Эколого-биологические особенности Fragaria × ananassa Duch. в условиях севера (на примере Мурманской области) (стр. 3 )

и .

Логарифмируя эти соотношения и исключая lnψ, получим:

. (12)

С помощью соотношения (12), задавшись условием, что высота кинематической волны не превысит значение ζ=1, т. е. τкaо, получим ограничение на величину скорости подачи:

. (13)

Для условий расчетов (6) при ψ=0,75 имеем: при vп0,4 м/с предельная величина τк1,12 мм.

Интегральным показателем силовых затрат и произведенной работы сил резания при фрезерной окорке бревна на глубину снимаемого слоя hc является величина средней силы окорки, равная:

, (14)

которая , для принятых условий на примере окорки бревна березы, составила Fср=0,46 кН, т. е. 22,9% от начальной силы Fф=2 кН.

Выполненные расчеты необходимо дополнить учетом влияния таких факторов как влажность коры (W,%) и температура (Т, град.) окружающей среды.

2.2. Расчет параметров фрезерной окорки в условиях повышения влажности и изменчивости физико-механических свойств коры. Исследуем влияние влажности на изменение упругопластических и прочностных свойств коры различных пород деревьев и оценим степень этого влияния на достижение конечных результатов фрезерной окорки.

Известно, что снижение влажности клеток камбия и луба приводит к резкому увеличению сцепления С, МПа между клетками камбия и клетками прилегающего слоя древесины, что увеличивает силы сопротивления коры сдвигу. Величину С можно определить с помощью прочностных характеристик:

. (15)

С ростом влажности массив коры теряет свойства хрупкости и в большей степени проявляет пластические свойства. Хрупкость можно оценивать по коэффициенту . Причем при увеличении χ считается, что хрупкость материала возрастает, а коэффициент Пуассона ν снижается, и наоборот.

На основании известных данных о плотности ρк сухой коры при положительной температуре, σсж и σр для трех пород деревьев (сосны, осины, березы), показатель влажности которых не превышал 40‑50% были определены показатели С и χ.

Результаты расчетов показали, что выбранные породы существенно отличаются по своим упругопластическим и прочностным свойствам. Причем корреляционная связь между σр и С достаточно тесная и близка к функциональной (коэффициент корреляции R равен 0,996) тогда как связь между σсж и С практически отсутствует (R=0,217).

С ростом влажности вода в порах коры замещает защемленный воздух, и плотность ρк растет. При этом, чем выше начальная плотность сухой коры, тем меньший объем воды проникает в ее поры. То есть низкоплотная кора сосны более интенсивно поглощает влагу по сравнению с высокоплотной корой осины и березы, что приводит к более резкому снижению прочностных показателей и величины сцепления и способствует увеличению объемов разрушения коры. С другой стороны, поскольку модуль упругости Е пропорционален изменению плотности ρк, с ростом влажности величина E соответственно возрастает.

Анализ соотношения (1) свидетельствует в этом случае об определенном снижении показателей aо и hо и, как следствие, величины hc, определяемой с помощью (10). То есть, с увеличением влажности наблюдается рост упругих характеристик, который приводит к снижению размеров разрушаемого слоя коры.

Определив hc, можно оценить такие параметры фрезерной окорки как скорость подачи бревна vп и высота τк кинематической волны по выражению (11).

Разработанная модель с использованием соотношений (1)‑(15) позволила оценить влияние влажности коры W на достижение показателей фрезерной окорки бревен при dб=0,4 м и постоянных угловых параметрах φ1=0,523 рад. и φ2=0,698 рад.

В табл. 1 приведены полученные результаты расчетов для одной породы деревьев – березы с толщиной коры hк=12,4 мм.

По результатам обработки данных табл. 1 в относительном виде, приняв показатели для сухой коры (W=50%) за 1, в зависимости от относительной влажность (), были построены графики относительных значений силы окорки (), скорости подачи () и высоты кинематической волны (). Анализ этих графиков показал, что увеличение влажности оказывает различное количественное влияние на параметры окорки. Наиболее вариативным параметром окорки, в максимальной степени реагирующим на изменение влажности коры, является сила окорки, наименее вариативным – скорость подачи бревна.

Таблица 1 ‑ Влияние влажности коры березы на показатели фрезерной окорки

W,%	ρк, кг/м3	Е, МПа	σр, МПа	ν	Fф, кН	hc, мм	vп, м/с	τк, мм
≤50	770	300	2,3	0,25	1,40	3,67	0,37	0,94
100	824	321	1,1	0,28	0,64	2,38	0,30	0,60
150	856	334	0,74	0,3	0,42	1,88	0,27	0,47

Полученные результаты позволили распространить разработанный методический подход к сопоставительному анализу показателей окорки бревен сосны, осины и березы при постоянном диаметре dб=0,4 м и толщине коры, вычисленной в зависимости от dб, по корреляционным соотношениям. Для сосны hк=12,8 мм, осины ‑ hк=12,1 мм и березы ‑ hк=12,4 мм, т. е. факторы dб и hк при анализе результатов оказывали незначительное влияние. В табл. 2 представлены результаты расчетов для осины и сосны.

Таблица 2 ‑ Результаты расчетов параметров фрезерной окорки для бревен осины (числитель) и сосны (знаменатель)

W,%	Fф, кН	hc, мм	vп, м/с	τк, мм
≤50	5,8/0,85	8,1/4,1	0,53/0,39	2,12/1,04
100	2,7/0,39	5,2/2,33	0,43/0,30	1,34/0,59
150	1,73/0,25	4,0/1,72	0,38/0,26	1,02/0,43

Анализ данных таблиц 1 и 2 позволяет сделать ряд выводов.

Во-первых, при обработке низкоплотной сосны фактор влажности оказывает более существенное влияние на показатели фрезерной окорки по сравнению с окоркой осины и березы. В первую очередь это относится к показателю качества окорки – параметру τк.

Во-вторых, при разрушении прочной коры осины даже при достижении влажности W≥150%, снижении силы окорки до Fф=1,73 кН и скорости подачи до vп=0,38 м/с показатель качества окорки составил τк≥1 мм. Это более чем в два раза превышает значения данного показателя по сравнению с окоркой бревен березы и сосны. Полученный результаты позволяет корректировать параметры фрезерной окорки бревен различных пород деревьев в зависимости от фактора влажности и его влияния на изменения физико-механических свойств коры.

2.3. Расчет параметров фрезерной окорки древесины при отрицательных температурах. Известно, что температура окружающей среды существенно влияет на изменения таких прочностных свойств коры, как предел прочности на скалывание, тогда как величина предела прочности на перерезание слабо зависит от температуры. Исследуем влияние фактора температуры на изменение упругопластических и прочностных свойств коры различных пород деревьев и оценим степень этого влияния на достижение конечных результатов фрезерной окорки.

Кора деревьев, в первую очередь луб и камбий, в изобилии содержат влагу, которая при понижении температуры превращается в лед, что способствует увеличению внутреннего сцепления С частиц слоев коры и древесины, что в конечном итоге увеличивает силы сопротивления коры сдвигу. Величину С можно определить с помощью соотношения (15), т. е. основываясь на прочностных характеристиках коры.

С понижением температуры массив коры усиливает свойства хрупкости и утрачивает пластические свойства. Массивы коры выбранных трех пород деревьев существенно отличаются по своим упругопластическим и прочностным свойствам. Причем корреляционная связь между σр и С достаточно тесная и близка к функциональной (R=0,996):

, (16)