149

Литература

1. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины: учеб. Минск: Вышэйш. шк., 1975. 303 с.

2. Вальщиков Н.М., Лицман Э.П. Рубительные машины: моногр. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 96 с.

3. Герасимов Ю.Ю., Сюнёв В.С., Соколов А.П., Селиверстов А.А., Катаров В.К., Суханов Ю.В., Рожин Д.В., Тюрлик И.И., Фирсов М.В. Рациональное использование древесины и лесосечных отходов в биоэнергетике: оценка потенциалов и технологических подходов // Науч. журн. Куб. ГАУ. 2011.  №73(09). C. 4.

4. Гомонай М.В. Производство топливных брикетов. Древесное сырье, оборудование, технологии, режимы работы: моногр. М.: МГУЛ, 2006. 68 с.

5. Демидов Ю.М. Измельчение древесины для производства древесностружечных плит.  М.: Лесн. пром-сть, 1974. 144 с.

6. Залегаллер Б.Г., Ласточкин П.В., Бойков С.П. Технология и оборудование лесных складов: учеб. для вузов. 3-е изд., испр. и  доп.  М.: Лесн. пром-сть, 1984.
352 с.

7. Захаренко Г.П. Комплексное использование древесины: учеб. пособие. Йошкар-Ола: Мар. ГТУ, 2006. 104 с.

8. Манжос Ф.М. Дереворежущие станки. 2-е изд., перераб. М.: Лесн. пром-сть, 1974. 456 с.

9. Морозов В.Г. Дереворежущий инструмент: справ. М.: Лесн. пром-сть, 1988. 344 с.

10. Отлев И.А., Штейнберг Ц.Б. Справочник по древесностружечным плитам.  М.: Лесн. пром-сть, 1983. 240 с.

11. Панькив О.Г., Демина Л.Н., Паршикова В.Н., Степень Р.А. Эффективность переработки древесной зелени пихты различными методами // Фундамент. исслед. 2012. № 1. C. 168–171.

12. Сажин В.С., Титунин А.А., Новиков А.Н. Комплексное использование древесины: учеб. пособие. Кострома: Костром. ГТУ, 1997. 82 с.

13. Шписсхофер Т. Роторные ножницы для измельчения особо громоздких отходов: пат. 2140822 РФ; № 97102104/03, заявл. 30.06.95; опубл. 10.11.99. 10 с.

14. Beniak J., Ondruska J., Cacko V. Design Process of Energy Effective Shredding Machines for Biomass Treatment // Acta Polytechnica. 2012. Vol. 52, No. 5. Pp. 133–137.

15. Strehler C. Development of Near Net Shaped Si3N4/SiC Composites with Optimised Grain Boundary Phase for Industrial Wood Machining: Dr. Eng. Sci. Diss. Freiberg, 2011. 90 p.

16. Weber A. Magnetostriktive Schnittkraftmessungen beim Holzfräsen // Holz als Roh- und Werkstoff. 1962. Vol. 20. No. 12. Pp. 486–492.

Поступила 23.12.16

Ссылка на английскую версию:

UDC 674.05

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.2.149

The Impact of the Shape of the Knife Cutting Edge and Face Surface on the Power Indicators of Wood Shredding

E.O. Bulatasov, Postgraduate Student

V.P. Popov, Candidate оf Engineering Sciences, Associate Professor

V.P. Khanin, Candidate оf Engineering Sciences, Associate Professor

Orenburg State University, pr. Pobedy, 13, Orenburg, 460018, Russian Federation; е-mail: Eduard190319@mail.ru

The rational use of wood waste is one of the most important tasks of the complex processing of wood raw material. Different-sized wood waste should be shredded in the special chipping machines for the sawdust cement and solid biofuels production. The quality requirements for disintegrated wood for these productions are mainly limited by sizes of wood particles and content of impurities, which allow evaluating the efficiency of the cutting elements during shredding of a total volume of wood into chips of the required dimensions only by the intensity of the cutting force or its derivatives. In most cases, when wood cutting, the face angle constructively is a constant value (the length of the cutting edge), and the cutting edge can have a straight, inclined, triangular or radius shape. Quality indicators of the circular cutting process by a cutting tool of these forms are obtained by wood materials processing with circular saws with carbide inserts. Power indicators of the cutting process (with identical conditions) of wood and wood-based materials are not numerous; the power indicators when using a cutting tool with a stepped shape of the cutting edge and the front surface, and a few cutting angles are virtually absent. The study is aimed at finding the optimal parameters of a cutting tool (knife), providing the lowest energy consumption in the primary wood shredding by milling. The experimental studies are carried out in a special test installation, which allows simulating the process of wood shredding by milling. Five types of blades of different geometric shapes of cutting edges and front surfaces are used. The effectiveness of various types of blades is evaluated by a torque value. The most effective knife shape is determined as a result of a comparative analysis of all shapes of cutting elements. The dependence of the torque on the knife feed at a static pine wood cutting for three main directions of cutting is established.

