Устройство для резания древесных материалов Советский патент 1992 года по МПК B27B23/00 

Фиг. 1

Датчик

vj ю VI ю о ел

Изобретение относится к делению волокнистых материалов, в частности древесины, и может быть использовано на лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятиях.

Известно устройство для резания древесины, включающее механизм зажима, выполненный в виде захватов, размещенных по разные стороны реза и управляемых гидроцилиндром.

Недостатком данного устройства является низкое качество поверхности реза и высокая мощность резания,

Цель изобретения - повышение качества поверхности реза и снижение мощности резания путем придания волокнам древесины напряжения постоянной величины,

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для резания древесных материалов, включающем механизм зажима, вы- полненный в виде захватов, размещенных по разные стороны реза и управляемых гидроцилиндром, захваты выполнены в виде роликов, соединенных с гидроцилиндром, к .которому подключен датчик контроля вели- чины напряжения волокон.

На фиг.1 - 3 схематично представлено устройство для резания древесных материалов (различных видов); на фиг.4 - показано резание с предварительно напряженной зоной резания постоянной величины; на фиг,5 - традиционное резание; на фиг.б и 7 - осцилограммы резания древесных материалов предлагаемым устройством; на фиг,8 и .9 - графические зависимости усилия резания от величины предварительного напряжения зоны реза с указанием допустимых критических значений разрушения материала.

Устройство включает режущий инструмент 1, механизм .зажима, захваты которого выполнены в виде роликов 2, разнесенных по разные стороны реза, соединенных с гидроцилиндром 3, к которому подключен датчик4 контроля величины напряжения вог локон перерабатываемого материала 5,

Устройство работает следующим образом.

Древесный материал 5, подлежащий делению, поступает одним из известных способов к роликам 2 механизма зажима. Роликами 2 механизма зажима древесина фиксируется в заданном положении, после чего включается гидроцилиндр 3, который производит изменение положения нейтральной оси волокон древесины, т.е. проис- ходит их изгиб. Вследствие этого волокна в зоне резания получают упругие деформа- ции растяжения и для их перерезания требуется инструменту 1 пройти меньший путь Дм (фиг.4), чем в известных устройствах

(фиг.5). При этом и поверхность перерезаемого материала меныие.деформируется, так как режущий инструмент 1 при перерезании волокон перемещается на меньшую глубину внедрения. Глубина внедрения резца уменьшается, вследствие этого зона резания меньше деформируется в плоскости, перпендикулярной к направлению движения режущего инструмента 1 (резца), что в итоге приводит к повышению качества получаемых поверхностей разделяемого лесоматериала 5. Кроме улучшения качества. уменьшается и усилие резания, так как идет перерезание напряженных волокон. Снижение усилия объясняется уменьшением молекулярных сил в клетках напряженных волокон материала 5. Усилие резания можно определить по формуле

Рр Ру- В, кг,

где Ру - удельное усилие резания, кг/мм;

В - ширина резания, мм.

Мощность резания связана с силой резания следующей зависимостью:

N . РР v К.-

где V - скорость резания, м/с; /-КПД передачи.

В указанной формуле для данного устройства уменьшается Ру. Когда зона резания имеет предварительное напряжение, то волокна древесины испытывают упругие деформации растяжения, которые ослабляют связи.между молекулами волокон.

Из графиков (фиг.8 и 9), полученных экспериментальным путем при равных прочих условиях, видно, что удельное усилие резания в известных устройствах, когда напряжение зоны резания равно нулю ( ап 0), составляет Ру 8 - 12 кг/мм, а когда зона резания имеет напряженное состояние, величина которого не превышает критического (допустимого) значения (, то удельное усилие резания Рун 5 ± 6,5 кг/мм. Из этого следует, что предлагаемое устройство позволяет, кроме улучшения качества поверхности разделяемого материала, снизить почти вдвое силу резания.

Зона напряжения волокон, создается перед режущей кромкой резца. Величина напряжения волокон разделяемого лесоматериала выбирается такой, чтобы ее значение не превышало максимально допустимого напряжения разрушения,.т.е. сгп . Например, при делении древесины перпендикулярно к волокнам (раскряжевка хлыстов, спиливание деревьев) наименьшим допусти-. мым значением является напряжение сжатия вдоль волокон, т.е. должно соблюдаться условие (7д о нсж. Когда идет деление древесины вдоль волокон (распиловка досок, рамное пиление) предельным (допустимым) является напряжение сжатия поперек волокон ансж. Эти значения допустимых напряжений выбирают тогда, когда напряжение в зоне резания создается методом изгиба разрушаемого лесоматериала.

