лесосечные работы

вершине - верхним или вершинным (иногда применяется также термин тонкий). На практике, получаемые сортименты часто называют по порядковому номеру их получения при раскряжевке с комля, добавляя слово «рез». Например, первый рез – комлевое бревно, полученное первым, после первого распила, второй рез – бревно, полученное после первого, последний рез – вершинная часть хлыста оставшаяся после раскряжевки.

Получаемые в результате сортименты, характеризуются – диаметром в верхнем отрубе dв, длиной l и объемом Vк.

По диаметру в верхнем отрубе сортименты подразделяются на:

-тонкомерные сортименты (Small-size wood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от 2 до 13 см включительно при измерении с градацией 1 см, называемые также подтоварник;

-среднетолщинные сортименты (Medium-size wood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от 14 до 24 см включительно при измерении с градацией 2 см;

-крупномерные сортименты (Large-size wood) - имеющие толщину в верхнем отрезе без коры от 26 см и более при измерении с градацией 2 см.

По длине сортименты подразделяются на коротье (до 2 м); средней длины (2…6,5 м); длинномеры (более 6,5 м) и долготье - отрезки хлыста длиной кратной длине получаемых из него кряжей с учетом припуска на последующую раскряжевку, т.е. долготье является продукцией операции раскряжевка и сырьем для нее.

По породам сортименты подразделяются на две большие группы: круглые лесоматериалы (КЛМ) хвойных пород (нормируются ГОСТ 9463-88); и КЛМ лиственных пород (нормируются ГОСТ 9462-88). Согласно данным ГОСТам получаемые сортименты по назначению подразделяются на четыре основные группы.

Кпервой группе относятся сортименты для распиловки и строгания, в нее входят бревна для выработки пиломатериалов, шпал и переводных брусьев, а также лесоматериалы для выработки строганного шпона.

Вторая группа включает в себя лесоматериалы предназначенные для лущения – выработки лущеного шпона и производства спичек.

Третью группу составляют лесоматериалы для выработки различного вида целлюлозы и белой древесной массы.

В четвертую группу включаются лесоматериалы предназначенные

для использования в круглом виде.

В зависимости от степени использования различных пород круглые лесоматериалы подразделяются на используемые без ограничения и с ограничениями (с указанием конкретной породы).

Контрольные вопросы.

21

1.Дайте определение лесосеки и ее составных частей.

2.Перечислите основные виды лесозаготовительных бригад.

3.Как определяется потребное число рабочих в бригаде.

4.Опишите классификацию рубок леса.

5.Что является предметом труда на лесозаготовках производства.

6.Перечислите основные виды и характеристики продукции лесозаготовительного производства.

2.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РЕЗАНИИ ДРЕВЕСИНЫ

2.1. Элементарное резание

Древесина является ортотропно-анизотропным материалом, т.е. ее физико-технические свойства неоднородны в различных направлениях ортогональной системы координат. Это связано с ее внутренним строением, которое имеет в своей основе волокнистую структуру, направление волокон в которой расположено вдоль ствола. Вследствие этого модуль упругости и предел прочности при приложении усилий в разных направлениях относительно волокон – различны. В связи с этим различают три основных направления резания древесины: вдоль волокон, поперек волокон и резание в торец (рис. 2.1, а, б, в). Существенное влияние на неоднородность строения древесины оказывают пороки строения, такие как косослой, свилеватость, сучки, гнили и пр. Также следует учитывать то, что древесина является гигроскопичным материалом и ее влажность оказывает существенное влияние на сопротивление механической обработке.

Основные способы механической обработки древесины широко применяются при выполнении ряда технологических операций, таких как валка деревьев, очистка от сучьев, раскряжевка, продольная распиловка (получение пилопродукции), рубка в щепу и др. В основе большинства способов механической обработки древесины лежит процесс ее резания.

