ВведениеВ настоящее время в деревообработке широко используются малоценные и быстрорастущие породы древесины мягких пород, таких как, тополь, осина, ольха а также, сосна, которую тоже можно отнести к мягким породам древесины [1-4]. Обработка такой древесины традиционным делительным инструментом – пилами, достаточно энергоемка и требует дополнительного снижения шероховатости с использованием процессов фрезерования и шлифования [3-5]. Кроме того, в процессе обработки таким инструментом, до 30% деловой древесины отходит в опилки и стружку [1-5]. Основы бесстружечного деления заложенные основоположником процессов прессования древесины П.Н. Хухрянским [1] использованы для разработки дисковых ножей. Их конструкции разрабатывались с учетом свойств самой древесины мягких пород. Использование в процессах разрезания древесины дисковых ножей позволят снизить уровень пыли в процессе обработки, повысить качество разделяемых поверхностей, а также, значительно снизить энергоемкость процессов деления древесины.Повысить производительность процессов разрезания дисковыми ножами возможно только при безусловном обосновании режимов резания ими, а именно: выявить оптимальные значения доминирующих внешних факторов, позволяющих получить высококачественную поверхность реза с меньшей энергоемкостью [5-10].Почти все современные исследования процессов разрезания древесины производились с учетом статических нагрузок, хотя деформативно-прочностные свойства древесины мягких пород значительно меняется при динамическом нагружении. До настоящего времени не выявлены влияющие факторы на процесс силового деформирования древесины дисковыми ножами, а также степень их влияния на силовые и качественные показатели процесса разрезания древесины мягких пород [10-14].Материалы и методы В исследованиях использовались заготовки из древесины мягких лиственных пород, лабораторная установка на основе заточного станка и позиционные круглопильные станки типа КС-2. В лабораторных условиях поставлен двухфакторный эксперимент с использованием дисковых ножей с различными углами заострения и диаметрами [1]. Поставлен 2-х факторный эксперимент ПФП 23. Подготовка задачи к решению на ЭВМ проводилось по стандартной подпрограмме, методом наименьших квадратов.Для оценки дисперсии, характеризующей ошибку, поставим отдельную серию из пяти опытов в центре плана, т.е. в условиях, когда каждый фактор варьируется на основном уровне. Вычисление велось по стандартной задаче минимизации функции. Входные параметры программы:1) EPS – точность вычислений 0,0001; 2)Изменение параметров x1 и x2:x 1=200…400; x2=30…60.Чтобы убедиться в воспроизводимости процесса и уменьшении погрешности модели, каждый из 9 опытов повторялся трижды, и для каждой серии опытов вычислялось среднее арифметическое значение  (столбец 10 таблица 1).При планировании эксперимента по выявлению шероховатости поверхности пиломатериалов, полученных при продольном делении древесины осины, в качестве переменных было выбрано четыре фактора: влажность древесины W, %; высота заготовки Н, мм; подача на зуб Vs, мм; длина разреза L, м. Резание проводилось диском с двумя радиусами резания. Влияющие факторы выбирались на основе метода экспертных оценок 100 пользователей.Результаты и обсуждениеПолученная математическая модель представляется в виде:                  (1)        Модель в натуральных значениях факторов:   (2)На рис. 1 представлены графики зависимостей Fx=f(х1) и Fx=f(х2) при стабили­зации факторов х1 и х2 на 2х уровнях: экстремальном и нулевом. Из графиков видно, что наименьшее значение усилия резания достигается с применением дереворежущих дисков, имеющих угол заострения 45° и диаметр 4300 мм при толщине диска рав­ной 5 мм. Подготовка задачи к решению на ЭВМ проводилась (по стандартной подпрограмме, методом наименьших квадратов).Регрессионную модель можно представить в виде:                                              (3)или:             (4)где: f0, f1, fк - базисные функции.  D[мм]D[mm] Усилие резания Fx, кН | Cutting force Fx, kN  Угол заострения β, град.экстремальный и нулевой уровни варьированияSharpening angle β, deg.extreme and zero levels of variationРисунок 1.  