способ резания древесины раскаленной проволокой и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ резания древесины раскаленной проволокой, включающий нагрев последней электрическим током до раскаленного состояния, перемещение проволоки по ее оси на участке резания и сообщение проволоке и разрезаемой древесине взаимного относительного перемещения, отличающийся тем, что на участке резания древесины скорость перемещения проволоки превышает скорость взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, а температуру проволоки на этом участке поддерживают постоянной.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на участке резания древесины скорость перемещения проволоки превышает скорость взаимного относительного перемещения проволоки и древесины по меньшей мере в пять раз при скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины 2 15 мм/с и расстоянии от точки ввода тока в проволоку до точки входа проволоки в древесину 5 50 мм.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что точка вывода тока из проволоки расположена около точки выхода проволоки из древесины.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что расстояние от точки выхода проволоки из древесины до точки вывода тока из проволоки выбирают 1 3 мм.

5. Способ по пп.1 4, отличающийся тем, что до точки ввода тока в проволоку последнюю закручивают вокруг ее оси.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что проволока выполнена в виде жгута, состоящего по меньшей мере из двух проволочных элементов.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что проволока выполнена с насечкой.

8. Устройство для резания древесины раскаленной проволокой, содержащее источник тока накала проволоки, соединенный с проволокой, привод протяжки проволоки и привод взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, отличающееся тем, что оно снабжено многоканальным регулятором скорости протяжки проволоки и скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, который соединен с приводом протяжки проволоки и приводом взаимного относительного перемещения проволоки и древесины с возможностью поддерживания на участке резания древесины скорости протяжки проволоки по меньшей мере в пять раз больше скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, при этом источник тока накала проволоки выполнен регулируемый и соединен с многоканальным регулятором, в цепь управления которого включен задатчик силы тока с возможностью вырабатывания им сигнала, пропорционального скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке древесины, касается способов резания древесины раскаленной проволокой и устройств для их осуществления, и может быть использовано в столярных и плотницких работах, при разделке стволов на бревна, валке деревьев на корню, производстве лафетов, брусьев, досок и др. пиломатериалов.

Известен способ резания древесины раскаленной проволокой, заключающийся в том, что проволоку нагревают электрическим током до раскаленного состояния, сообщают проволоке перемещения по ее оси на участке резания и сообщают проволоке и разрезаемой древесине взаимное относительное перемещение.

В указанном способе в процессе резания древесины дополнительно подогревают проволоку путем обдува последней с двух сторон на участке резания нагретым до высокой температуры углекислым газом или любым нейтральным газом, например, азотом, с одновременным отсосом газа и продуктов разложения древесины, а проволоку возвратно-поступательно перемещают по ее оси на участке резания.

Подача углекислого газа или любого нейтрального газа независимо от его температуры на участке резания неэффективна и не влияет на технологический процесс по двум причинам:

1) газ неспособен проникнуть в зону реза из-за малого размера щели в связи с известными ограничениями, накладываемыми на величину расхода газа через отверстие;

2) как показали испытания в вакуумной камере, при резке древесины раскаленной проволокой процесс идет практически неотличимо от того же в воздухе, то есть в этом способе резания при распаде древесины из последней выделяется достаточное количество веществ, поддерживающих процессы окисления.

При возвратно-поступательном перемещении проволоки ее износ и обрыв приводят к необходимости частой ее замены, что не только отрицательно сказывается на качестве реза и ограничивает тем самым толщину обрабатываемой древесины за счет неизбежности обугливания и горения, но и вообще затрудняет работу и уменьшает производительность труда. Обязательные остановки проволоки не позволяют добиться постоянства температуры в зоне реза, а следовательно, и цвета разрезаемой древесины, что ухудшает качество обрабатываемой древесины.

Кроме того, данный способ может применяться в основном в стационарных условиях.

Известно устройство для резания древесины раскаленной проволокой, осуществляющее известный способ и содержащее источник тока накала проволоки, соединенный с проволокой, привод протяжки проволоки и привод взаимного относительного перемещения проволоки и древесины (авт.св. N 1544565).

В указанном устройстве имеется система подачи углекислого газа или любого нейтрального газа и его подогрева, что делает устройство громоздким и налагает ограничения на его применение.

В основу предлагаемого изобретения была положена задача разработки способа резания древесины раскаленной проволокой, по которому на участке резания проволоку и древесину перемещали бы таким образом, что позволило бы значительно его упростить, повысить производительность труда и качество обрабатываемой древесины и расширить область его применения, а также создания устройства для резания древесины раскаленной проволокой, которое осуществляло бы вышеуказанный способ, было бы конструктивно просто и не имело бы ограничений при его применении.