В предлагаемом устройстве в зоне резания всегда сбздается напряженное состо- яние постоянной величины, независимо от площади разрушения и массы частей разделяемого лесоматериала 5. Создание напряженного состояния зоны резания постоянной величины может осуществлять- ся различным образом. Например,(фиг.1) отделяемая часть древесины зажимается роликами 2. соединенными с гидроцилиндром 3 через датчик 4 контроля нагрузи..

Система контроля величины напряже- ний зоны резания производится через датчик 4, отградуированный по допустимому пределу напряжений разрушения древесины 5. Работает эта система контроля нагрузок следующим образом. Когда масса отпиливаемой части древесины 5 большая. то она и вызывает большие напряжения зоны резания, превышающие допустимые значения. 6 данном случае происходит:разрыв волокон в зоне реза, так как г/ P/F, где Р - усилие действия на зону резания от массы отделяемой части древесины, F-площадь разрушения древесины (всегда переменная). Нижние слои волокон при этом сжимаются и разрушаются. Чтобы этого не произошло датчик 4, отградуированный на максимально допустимое значение напряжения (стрелка датчика доходит до критического значения, место положение которого фиксируется конечным выключателем), дает команду на гйдроцилиндр 3 и отпиливаемая часть древесины подымается вверх до тех пор, пока на указателе датчика не будет достигнута допустимая величина. Значение этой величины так же фиксируется соответ- ственным местом установки путевого выключателя (не показан). Если масса отпиливаемой части древесины незначительна, то и напряжения зоны резания от ее действия будут малыми, т.е. недостаточны- ми. чтобы резко снизить усилие резания и повысить качество разделяемых поверхностей древесины. В этом случае гидроцилиндр 3 опускает вниз ролики 2 с зажатым концом бревна до отметки на шкале датчика 4 Допустимое значение.

Ввиду того, что в процессе резания площадь разрушения древесины уменьшается, то и усилие прижима (отжима) отделяемой

части материала 5 меняется пропорционально интенсивности изменения площади разрушения (F). Таким образом достигается постоянство величины напряжения зоны реза древесины.

При делении древесины напряжение зоны реза имеет переменное значение (прототип) или полностью отсутствует (при раскряжевке), что в итоге не позволяет улучшить качество и уменьшить мощность на резание.

На фиг.2 показан вариант создания напряжения зоны резания постоянной величины. В данном случае ствол древесины с помощью гидроцияиндрэ 3 выгибает вверх волокна относительно прижимных роликов 2. Величина прогиба ствола также контролируется датчиком 4 нагрузок.

На фиг.З приведена схема реализации устройства на другой технологической операции, а именно срезании сучьев со ствола древесины. Величина постоянства напряжения зоны реза определяется положением роликов 2 по отношению к стволу.

Зная допустимые значения напряжений разрушения любого-волокнистого материала, а также параметры сечения разделяемого материала/устанавливают необходимое усилие, которое необходимо для создания напряженного состояния зоны реза постоянной величины (Р (J } F).

Проведенные экспериментальные исследования с использованием современной измерительно-регистрирующей аппаратуры подтвердили преимущества предлагаемого устройства. Резание производилось на сухой (влажность 8 - 12%) и свежесрубленной (влажность 70%) древесине. Полученные данные представлены в виде фрагментов осциллограмм (фиг.6 - резание в известных устройствах; фиг.7 - резание предлагаемым устройством: фиг.8 - резание сухой древесины; фиг.9 резание влажной древесины). На этих же графиках показана область допустимых (критических) значений напряжения а для древесины.

Из графических материалов видно, что усилие резания в 1,7 раза ниже известного, т.е. качество разделяемых поверхностей улучшилось.

Предлагаемое устройство может быть реализовано при резании древесины на круглые лесоматериалы (сортименты), при резании досок на отдельные детали, при срезании сучьев со ствола, при срезании деревьев и пр.

Для создания предварительного напряжения зоны реза используется имеющаяся знергия разделяемого материала.

Формула изобретения Устройство для резания древесных материалов, включающее механизм зажима, выполненный в виде захватов, размещенных по разные стороны реза и управляемых гидроцилиндром, отличающееся тем, что, с целью повышения качества поверхности реза и снижения мощности резания путем придания волокнам древесины в зоне реза напряжения постоянной величины, захваты выполнены в виде роликов, соединенных с гидроцилиндром, к которому подключен датчик контроля величины напряжения волокон.

Лрижим Л

Фиг.5

Ш360540

U2.S

9O % 4B0 270 Ъ60 i(SQ Ъ г/см1 &U2.9

,%

fcn