Введение к работе
Актуальность темы. Развитие деревообрабатывающей прошгл-локиости на современном этапе' характеризуется автоматизацией производственных процессов, повышением производительности оборудования. 3 этих условиях существенно повышаются требования п обеспечению работоспособности дереворежущих инструї.їеитоз. В настоящее время уже при достигнутых уровнях производства инструмент оказыппется одерживавшим фактором реализации всех досушений науки :: области переработки древесины. Наиболее остро проблема обеспечения работоспособности возникает для дереворежущих пил (рамных, ленточных, дисковых большого диаметра). При этом особую значимость имеют вопросы прочности и долговечности.
Объем дереворежущих пил, выпускаемых промышленностью страны, удовлетворяет потребности предприятий не более, чем на 30>J. Вместе с тем, по данным деревообрабатывающих предприятий, исследовательских организаций (ЦШИМОД, СибШШП, JITA, АЛТИ и др.) установленный по нормальному износу ресурс шрабатыв^ет лишь 70$, а некоторые виды пил - 5Cff0 и мене^. Это означает, что в сложившейся практике использования пил 30-50 составляет тал называемую аварийную убыль, связанную с различного рода разрушениями (выкрашивания режущих кромок, образование трещин з области зуба и полотна, полное разрушение пилы в каком-либо сече-.нии).
Сравнение объема недостающих пил с величиной непроизводительных потерь убеждает, что повышение долговечности.инструмента лишь на 2С% решает проблему обеспечения предприятий без расширения производства и импортных поставок.
Актуальность проблемы'повышения долговечности пил состоит не только в полном обеспечении деревообрабатывающих предприятий инструментом, она состоит в значительном снижении затрат на производство и подготовку, значительной экономии дорогостоящей инструментальной стали и, наконец, в повышении производительности деревообрабатывающего оборудования. При этом имеются в виду не только простои, связанные с заменой вышедшего из строя инструмента, но и реализация возможностей современного оборудования, которая ограничивается'в настоящее время возможностями инструмента.
_ 4 -
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности использования дереворежущих пил путем создания условий, обеспечивающих увеличение их долговечности в результате сокращения непроизводительных потерь, выраженных в виде различных разрушений, на базе управления процессом образования и развития повреждений.
В соответствии с целью работы определены следующие основные задачи' исследования:
проанализировать виды и характер отказов, их повторяемость, установить общие причины возникновения повреждений пил;
произвести выбор и обоснование критерия перехода инструмента в запредельное состояние;
прокзвостц. комплексный анализ всох факторов, способствующих возкнкковешга отказов;
уточнить характер распределения напряжений с учетогл конструктивных особенностей пил и условий эксплуатации;
исследовать процесс развития повреждений и установить основные закономерности развития трещин;
определить показатели механических свойств сталей, характеризующих способность материала сопротивляться распространению трещин при статических и циклических нагрузках;
разработать метод расчета коэффициентов интенсивности напряжений для области со сложной геометрией контура;
разработать метод расчета долговечности пил с учетом случайного характера действующих на пилу факторов;
разработать способы повышения долговечности пил на базе управления процессом развития повреждений;
обосновать основные конструктивные и технологические параметры пил и процессов пиления;
обеспечить внедрение результатов исследования в деревообрабатывающую промышленность.
Решение этих'задач проводилось в соответствии с координационным планом научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Минлеспрома СССР, планом работ АЛТИ (г.Архангельск) с 1982 по 1989 гг. (номера государственной регистрации тем 8І0І8І00, 01S300233I5, 01830025315, 01S70072529, 01850079974, 01660020390, 0:560020388, 01870072529, 01880024669, 01890037141 Автор диссертации являлся руководителем и исполнителем отмеченных научно-исследовательских работ.
- б -
Научная новизна работы. І. Установлена и подтверждена на практике зависимость показателей долговечности дереворежущих пил от ряда факторов, не принимавшихся ранее во внимание: параметров и качества заточки, технологических параметров пиления, технического состояния пильного агрегата, механических характеристик древесины. Доказано, что операция'заточки является не только способом восстановления режущих способностей инструмента, но и споеэбом повышения его долговечности.
-
Основываясь на принципах существования в пиле начальных дефектов типа трещин, установлено, что в нормальном эксплуатационном режиме развитие повреждений не может происходить мгновенно. Возникновение отказа представляет собой длительный процесс, состоящий из ряда отдельных стадий.
