Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 99 Іванов О. О., Присяжнюк П. М., Луцак Д. Л., Бурда М. Й., Луцак Л. Д. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу МОН України, м Івано-Франківськ E-mail: pavlo1752010@gmail.com ВІДНОВЛЕННЯ РОБОЧИХ ОРГАНІВ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЗНЯТТЯ КОРИ З ДЕРЕВИНИ УДК 674.078.2 / 621.763 Проведено огляд обладнання та інструментів для зняття кори з колод та розглянуто умови роботи такого обладнання. Розглянуто відмінності фізичних властивостей деревини різних порід. Проведено аналіз умов роботи обладнання для зняття кори та гілок з колод, розглянуто перелік чинників, яким піддаються робочі органи вказаного обладнання. Представлений перелік матеріалів, якими відновлюють робочі органи вказаного обладнання. Запропо- новано до використання безвольфрамового матеріалу для відновлення робочих органів обладнання для зняття кори. Ключові слова: зношування, відновлення, зміцнення, наплавлення, порошкові електроди, корознімач, абразивне середовище. Вступ Виконання задач, які стоять перед деревообробною промисловістю можливо тільки при ефекти- вному використанні обладнання різноманітних деревообробних виробництв, які швидко обновлюються і удосконалюються. Розширюється коло задач при виборі обладнання та його експлуатації. Різанням обробляють натуральну деревину і деревні матеріали. Різанням обробляють хвойну (сосна, ялина, модрина) і листову деревину (осина, береза, бук, дуб, ясен). Деревина характеризується неоднорідною будовою, яка виражається наявністю шарів і волокон, анізотропією властивостей. На показники міцності великий вплив становлять макро-, мікроструктура та анатомічна будова деревини. Макроструктура деревини різних порід характеризується різними зв’язками між корою та сто- вбуром, а також наявністю шарів. Мікроструктура деревини пов’язана з наявністю клітин – порожнин, які оточені оболонками (стінками) складної будови. Мета і постановка задачі Метою даної роботи є огляд обладнання для очищення деревини від кори, проведення комплекс- ного аналізу чинників, яким піддаються робочі органи обладнання, а також здійснення підбору матеріа- лів та технологій для їх нанесення з метою відновлення та підвищення зносостійкості робочих повер- хонь. Виклад матеріалів досліджень Деревину як матеріал для обробки найбільш повно характеризують показники фізико- механічних властивостей, які приведені в табл. 1. Таблиця 1 Границя міцності деревини, МПа Напружений стан Сосна Осина Береза Дуб Стиск: - вздовж волокон - поперек волокон 47,5/20,5 3,8/1,8 63,0/26,0 5,0/2,1 54,0/22,0 7,2/2,9 56,5/30,5 7,5/4,1 Розтяг: - вздовж волокон - поперек волокон 102/77,5 5,1/3,8 122/95,0 6,1/4,7 166/124 8,3/6,2 - - Сколювання: - вздовж волокон - поперек волокон 6,3/3,7 3,1/1,9 8,3/5,3 - 7,7/4,1 3,9/2,1 8,5/6,4 4,3/3,2 Переріз поперек волокон 25,0/15,5 - 31,0/16,5 25,5/14,5 Згин статичний 84,5/48,7 109/60,5 108/58,5 101/67,0 Примітка. Значення в чисельнику – при вологості 12%, в знаменнику – при вологості 30%. Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 100 Корознімальні верстати за принцом дії діляться на чотири групи: роторні з тупими корознімача- ми, супортні з фрезерними головками, барабанні і гідравлічні струменеві. В деревообробці найбільше поширення отримали роторні верстати [2]. Знімати кору з товсті колоди діаметром більше 80 см рекоме- ндується на верстатах з фрезерними головками і в гідроустановках. Барабанні корознімальні верстати використовуються в основному при виробництві целюлози і плит. Принцип дії роторного верстата показаний на рис. 1. Декілька корознімачів 1 шарнірно закріпле- ні на роторі