Резанием древесины называется такой технологический процесс, при котором от обрабатываемого материала отделяется его часть посредством воздействия на него режущим инструментом с целью получения изделия заданной формы и размеров. Резание древесины клиновидными резцами известно с давних пор. Основы теории резания древесины и металлов впервые были разработаны русским ученым проф. И. А. Тиме в 1870 г. Над дальнейшим развитием теории резания древесины работали проф. П.А. Афанасьев, М.А. Дешевой, инж. П.В. Денфер, проф. А.Л. Бершадский и С.А. Воскресенский, доц. Е.Г. Ивановский, а также целый

22

ряд научных работников специальных кафедр лесотехнических и технологических институтов.

Рис. 2.1. Направления резания древесинь - вдоль волокон (а); поперек волокон (б); в торец (в) и схема резания элементарным резцом (г): линия 1—2 — режущая кромка; плоскость 1—2—3—4 — передняя грань резца; плоскость 1—2—5—6 — задняя грань резца; плоскость 7—8—9—10 — плоскость резания (обрабатываемая поверхность)

Задачами теории резания являются:

•определение усилий возникающих при резании (для обеспечения необходимой прочности режущего инструмента).

•определение потребной мощности на резание (выбор двигателя).

•определение оптимальных параметров режущего инструмента. Основные постулаты теории резания древесины выводятся из рас-

смотрения задачи резания элементарным резцом. Элементарный резец является составной частью режущих инструментов и представляет собой

23

клин, имеющий одну режущую кромку 1-2, переднюю 1-2-3-4, и заднюю 1-2-5-6 грань (рис. 2.1, г). Угол между этими гранями называется углом заострения (заточки) резца β. Угол между задней гранью и плоскостью резания (плоскость обработки) называется задним углом, или углом наклона задней грани, α. Угол между передней гранью и плоскостью резания называется углом резания δ. Между угловыми величинами, характеризующими процесс резания, существует зависимость:

При рассмотрении задачи резания элементарным резцом вводятся следующие допущения: длина режущей кромки 1-2 больше ширины материала, передняя и задняя грани - плоские. Угол резания δ и задний угол α постоянны. Такие условия резания соответствуют плоскому напряженному состоянию древесины. Лезвие резца перпендикулярно направлению его движения, а траектория любой точки резца прямолинейна, скорость движения υ и толщина стружки h - постоянны. Процесс резания рассматривается при толщине обрабатываемого материала много больше толщины снимаемой стружки.

Передняя грань деформирует надрезанную лезвием стружку и удаляет ее. Деформация стружки будет тем больше, чем больше угол резания. Следовательно, сила резания и мощность, потребная на резание, будут возрастать с увеличением угла δ. Уменьшение этого угла возможно за счет уменьшения угла заточки β в пределах прочности резца и угла наклона α. Задняя грань резца является пассивной, однако от состояния ее поверхности и положения относительно плоскости резания, определяемого углом α, зависит сила отжима Ри и сила резания Рр. При прохождении резца (особенно затупленного) подмятые волокна распрямляются, производят давление на заднюю грань. Чем меньше угол α, тем больше величина этого давления.

При больших скоростях резания и малом угле α от трения задней грани о плоскость резания происходит интенсивный нагрев резца и прижигание древесины. Поэтому угол наклона резца не должен быть очень малым. Наивыгоднейший угол наклона в зависимости от условий резания находится в пределах 7...12°.

Резание в торец, или торцовое резание, происходит перпендикулярно направлению волокон. При резании в торец волокна перерезаются и древесина оказывает наибольшее сопротивление резанию. Стружка образуется мелкая и хрупкая.

При продольном резании плоскость резания и направление резания параллельны направлению волокон. Стружка образуется в виде ленты со слабыми изломами. Сопротивление резанию примерно в два-три раза меньше, чем при торцовом резании.

24

При поперечном резании плоскость резания параллельна, а направление резания перпендикулярно направлению волокон древесины. Стружка распадается на отдельные части неправильной формы слабо связанные между собой. Обрабатываемая поверхность получается более шероховатая, чем при других видах резания. Сопротивление резанию при этом в пять-шесть раз меньше, чем при резании в торец.