Графики зависимостей Fx=f(x1);   Fx=f(x2) Figure 1. Graphs of dependencies Fx=f (x1); Fx=f (x2)Источник: собственная композиция автораSource: author compositionВ результате получена: итоговая математическая модель объекта – процесса силового деформирования древесины мягких пород в натуральных значениях факторов:                                      (5)где: Х1-диаметр режущего диска, D,мм:2300 ≤ x1 ≤ 400Х2 - угол заострения, град:30 ≤  x2 ≤ 60Для исследования итоговой модели объекта составлена программа для расчета на ЭВМ и далее проводилось математическое моделирование процесса на ЭВМ [1]. В результате выполнения программы получены графики изменения усилия резания (у) от переменных x1 и x2. В каждом из графиков была зафиксирована величина x2 и происходило изменение лишь по x1 в диапазоне 200…400мм при x2=30,45,60 градусов. В результате выполнения программы были получены  оптимальные значения переменных:x1=39210.0034 (мм) - диаметр диска;x2=43.0011 (град.) - угол заострения;Теоретическая кривая рассчитана на ЭВМ для заданных условий разрезания, экспериментальная получена на станке КС-2.Экспериментальные исследования подтвердили адекватность математической модели контактного взаимодействия инструмента с древесиной. Величина контактного давления установлена посредством расчетов из усилия резания, определенного с помощью комплекса К-50. Расхождение между расчетными и реальными значениями не превзошло 5%. На графиках (рисунок 2) представлена экспериментальная кривая, полученная при разрезании заготовок из древесины ольхи. Контактное давление P, Н/мм2Contact pressure P, N/mm2 Толщина заготовки Н, ммWorkpiece thickness H, mm   Рисунок 2. Зависимость контактного давления между диском и древесиной от толщины заготовок древесины ольхи: 1-теоретическая кривая;2-экспериментальнаяFigure 2. Dependence of the contact pressure between the disc and the wood on the thickness of alder wood blanks: 1-theoretical curve; 2-experimental Источник: собственная композиция автораSource: author composition Другими влияющими факторами на процесс разрезания, исходя из результатов анкетирования, явились толщина древесины и скорость подачи заготовки. Разрезалась древесина осины на станке КС-2. Матрица планирования для этих двух факторов и результаты эксперимента представлены в таблице 1. Полученные коэффициенты регрессии оказались значимыми, за исключением коэффициента b11, поэтому в дальнейшем он  не учитывался. Окончательный вид уравнения регрессии:           (6)Оценка дисперсии адекватности  при числе степеней свободы, связанных с дисперсией адекватности fад=4 по критерию Фишера позволила принять гипотезу об адекватности полученного уравнения регрессии.Например, для второго опыта: Затем вычислялась оценка дисперсии для каждой серии опытов, с определением разброса значений выходной величины от среднего: Сумма всех дисперсий:    По критерию Кохрена проверялась однородность дисперсий опытов [9]:                                     Gтабл> Gрасч  [6-10].Оценка дисперсии:                             Таблица 1Матрица планирования и результаты эксперимента для двух факторовTable 1 Planning matrix and experimental results for two factors№п/п |No.p/p x0x1x2x12x1 ŷj 123456789101112131+--+0,3330,3334060,430,380,330,162++--0,3330,3338062,290,422,690,163+-+-0,3330,33340181,720,361,450,074++++0,3330,333801812,210,2812,810,255+-1000,333-0,66640120,940,440,710,056++1000,333-0,66680129,720,528,750,947+0-10-0,6660,3336061,260,872,441,398+0+10-0,6660,33360187,440,588,240,649+000-0,666-0,66660125,350,365,340,0001            Источник: собственные вычисления автораSource: own calculations       Таблица 2 Результаты 4-факторного экспериментаТable 2 Results of a 4-factor experiment№п/п|No.p/pВлажностьдревесиныW,% | HumiditywoodW,%ТолщиназаготовкиН, мм | ThicknessblanksH, mm СкоростьподачиSz, мм/зуб | SpeedfilingSz, mm/tooth ДлинарезаL, м | LengthcutL, mШерохова-тость поверх-ностиRm, мкм | Surface roughnessRm, μm123456115100.612120230100.620130330101.412150430200.612180515101.420130615100.620130715201.412160830201.420180930100.6121801015100.6201301115101.4121301215200.6121601330101.4201501430101.4121301515101.4201401630150.620130177.5151.0161201837.5151.0162201922.5151.082002022.5151.0242302122.5150.2161202222.5151.8161802322.551.0161602422.5251.0162102522.5151.416150Источник: собственные вычисления автораSource: own calculationsАнализ количественного влияния коэффициентов уравнения регрессии указывает на то, что толщина разрезаемой заготовки оказывает почти прямо пропорциональное влияние на выходную величину(мощность резания), что и накладывает ограничение на величину скорости подачи, рассчитанной по формуле. Для увеличения скорости подачи необходимо адекватно увеличить мощность привода, но при этом возникает опасность сближения скорости подачи с критической. Поэтому и был поставлен четырехфакторный эксперимент, где дополнительно было выявлено совместное влияние изучаемых факторов, а также влажности древесины и длины резания на качественные показатели процесса резания дисками. Результаты опытов представлены в таблице 2. Длина трещин измерялась экспериментально (рисунок 3). Рисунок 3. Опережающее раскалывание древесиныFigure 3. Advance wood splittingИсточник: собственная композиция автораSource: author compositionФактические переменные рассчитывались по формулам:                                              (7)                                            (8)                                                      (9)                                              (10)Полученное уравнение регрессии позволяет регламентировать качество разделяемых поверхностей в зависимости от влияющих факторов:      (11)Установлено, что в процессах бесстружечного разрезания дисковыми ножами, усилие резания до 30% ниже, чем при делении круглыми пилами. Влажную древесину (более 20%) значительно легче обрабатывать дисковыми ножами, так как усилие резания уменьшается, а влага является «смазкой». Особое влияние на процесс бесстружечного разрезания дисковым ножом оказывает структура и анатомическое строение древесины, ее пороки и сучковатость. Возникающие трещины при делении древесины диском устраняются с уменьшением высоты заготовки древесины.Минимальное усилие разрезания получено при резании заготовок сосны толщиной менее 10 мм и влажностью более 50%, что хорошо согласуется с исследованиями других авторов [3-10].  Время работы без переточки T, чOperating time without regrinding, T, hМощность на резание, Pp, кВтCutting power, Pp, kW   Рисунок 4. Графическая зависимость потребляемой мощности при продольном делении заготовок ольхи, Н=30 мм за время работы без переточки:1-дереворежущий диск; 2-теоретическая кривая, построенная по формуле (2.72); 3-круглая пила по ГОСТ 9769-79Figure 4. Graphical dependence of power consumption during longitudinal division of alder blanks, Н = 30 mm during operation without regrinding:1-wood cutting disc; 2-theoretical curve, built according to the formula (2.72);3-round saw according to GOST 9769-79Источник: собственная композиция автораSource: author compositionРезультаты экспериментальных исследований представлены графически на рисунках 4 и 5, получены на промышленных станках КС-2 и 3Е642. Расхождения между эксперименталь-ными и расчётными данными не превышают 5%. Качество разделяемых поверхностей почти прямо пропорционально определяется влажностью древесины (рисунок 5). IШероховатость Rm, мкмRoughness Rm, μm    Рисунок 5 - Зависимость шероховатости поверхности срезков от влажности древесины сосны:1 - толщиной менее 10 мм; 2 - теоретическая кривая; 3 - толщиной 20 ммFigure 5 - Dependence of the surface roughness of the cuts on the moisture content of pine wood:1 - less than 10 mm thick; 2 - theoretical curve; 3 - 20 mm thick Источник: собственная композиция автораSource: author compositionТаким образом, в процессах бесстружечного разрезания дисковыми ножами древесины мягких пород желательно использовать древесину меньшей влажности. Выводы (Заключение)Установлено, что в процессе резания древесины дисковым ножом наблюдается интенсивное трение. Качество обработанных диском поверхностей определяется влажностью и толщиной заготовки, а также, выбранным режимом деления. Шероховатость разделяемых поверхностей почти прямо пропорционально увеличивается с увеличением влажности древесины. Теоретические результаты исследований незначительно (менее 5%) отличаются от экспериментальных