що обертається, через який подається колода 3. Корознімачі, за допомогою пружин, пневмо- або гідроциліндрів притискаються до поверхні колоди, прорізають і відділяють кору 2 по камбіальному шарі. Самовідкриття корознімачів при контакті з торцем колоди забезпечується заточкою їх серповидних кромок. Колоди подаються в ротор, який обертається, вальцьовим або конвеєрним механізмом подачі. Рис. 1 – Принцип дії роторного верстата для знімання кори: 1 – корознімачі; 2 – кора; 3 – колода [1] В роторному верстаті ОК63-1 (рис. 2), корознімальна головка складається з нерухомого статора, обертального ротора і механізму знімання кори, який включає корознімачі і притискний механізм. Ротор 3 представляє собою масивне стальне кільце, яке встановлюється в статорі в двох радіально упорних ша- ропідшипниках. До ротора шарнірно кріпляться шість підпружинних корознімачів 19. Корознімачі при- жимаються до колоди 15 індивідуальними пружинами розтягу 18, які зв’язані між собою втулочно- роликовим ланцюгом. Обертання ротора здійснюється від електродвигуна 1 пасовою передачею 2, що знаходиться на плоскому шківу. [1] Рис. 2 – Кінематична схема корознімального верстата ОК63-1 (позначення у тексті) [1] Механізм центрування і подачі колод складається з двох груп вальців: передньої та задньої. Ко- жна група вальців складається з двох великих привідних вальців 11 і 12, закріплених на важелях 10 і 13, двох малих непривідних вальців 20, зубчастих секторів і пружин. Сідлоподібні вальці приводяться в рух Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 101 від трьохшвидкісного електродвигуна 6 через двоступічнасту коробку подач, понижуючий редуктор 7 і загальний розподільний вал 4. З розподільного валу обертання на кожну групу вальців передається з до- помогою пари конічних шестерень 5 і цепної передачі 8. Прижим подавальних вальців до колоди здійс- нюється пружинами розтягу 9. Симетричний відносно осі ротора розвід верхніх і нижніх подавальних вальців здійснюється за допомогою зубчастих секторів 16, що забезпечує надійне центрування колод. Для безударного зближення верхніх і нижніх вальців після проходу колоди важелі верхніх вальців з’єднані зі штоками гідравлічних амортизаторів 14 і 17. В двороторних корознімальних верстатах (1ОК40-1, 2ОК63-1, 2ОК80-1)(табл. 2) одночасно з зніманням кори колод здійснюється зачистка суків (залишків від зрізаних бокових відростків). Верстат має дві головки (для знімання кори та для зачистки), які обертаються в протилежних напрямках і мають різну конструкцію. Продуктивність таких верстатів на 50% вище продуктивності однороторних, а питома металоємкість менша. Таблиця 2 Технічні характеристики корознімальних верстатів Параметр ОК40-1 ОК63-1 ОК80-1 2ОК63-1 Діаметр просвіту ротора, мм 400 630 800 630 Діаметр колод які підда- ються зняттю кори, мм 60…350 100…530 140…700 100…550 Частота обертання ротора, хв-1 175; 240; 350 150; 200; 300 150; 200 150; 300 Число ножів-корознімачів, шт 8 5 6 3 Загальна потужність, кВт 31,87 40,72 76,12 65,12 Габаритні розміри, мм: довжина ширина висота 13015 2415 1825 13625 2675 2065 14980 2395 2200 9730 1880 2565 Маса, т 9 11,9 18,456 12,500 Окружне зусилля знімання кори H визначається згідно формули [2]: 1 0( ) ,OK OK aF K b p B f z   (1) де OKK – питомий опір зніманню кори, Н/м (табл. 3); 1b – ширина полоси кори, яка знімається корознімачем за один оборот ротора, м; ap – питоме зусилля на 1 м довжини робочої кромки корознімача, Н/м; 0B – ширина робочої кромки корознімача, м; f – коефіцієнт тертя корознімача об деревину; z – число корознімачів. Таблиця 3 Значення питомого опіру зніманню кори для деревини ялини (чисельник) та сосни (знаменник) Ширина полоси кори, яка знімається кожним корпознімачем, мм Стан деревини 1 2 3 4 Свіжозрубана 55/41 40/31 35/28 32/26 Підсушена 90/88 63/45 56/34 51/31 Сплавна 69/42 45/35 37/32 33/30 Мерзла 309/220 217/160 200/150 185/140 Ширина полоси кори, яка знімається корознімачем за оберт ротора: 1 100 / ( ),Sb v n z  (2) де Sv – швидкість подачі колоди, м/хв; n – частота обертання ротора, хв-1. Відношення ширини робочої кромки корознімача до ширини полоси, яка знімається корозніма- чем за оборот ротора, називається коефіцієнтом перекриття: Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 102 0 1 0/ ( ) / (100 )SK B b B n z v    . (3) Для свіжозрізаної і сплавної деревини рекомендується К=1..2, для сухої і мерзлої К=2..4 [2]. Питоме зусилля визначається згідно формули: 0/a прp F B , (4) де прF – зусилля притискання корознімача до поверхні колоди, Н (для свіжозрізаної і сплавної деревини прF = 750..1000 Н, для промерзлої та сухої прF = 1250...1750 Н). Потужність, яка витрачається на знімання кори, кВт: 3/ (10 )ОК ОК ОКp F v  , (5) де ОКv – швидкість знімання кори, м/с;  – коефіцієнт корисної дії приводу корознімальної головки. Швидкість знімання кори (округла швидкість кінців корознімачів), м/с: / (60 100)ОКv Dn   , (6) де D – діаметр колоди, м; n – частота обертання ротора з корознімачами, хв-1. Практично всі сортаменти, за виключенням дров, піддаються зніманню кори. В залежності від технологічного призначення, фізичного стану і геометричним розмірів сировини застосовують різні спо- соби і технічні засоби для знімання кори. Частіше всього, разом зі зніманням кори виконується зрізання залишків гілок. Все частіше, для скорочення різноманіття конструкцій, використовуються багатофункціональні верстати. Вони забезпечують виконання поставлених до зняття кори лісоматеріалів вимог завдяки засто- суванню різноманітних інструментів і додаткових приставок. В якості інструментів використовуються коронадрізники, корознімачі, зачисні ножі. Корознімання лісоматеріалів полягає в повному або частковому знятті кори з деревного стовбу- ра. Кора – багатошаровий матеріал, який являється надійним захистом для дерева від зовнішніх чинни- ків, а також служить для проведення поживних речовин до стовбура дерева. У основних лісних порід її вміст становить від 6 до 25%[3]. На рис. 3 показано схему ножа-корознімача. Він складається з кріпильного фланця 1 з отвором 2, який служить для закріплення на валі. Корознімач має розвідну 3 і робочу 4 кромки. Частина розвідної кромки і робоча кромка, які виступають головним робочим елементом, наплавляються зносостійким сплавом. Корознімачі виготовляються суцільними для верстатів з просвітом ротора 400, 630, 800 мм. Для верстатів з просвітом 1000 мм різці знімні, які виготовляються і для інших верстатів. Суцільні корозні- мачі виготовляються з марок сталі 60С2А, 63С2А, ГОСТ 14959-79, та марок 55С2, 50ХГФА, 50ХФА ГОСТ 14959-79 [2]. Твердість робочого шару повинна бути не нижче 53…60 HRC. Рис. 3 – Корознімач верстата 2ОК63-1: 1 – кріпильний фланець; 2 – посадочний отвір; 3 – розвідна кромка; 4 – робоча кромка На рис. 4 показано схему ножа для надрізання кори. Згин форми ножа в сторону подачі колоди виконується під меншим кутом в порівнянні з корознімачем. Тому зона надрізання зміщена від зони ро- Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 103 боти корознімача в сторону протилежну напрямку подачі. Такий ніж також виготовляється із пружинної сталі 60С2А і ріжуча кромка наплавляється зносостійким сплавом. Рис. 4 – Ніж для надрізання кори верстата 2ОК63-1: 1 – кріпильний фланець; 2 – посадочний отвір; 3 – розвідна кромка; 4 – ріжуча кромка