2.2. Виды пиления и типы пил

Пиление древесины отличается от элементарного резания тем, что процесс разделения древесины на части происходит путем многократного движения сложных резцов (зубьев) в полузакрытом пространстве – пропиле, с образованием опилок. По направлению плоскости пропила относительно волокон древесины пиление разделяется на три вида: поперечное, продольное и пиление под углом. При поперечном пилении плоскость пропила перпендикулярна общему направлению волокон, например, при раскряжевке. При продольном пилении плоскость пропила параллельна направлению волокон, например, при распиловке бревен на доски, брусья, шпалы и т.п. При пилении под углом плоскость пропила по отношению к направлению волокон составляет угол больше 0 и меньше 90°.

Применяемые на лесозаготовках пилы разделяются по виду пиления, по форме полотна и роду движения.

По виду пиления пилы делятся на поперечные, продольные и специальные. По форме полотна пилы подразделяются на прямые, цепные, круглые и ленточные.

По роду движения полотна различают пилы с поступательным движением (цепные и ленточные), пилы с возвратно-поступательным движением (прямые) и пилы с вращательным движением (круглые).

Цепные пилы применяются в основном для валки леса, очистки деревьев от сучьев и раскряжевки хлыстов, поперечные круглые пилы — для раскряжевки хлыстов, разделки долготья на сортименты, для отторцовки досок и т. п.

Продольные круглые пилы применяются для распиловки бревен на шпалы и пиломатериалы, для раскроя пластин и брусков на дощечки, для обрезки боковых кромок в пиломатериалах и т.п. Ленточные типы применяются в основном для продольной распиловки толстомерных и фаутных бревен на пиломатериалы, а также при переработке древесины твердых лиственных пород.

При пилении зубья пил выполняют более сложную работу, чем простой резец, и потому имеют особый профиль. Профили зубьев различных типов пил и их элементы показаны на рис. 2.2.

25

В процессе пиления зубья пилы образуют пропил, имеющий две боковые плоскости и дно. Каждая из этих плоскостей формируется особыми режущими кромками зубьев. Боковые передние кромки 1-3 формируют боковые плоскости пропила. Короткие режущие кромки 1-2 образуют дно пропила.

Рис. 2.2. Профили зубьев пил:

а — цепных поперечного пиления; б — круглых для поперечного пиления с симметричными зубьями; в — круглых для продольного пиления с прямой задней гранью; г — рамных; А — полотно пилы; s — толщина пилы; h — высота зуба; t — шаг зуба; плоскость 1—3 — 4—2— передняя грань; плоскость 1 —2— 6— 5— задняя грань; 00’ — линия вершин зубь-

ев

26

Впоперечных пилах боковые режущие кромки зубьев производят резание в торец и преодолевают наибольшее сопротивление по сравнению с короткой кромкой, режущей в направлении, близком к поперечному.

Впродольных пилах боковые кромки работают в поперечном направлении, а короткие режущие кромки совершают резание в торец и воспринимают на себя наибольшие сопротивления. Все цепные и продольные пилы имеют несимметричные зубья и потому работают только в одну сторону. Поперечные круглые и плоские пилы, как правило, имеют симметричные зубья и могут работать в обе стороны.

Каждая режущая кромка зуба образуется пересечением двух плоскостей, расположенных под некоторым углом друг к другу. Угол, образованный пересечением передней и задней граней зуба, называется углом заострения зуба δ; угол между задней гранью и плоскостью резания короткой режущей кромки называется задним углом. Все указанные выше углы относятся; к короткой режущей кромке. Боковая режущая кромка образуется боковой плоскостью 1-3-5 и передней гранью. Угол между

этими плоскостями называется углом заточки передней грани βδ. Так как боковая плоскость зуба (задняя грань боковой кромки) параллельна плоскости резания передней боковой режущей кромки, то задний угол

равен нулю, и, следовательно, угол резания βδ=δδ. Угол, образованный передней гранью и нормалью к плоскости резания, называется передним углом γ.

Таблица 2.1 Рекомендуемые угловые значения для зубьев пил

Для уменьшения трения полотна пилы о плоскости пропила и предотвращения зажима пилы производится развод зубьев. Величина разво-

27

да с зависит от твердости древесины. Для твердых пород она принимается 0,1…0,3 мм, для мягких – 0,4…0,6 мм на одну сторону. Также для уменьшения трения пилы о древесину поверхность пил может покрываться антифрикционным полимерным материалом (тифлон, фторопласт и др.). Ширина пропила считается равной толщине пилы с учетом развода, т.е. b=s+2c, однако фактически она всегда несколько больше из-за поперечных колебаний режущей части пилы.