Это достигается тем, что в способе резания древесины раскаленной проволокой, заключающемся в том, что проволоку нагревают электрическим током до раскаленного состояния, сообщают проволоке перемещение по ее оси на участке резания и сообщают проволоке и разрезаемой древесине взаимное относительное перемещение, согласно предлагаемому изобретению, на участке резания древесины скорость перемещения проволоки превышает скорость взаимного перемещения проволоки и древесины, а температуру проволоки на этом же участке поддерживают постоянной.

Целесообразно, чтобы на участке резания скорость перемещения проволоки превышала скорость взаимного относительного перемещения проволоки и древесины по меньшей мере в пять раз при скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины от 2 до 15 мм/с и расстоянии от точки ввода тока в проволоку до точки входа проволоки в древесину от 5 до 50 мм.

Желательно, чтобы точка вывода тока из проволоки была расположена в непосредственной близости от точки выхода проволоки из древесины.

Расстояние от точки выхода проволоки из древесины до точки вывода тока из проволоки может быть выбрано от 1 до 3 мм.

Желательно, чтобы до точки ввода тока в проволоку последняя была закручена вокруг ее оси.

Проволока может представлять собой жгут, состоящий по меньшей мере из двух проволочных элементов, и может быть выполнена с насечкой.

Это достигается также тем, что в устройстве для резания древесины раскаленной проволокой, осуществляющем указанный способ и содержащем источник тока накала проволоки, соединенный с проволокой, привод протяжки проволоки и привод взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, согласно предлагаемому изобретению, предусмотрен многоканальный регулятор скорости протяжки проволоки и скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, соединенный с приводом протяжки проволоки и приводом взаимного относительного перемещения проволоки и древесины и поддерживающий на участке резания древесины скорость протяжки проволоки по меньшей мере в пять раз больше скорости взаимного относительного перемещения проволоки и древесины, а в качестве источника тока накала проволоки использован известный сам по себе регулируемый источник тока накала проволоки, соединенный с регулятором и в цепи управления которого включен задатчик силы тока, вырабатывающий сигнал, пропорциональный скорости взаимного относительно перемещения проволоки и древесины.

Преимущества заявляемого изобретения заключаются в том, что в способе достигается постоянство температуры в зоне реза, что практически не ограничивает толщины обрабатываемой древесины. Это, в свою очередь, приводит к появлению возможности управлению цветом в зоне реза от светло- до темно-коричневого цвета, исключению дополнительных операций, связанных с окраской древесины и/или покрытием антисептиками, и увеличению допустимых сроков хранения древесины, а конструкция устройства для осуществления способа отличается максимально возможной простотой.

На фиг. 1 представлена общая схема предлагаемого устройства для резания древесины раскаленной проволокой, осуществляющего заявляемый способ; на фиг. 2 функциональная схема многоканального регулятора устройства по фиг.1; на фиг. 3 график распределения температуры по длине проволоки в устройстве по фиг.1.

Предлагаемый способ резания древесины раскаленной проволокой заключается в том, что проволоку 1 (фиг.1) нагревают электрическим током до раскаленного состояния, сообщают проволоке 1 перемещение по ее оси на участке ab резания и сообщают проволоке 1 и разрезаемой древесине 2 взаимное относительное перемещение. На участке ab резания древесины 2 скорость V₁ перемещения проволоки 1 превышает скорость V₂ взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2, а температуру t скорости 1 на этом же участке ab поддерживают постоянной. Если условие V₁ > V₂ не будет выполнено, то не обеспечивается сам процесс термодеструкции, так как проволока 1 не успеет вынести продукты распада и последние, образуя слой теплозащитного покрытия, приведут к изгибу проволоки 1, неспособной преодолеть сопротивление обугленной древесины, и обрыву ее. Если не обеспечивается постоянство температуры t в зоне реза, то в случае повышения температуры по ходу движения проволоки 1 может начаться, начиная с какой-то координаты, например, начиная от входа проволоки 1 в древесину 2, обугливание, а далее и горение. Если температура будет понижаться, то будет иметь место, начиная с некоторого расстояния от входа проволоки 1 в зону реза, не термодеструкция, а просто резание. Необходима же именно термодеструкция, так как только при наличии этого процесса на поверхности древесины 2 образуется тонкая защитная пленка, затрудняющая влагообмен между деревом и окружающей средой, препятствующая развитию процессов гниения и так далее. Все это ведет к ограничению толщины обрабатываемой поверхности. При постоянстве температуры t все упомянутые нежелательные явления исчезают.