Оскільки, частіше за все, попереднє очищення зрізаного дерева від пилу і вологи занадто затрат- не в часі та в матеріальному плані, то ножі-корознімачі піддаються активній дії певних чинників. Серед них абразивне середовище, значні швидкості ковзання, підвищена температура, агресивне середовище. Абразивне середовище. Кора як зовнішній шар деревини найбільш поглинає пил. У 1 м3 повіт- ря знаходиться від 0,04 до 5 г пилу, який більше як на половину складається із частинок мінералів – ква- рцу, корунду, оксидів, сполук алюмінію. Також після зрізання дерева воно активно контактує з грунтом і насичується мінеральними компонентами. Ці абразивні частинку мають високу твердість: глинозем (ок- сид алюмінію) – 15…19 ГПа; кремнезем – 9…11 ГПа [4], що перевищує твердість робочої поверхні но- жів-корознімачів. Значні швидкості ковзання. В роторних корознімальних вертатах частоти обертання станов- лять 175…350 хв-1. Тому при контактах ножів для знімання кори з абразивними включеннями, нерівнос- тями поверхні, та при контакті ножів для зрізання сучків з сучками ці умови можна розглядати ще і як ударні. Підвищена температура виникає внаслідок дії попередніх чинників і додатково залежить від породи деревини та пори року при якій відбувається зняття кори (200…300 °С). Агресивне середовище спричиняє значну хімічну дію, співмірну з механічною. В деревині при- сутні кислоти, спирти, смоли [5], також як агресивне середовище можна розглядати вологу присутню в деревині. Найбільші руйнування робочих поверхонь ножів пов’язані саме із процесами зношування, серед яких можна виділити наступні основні види: Абразивне зношування проявляється у вигляді інтенсивного пошкодження поверхні при терті ковзання твердих включень, що відбувається за рахунок дряпання та мікрорізання. Подряпини являють собою чітко орієновані по напрямку руху заглибини невеликої глибини. Мікроскопічне вивчення цих по- дряпин показує пологість їх країв, що пояснюється подальшим абразивним зношуванням більш дрібним абразивом та руйнуванням поверхні за рахунок інших видів зношування [4]. Теплове зношування представляє інтенсивне руйнування поверхні при терті об деревину, вна- слідок нагрівання до високих температур. У результаті такого термоциклювання відбуваються певні структурні перетворення, формуються внутрішні напруження, які призводять до втрати механічної міц- ності поверхневих шарів, появи сітки тріщин та інтенсивного руйнування поверхні тертя. Ефективним методом відновлення деталей такого типу є ручне електродугове наплавлення з по- слідуючою механічною обробкою методом шліфування до необхідних розмірів (рис. 5). При цьому в більшості випадків використовують безвольфрамові електродні матеріали на основі хрому типу сормайт ЦС-1 ГОСТ 21449-75, T590 ГОСТ 10051-75, T620 ГОСТ 10051-75, що забезпечують формування пок- риттів твердістю 54...60 HRC. В найбільш відповідальних випадках використовують високовартісні вольфрамовмісні матеріали типу Lastek 231c, Durmat E-plus, Lastek 211 та ін., що дозволяють отримати більш зносостійкі покриття твердістю 64...69 HRC. Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 104 а б Рис. 5 – Зовнішній вигляд відновлених робочих поверхонь ножів для зняття кори з деревини (виробник Grimme, Німеччина): a – після електродугового наплавлення електродами марки ЕП-ТБ-2-40; б – після механічної обробки Досвід проведених робіт щодо відновлення робочих органів обладнання для зняття кори на базі міжгалузевого науково-виробничого центру «Епсілон ЛТД» (м.