Для раскряжевки на лесосеках и верхних складах в подавляющем большинстве случаев используются цепные пилы, а на нижних складах – дисковые. Рекомендуемые угловые значения для зубьев различных видов пил приведены в табл. 2.1.

2.3. Усилие и мощность, потребные на резание и пиление

Для перемещения резца при резании к нему необходимо приложить усилие (называемое усилием резания). Часть данного усилия затрачивается собственно на резание, а остальное на преодоление трения стружки о резец, резца о плоскость резания и на деформацию стружки. Разделить эти составляющие весьма трудно, и для инженерной практики используют суммарное усилие.

Отношение силы резания к поперечному сечению снимаемой стружки принято называть удельным сопротивлением резанию:

где: k - удельное сопротивление резанию древесины, Н/м2; b - ширина стружки, м; h - толщина стружки, м; РР – сила резания, Н.

Удельное сопротивление резанию является переменной величиной, зависящей от толщины снимаемой стружки, угла резания и затупления резца, породы и влажности древесины, направления резания, скорости перемещения резца. Удельное сопротивление резанию определяется опытным путем, при этом замеряют усилие резания Рр и площадь сечения стружки bh. Полученное значение корректируется с учетом реальных условий резания, т.е. при элементарном резании удельное сопротивление резанию определяется по формуле:

где: k0-основное удельное сопротивление резанию, при резании воздуш- но-сухой сосны (W=15%) острым резцом и угле резания δ=45 , толщине стружки h=1мм, скорости резания υ=50 – 60 м/с; аП-коэффициент, учитывающий породу древесины (сосна=1; осина=0,85; дуб=1,6); аδ- коэффициент, учитывающий угол резания (чем больше δ, тем больше аδ);

28

аρ-коэффициент, учитывающий затупление зубьев; аh - коэффициент, учитывающий толщину снимаемой стружки; аυ - коэффициент, учитывающий скорость резания; аt - коэффициент, учитывающий температуру древесины, (для талой аt=1, мерзлой аt=1,4); аW - коэффициент, учитывающий влажность древесины.

В табл. 2.2 приведены значения удельного сопротивления резанию для сосны в зависимости от направления резания и толщины снимаемой стружки при угле резания равном шестьдесят градусов (по данным А.С. Воскресенского).

При всех направлениях резания удельное сопротивление тем больше, чем тоньше стружка. Это объясняется тем, что несмотря на уменьшение сил деформации тонкой стружки, общее усилие, затрачиваемое на резание, снижается медленнее, чем уменьшается толщина стружки.

Наибольшее влияние на сопротивление резанию угол резания оказывает при резании в торец и наименьшее – при резании поперек волокон.

Таблица 2.2

Значения удельной работы резания

В табл. 2.3 приведены значения поправочного коэффициента на породу древесины.

Таблица 2.3 Значения поправочного коэффициента на породу древесины

Значения поправочного коэффициента на влажность древесины приведены в табл. 2.4

При элементарном резании поправочный коэффициент на влажность древесины с увеличением влажности уменьшается, т.к. влажная древесина обладает меньшей прочностью. При пилении, наоборот, этот

29

коэффициент увеличивается, так как с увеличением влажности растут силы трения между древесиной и резцом.

Таблица 2.4 Значения поправочного коэффициента на влажность древесины

В табл. 2.5 приведены значения поправочных коэффициентов на затупление в зависимости от числа часов работы режущего инструмента.

Используя эмпирические данные о величине удельного сопротивления резанию, можно определить силу и мощность потребную на резание.

Из приведенной формулы следует, что усилие резания прямо пропорционально площади поперечного сечения стружки.

Работа, затрачиваемая на срезание одного элемента стружки, рав-

на:

где: l – длина снимаемой стружки.

Из данного выражения следует, что работа, затрачиваемая на резание древесины, прямо пропорциональна объему древесины, превращенной в стружку.

Мощность, потребная для резания древесины определяется как произведение силы резания на скорость резания:

30