-
Предложен новый подход к оценке работоспособности дереворежущих инструментов, позволяющий в отличие от существующих построить функциональные связи между параметрами качества изготовления пил, их подготовки к работе и параметрами условий пиления.
-
Вскрыты закономерности процесса развития повреждений. Доказано, что ранние стадии характеризуются низкими скоростями развития повреждений и допускают управляемость процессом разрушения пилы.
-
Уточнены представления о роли отдельных факторов, способствующих возникновению отказов. Обчаружено, что характер влияния нагрева дисковых пил при поперечной распиловке бревен принципиально отличается от характера влияния этого фактора на пилы при продольном пилении древесины. Поэтому способы компенсации температурных напряжений, разработанные для пил продольного пиления, не являются применимыми для пил при поперечном раскрое бревен.
-
Получены новые результаты о влиянии зубчатого контура пилы на напряженное состояние, скорость развития повреждений, долговечность пил. Доказано, что отказ от учета совместной деформации зуба и полотна приводит к погрешности расчета, затрудняющим получение адекватных оценок.
rl. Построено решение задачи о напряженном состоянии полосовых пчл при вальцевании, отражающее условие .неразрывности среды на границах следов прокатки, На базе предложенного решения доказано, что различие способов вальцевания проявляется
лишь в концевых зонах пилы и обусловлено стесненностью деформаций концевых сучений.
-
Получены ранее не определяемые механические характеристики материала пил, характеризующие его способность сопротивляться развитию трещин. Установлено, что в ряде случаев нагру-кения существуют условия нераспространения трещин в усталостной режиме. Установлены пороговые значения коэффициентов интенсивности напряжений.
-
Предложены, проверены экспериментально и внедрены в практику способы торможения трещин путем перераспределения напряжений .
10. Обоснованы параметры подготовки инструмента, исходя
из условий долговечности.
Положения, выносимые на защиту. I. Теория расчета долговечности дереворежущих пил, основанная на принципах:
отказ от принятой в настоящее врамя в практико оценки работоспособности концепции бездефектной структуры материала;
признание наличия в пиле начальных дефектов типа трещин п возможности их развития;
существование возыозшости управления процессом развития повреждений;
наличие количественных связей между параметрами подготовки пил к работе и режимами их эксплуатации.
2. Способ торможения трещин путем создания компенсирующих напряжений в.потенциально опасных зонах пилы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается экспериментальными данными и практикой эксплуатации пил. Теоретические зависимости получены при корректных допущениях, не противоречат основным положениям теории упругости, линейной механики разрушения и результатам ранее выполненных исследований. Расчеты выполнены с применением современных средств вычисления. Погрешность вычисления при решении отдельных задач итерационным методом» при решении задач в форме рядов устанавливалась не более одного процента.
Достоверность экспериментальных исследовании может быть признала достаточной, так как показатели статистической'обработки соответствуют общепринятым в практике научннх исследований.
Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты являются основой повышения эффективности использования дереворежущих пил; позволяют целенаправленно развивать проблему разработки новых сталей для изготовления пил; позволяют обоснованно решать задачу совершенствования норм расхода, нормативных документов, регламентирующих режимные Параметры подготовки и эксплуатации; позволяют обоснованно планировать производство инструмента.
Используются или могут быть использованы следующие конкретные результаты работы:
принципы расчета долговечности дереворежущих пил;
методика расчета напряжений, скорости развития трещин, рпределения ресурса работы;
параметры подготовки пил;
значения вязкости разрушения материала.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях АЛТИ в 1977-90 гг.; ЛТА в 1986г., в ЮІТИ-- 1981г., 1984, 1985, 1989, 1990 гг., на Всесоюзных конференциях в АЛТИ - 1984 г., в БТИ - 1985г., hj. Всесоюзном семика-ре школы передового опыта по прогрессивным методам изготовления и подготовки дереворежущего инструмента в Ивано-Франковске в 1990 г. .
Реализация работы. Основные результаты работы внедрены на предприятиях производственного объединения "Северолесоэкспорт". Годовой экономический эффект, полученный предприятиями, составляет 713 тыс.руб. в год.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 31 печат
ной работе. . "' . .
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 9 разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 290 стр. В работе содержится 39 таблиц, 86 рисунков. Список литературы насчитывает 147 наименований, в том числе 13 - на иностранных языках. Приложения составляют 67 стр.' и включают в себя: программу расчета, результаты определения механических характеристик, результаты исследования работоспособности пил на предприятиях, параметры качества подготовки пил, акты внедрения.