Івано-Франківськ) показав ефективність використання порошкових електродів, що відзначаються високою економічністю, універсальністю та простотою і дозволяють наносити покриття в декілька шарів товщиною до 5 мм з використанням тради- ційних джерел струму. Зокрема безвольфрамові порошкові електроди марки ЕП-ТБ-2-40, які дозволяють отримати покриття твердістю 63...68 HRC, забезпечують зносостійкість наплавленого шару, що відпові- дає зносостійкості покриттів, отриманих наплавленням вольфрамовмісними матеріалами. Перспектив- ним також є наплавлення електродами даної марки, які додатково леговані ванадієм (≤ 5% мас.), що під- вищує стійкість покриття до удару, суттєво не знижуючи його твердості. Висновки 1. Проведено огляд обладнання для зняття кори з деревини. Висвітлено основні вимоги, що став- ляться до робочих елементів розглянутого обладнання. 2. На основі аналізу умов роботи визначено основні види зношування, яким піддаються ножі для зняття кори деревообробних верстатів. 3. Запропоновано та впроваджено використання матеріалу для відновлення робочих поверхонь ножів для зняття кори деревообробних верстатів. Література 1. Амалицкий В.В., Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий / В.В. Амалицкий, В.И. Санев // М.: Экология. – 1992. – С. 330-350. 2. Симонов М.Н. Окорочные станки: устройство и эксплуатация / М.Н. Симонов, Г.И. Торговни- ков // М.: Лесная промышенность. – 1990. – 179 с. 3. Коробов В.В. Комплексная переработка низкокачественной древесины и отходов лесозагото- вок / В.В. Коробков, М.И. Брик, Н.П. Рушнов // М.: Лесная промышленность. - 1978. – С. 272-280. 4. Луцак Д.Л. Зміцнення робочих органів обладнання для виготовлення паливних брикетів та гранул / Д.Л. Луцак, О.В. Пилипченко, М.Й. Бурда // Проблеми трибології (Problems of Tribology). – 2015, №2 – С. 20. 5. Зотов Г.А. Повышение стойкости дереворежущего инструмента / Г.А. Зотов, Е.А. Памфилов // М.: Экология. – 1991. – 314 с. Поступила в редакцію 28.03.2018 Відновлення робочих органів обладнання для зняття кори з деревини Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2018, № 1 105 Ivanov O.O., Prysyazhnyuk P.M., Lutsak D.L., Burda M.J., Lutsak L.D. Restoration of equipment for woodworking. An overview of equipment and tools for removing crust from logs was conducted, and the conditions of operation of such equipment were considered. The differences of physical properties of wood of different breeds are considered. The analysis of the operating conditions of the equipment for removing bark and branches from logs is carried out, the list of factors exposed to the working units of equipment is considered. A list of materials that restores the equipment is presented. The use of tungsten material for the restoration of the work equipment of the equipment for the removal of bark is proposed and implemented. Keywords: wear, restoration, strengthening, surfacing, powder electrodes, peeler, abrasive medium. References 1. Amalickij V.V., Oborudovanie i instrument derevoobrabatyvajushhih predprijatij / V.V. Amalickij, V.I. Sanev // M.: Jekologija. – 1992. – S. 330-350. 2. Simonov M.N. Okorochnye stanki: ustrojstvo i jekspluatacija / M.N. Simonov, G.I. Torgovnikov // M.: Lesnaja promyshennost'. – 1990. – 179 s. 3. Korobov V.V. Kompleksnaja pererabotka nizkokachestvennoj drevesiny i othodov lesozagotovok / V.V. Korobkov, M.I. Brik, N.P. Rushnov // M.: Lesnaja promyshlennost'. - 1978. – S. 272-280. 4. Lucak D.L. Zmіcnennja robochih organіv obladnannja dlja vigotovlennja palivnih briketіv ta granul / D.L. Lucak, O.V. Pilipchenko, M.J. Burda // Problemi tribologії (Problems of Tribology). – 2015, №2 – S. 20. 5. Zotov G.A. Povyshenie stojkosti derevorezhushhego instrumenta / G.A. Zotov, E.A. Pamfilov // M.: Jekologija. – 1991. – 314 s.