На участке ab резания скорость V₁ перемещения проволоки 1 превышает скорость V₂ взаимного относительного перемещения проволоки и древесины в пять раз, при скорости 2 мм/с < V₂ < 15 мм/с и расстоянии l₁ от точки с ввода тока в проволоку 1 до точки а входа проволоки 1 в древесину 2 от 5 до 50 мм, то есть 5 мм < l₁ < 50 мм.

V₁ может быть больше V₂ и более пяти раз.

При меньшей чем 2 мм/с скорости перемещения, неизбежно обугливание и/или горение, а при большей, чем 15 мм/с, резка без термодеструкции, то есть без образования защитной пленки.

Если расстояние l₁ меньше нижнего предела 5 мм, то проволока 1 не успеет нагреться до входа в древесину 2, если больше то перегреется и порвется. Если же на меньшем, чем 5 мм, интервале проволоку 1 все же нагреем за счет увеличения тока, а при большем чем 50 мм расстоянии, не расплавим за счет уменьшения пропускаемого тока, то не сможем достигнуть постоянства температуры.

Точка d вывода тока из проволоки 1 расположена в непосредственной близости от точки b выхода проволоки 1 из древесины 2.

Проволока 1 продолжает нагреваться после выхода из древесины 2 в соответствии с законом Джоуля-Ленца и поэтому может порваться либо за счет понижения несущей способности либо за счет окисления в присутствии катализаторов, роль которых могут играть продукты распада древесины, налипшие на проволоку 1. Поэтому проволоку нужно и желательно немедленно охладить (холодильником является точка d вывода). Для этого расстояние l₂ от точки b выхода проволоки 1 из древесины 2 до точки d вывода тока из проволоки 1 выбирают от 1 до 3 мм, то есть 1 мм < l₂ < 3мм. Увеличение выше 3 мм расстояния между точкой b выхода проволоки 1 и точкой d вывода тока может усложнить конструкцию устройства для осуществления этого способа за счет введения принудительного обдува, а уменьшение меньше 1 мм, является конструктивно невыполнимым.

Проволоку 1 до точки с ввода тока в проволоку 1 закручивают вокруг ее оси. Закручивание проволоки 1 вокруг собственной оси приводит к образованию по длине неровностей, что, в свою очередь, ведет к повышению скорости уноса продуктов распада и увеличению производительности труда вместе с уменьшением расхода проволоки 1.

Проволока 1 может представлять собой жгут, состоящий из двух проволочных элементов. Проволочных элементов может быть и более двух. Проволока 1 может быть выполнена с насечкой. Проволока 1 жгут и выполнение проволоки 1 с насечкой ведет не только к заметному увеличению скорости уноса продуктов распада древесины, но и заметному увеличению несущей способности проволоки 1, за счет трения между ее волокнами, что позволяет еще более увеличить скорость взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2.

Ниже будет описано заявляемое устройство для резания древесины накаленной проволокой, на котором реализуется предлагаемый способ.

Заявляемое устройство для осуществления предлагаемого способа содержит источник 3 (фиг.1) тока накала проволоки 1, соединенный через токоподводы 4 и 5 с проволокой 1. Токоподвод 4 является вводимым ток в проволоку 1 и установлен в точке с ввода тока, а токоподвод 5 выводимым ток из проволоки 1 и установлен в точке d вывода тока. Токоподводы 4 и 5 имеют прорези, через которые протягивают проволоку 1.

Устройство содержит также привод 6 протяжки проволоки 1 и привод 7 взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2.

В предлагаемом устройстве для осуществления заявляемого способа предусмотрен многоканальный регулятор 8 скорости протяжки проволоки 1 и скорости взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2, соединенный с приводом 6 протяжки проволоки 1 и приводом 7 взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2 и поддерживающий на участке ab резания древесины 2 скорость протяжки проволоки 1 в пять раз больше скорости взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2, а в качестве источника 3 тока накала проволоки 1 использован известный сам по себе регулируемый источник тока накала проволоки 1, соединенный с регулятором 8 и в цепи управления которого включен широко известный задатчик 9 силы тока, вырабатывающий сигнал, пропорциональный скорости взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2. Скорость V₁ может быть больше V₂ и более пяти раз.

Привод 6 протяжки проволоки 1 содержит электродвигатель 10, выходной вал которого кинематически связан с приемным барабаном 11, на который наматывается проволока 1, сматываемая с подающего барабана 12 с подпружиненным посредством пружины 13 тормозным элементом 14.