Keywords: wood shredding by milling, optimum knife shape, test installation, torque, knife feed, power indicator of wood shredding.

REFERENCES

1. Bershadskiy A.L., Tsvetkova N.I. Rezanie drevesiny: ucheb. [Wood Cutting]. Minsk, 1975. 304 p.

2. Val'shchikov N.M., Litsman E.P. Rubitel'nye mashiny: monogr. [Chipping Machines]. Moscow, 1980. 96 p.

3. Gerasimov Yu.Yu., Syunev V.S., Sokolov A.P., Seliverstov A.A., Katarov V.K., Sukhanov Yu.V., Rozhin D.V., Tyurlik I.I., Firsov M.V. Ratsional'noe ispol'zovanie drevesiny i lesosechnykh otkhodov v bioenergetike: otsenka potentsialov i tekhnologicheskikh podkhodov [Rational Energy Use of Wood-Based Biomass: Estimation of Potentials and Technology]. Nauchnyy zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Scientific Journal of KubSAU], 2011, no. 73(09), pp. 582–593.

4. Gomonay M.V. Proizvodstvo toplivnykh briketov. Drevesnoe syr'e, oborudovanie, tekhnologii, rezhimy raboty: monogr. [Production of Fuel Briquettes. Wood Raw Materials, Equipment, Technology, Modes of Operation]. Moscow, 2006. 68 p.

5. Demidov Yu.M. Izmel'chenie drevesiny dlya proizvodstva drevesnostruzhechnykh plit [Wood Shredding for the Particle Boards Production].  Moscow, 1974. 144 p.

6. Zalegaller B.G., Lastochkin P.V., Boykov S.P. Tekhnologiya i oborudovanie lesnykh skladov: ucheb. dlya vuzov. [Technology and Equipment for Timber Yards]. Moscow, 1984. 352 p.

7. Zakharenko G. P. Kompleksnoe ispol'zovanie drevesiny: ucheb. posobie [Integrated Use of Wood]. Yoshkar-Ola, 2006. 104 p.

8. Manzhos F.M. Derevorezhushchie stanki. [Wood-Cutting Machines]. Moscow, 1974. 456 p.

9. Morozov V.G. Derevorezhushchiy instrument: spravochnik [Wood-Cutting Tool]. Moscow, 1988. 344 p.

10. Otlev I.A., Shteynberg Ts.B. Spravochnik po drevesnostruzhechnym plitam [Wood Chipboard Guide]. Moscow, 1983. 240 p.

11. Pan'kiv O.G., Demina L.N., Parshikova V.N., Stepen' R.A. Effektivnost' pererabotki drevesnoy zeleni pikhty razlichnymi metodami [Efficiency of Processing of Wood Greens of the Fir Various Methods]. Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental Research], 2012, no. 1, pp. 168–171.

12. Sazhin V.S., Titunin A.A., Novikov A.N. Kompleksnoe ispol'zovanie drevesiny: ucheb. posobie [Integrated Use of Wood]. Kostroma, 1997. 82 p.

13. Shpisskhofer T. Rotornye nozhnitsy dlya izmel'cheniya osobo gromozdkikh otkhodov [Rotary Shears for Particularly Bulky Waste Shredding]. Patent RF, no. 2140822, 1995.

14. Beniak J., Ondruska J., Cacko V. Design Process of Energy Effective Shredding Machines for Biomass Treatment. Acta Polytechnica, 2012, vol. 52, no. 5, pp. 133–137.

15. Strehler C. Development of Near Net Shaped Si3N4/SiC Composites with Optimised Grain Boundary Phase for Industrial Wood Machining: Dr. Eng. Sci. Diss. Freiberg, 2011. 90 p.

16. Weber A. Magnetostriktive Schnittkraftmessungen beim Holzfräsen. Holz als Roh- und Werkstoff, 1962, vol. 20, no. 12, pp. 486–492. 

Received on December 23, 2016

For citation: Bulatasov E.O., Popov V.P., Khanin V.P. The Impact of the Shape of the Knife Cutting Edge and Face Surface on the Power Indicators of Wood Shredding. Lesnoy zhurnal [Forestry journal], 2017, no. 2, pp.149–159. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.2.149