Привод 7 взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2 содержит электродвигатель 15, выходной вал которого посредством винтовой передачи 16 кинематически соединен со столом 17, на котором закрепляют обрабатываемую древесину 2.

В описываемом варианте выполнения предлагаемого устройства для осуществления заявляемого способа регулятор 8 (фиг.2) содержит задатчик 18 скорости перемещения древесины, задатчик 19 плотности древесины и задатчик 20 толщины древесины, выходы которых подключены к входам 21, 22, 23 блока 24 обработки вводимых с задатчиков 18, 19, 20 данных соответственно. Выходы 25 и 26 блока 24 соответственно подключены к входам блока 27 управления электродвигателем 10 привода 6 (фиг.1) протяжки проволоки 1 и блока 28 (фиг.2) управления электродвигателем 15 привода 7 (фиг.1) взаимного относительного перемещения проволоки 1 и древесины 2. Выходы 9 (фиг.2) и 30 регулятора 8 являются одновременно выходами блоков 27 и 28, подключенными к электродвигателям 10 и 15 соответственно, а выход 31 регулятора 8, являющийся одновременно выходом блока 24, подключен к задатчику 9 силы тока.

Выше описан один из вариантов выполнения регулятора 8. Однако следует иметь в виду, что регулятор 8 может быть выполнен и по иному, отвечая целям и задаче, положенной в основу настоящего изобретения.

Принцип работы заявляемого устройства для резания древесины раскаленной проволокой, осуществляющего предлагаемый способ, заключается в следующем.

Древесину 2 (фиг.1), которая подлежит разрезанию, укрепляют на столе 17, перемещение которого осуществляется при помощи электродвигателя 15, соединенного с винтовой передачей 16. Перемещение гладкой или скрученной в виде жгута или с насечкой проволоки 1 производится путем перематывания ее с подающего барабана 12, оборудованного поджимным тормозным элементом 14, при помощи которого осуществляется натяжение проволоки 1 на участке ab резания, на приемный барабан 11. Последний кинематически связан с электродвигателем 10, подключенным к выходу 29 регулятора 8, который определяет скорость протяжки проволоки 1 на участке ab резания.

Нагревание проволоки 1 производится электрическим током, подводимым к проволоке 1 через токоподводы 4 и 5, которые подключены к регулируемому источнику 3 тока. Величина тока, протекающего по проволоке 1, определяется регулятором 8 в зависимости от скорости перемещения древесины 12, ее плотности и толщины, то есть тех параметров, которые заданы регулятору 8.

В процессе реза проволока 1, проходя между токоподводами 4 и 5, нагревается электрическим током. Температура поверхности проволоки 1 монотонно растет по мере удаления от токоподвода 4 и в зависимости от тока, протекающего через проволочку 1, скорости протяжки проволоки 1, а также скорости перемещения древесины 2.

Возможны режимы работы (резания), при которых температура нагрева проволоки 1, входящей в древесину 2 кривая 32 на фиг.3 (где по оси абсцисс отложено расстояние l в мм от точки с (фиг.1) ввода тока в проволоку 1, а по оси ординат отложена температура проволоки 1 в ^оС на этом расстоянии l) мала, а температура выходящей из древесины 2 проволоки 1 велика, больше критической температуры t₁, выше которой начинается заметное интенсивное обугливание древесины 2. В этом случае происходит снижение скорости реза, а также характер поверхности реза имеет разный цвет (оттенок, качество), причем перегретый участок древесины 2 обугливается.

Вторым граничным режимом работы является режим, при котором температура нагрева проволоки 1 на входе в древесину 2 велика, а на выходе кривая 33 на фиг. 3 мала. В этом случае проявляется ухудшение качества реза на входе в древесину 2 и отклонение проволоки 1 внутри древесины 2 от первоначального состояния, вызванного возросшим сопротивлением из-за малой скорости реза (пиролиза, деструкции древесины), возникающей при понижении температуры проволоки 1.

Распределение температуры по длине проволоки 1, при которой достигаются наилучшие результаты, показано на фиг.3 кривая 34. Для поддержания режима, при котором температура проволоки 1 (фиг.1) в древесине 2 изменяется мало, тем самым обеспечивая однородную по цвету поверхность древесины 2, применяется задатчик силы тока и регулятор 8, воздействующий на скорость протяжки проволоки 1 и ток ее накала (температуру ее нагрева).

Таким образом, предлагаемое устройство для осуществления заявляемого способа конструктивно просто и позволяет получать обрабатываемую древесину высокого качества с различной тональностью по цвету от светло до темно-коричневого.