Повышение рабочей жесткости круглых пил электромагнитными направляющими тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Кузнецов, Евгений Юрьевич

• Кузнецов, Евгений Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Кузнецов, Евгений Юрьевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Состояние вопроса

I

1.1. Основные сведения о пилении древесины на круглопильных станках

1.2. Точность пиления древесины на круглопильных станках

1.3. Аналитический обзор методов повышения рабочей жёсткости

круглых пил

1.4. Выводы, цель и задачи исследований

2. Теоретические исследования отклонений круглых пил с применением электромагнитных направляющих

2.1. Вступительные замечания

2.2.Математическая модель отклонений круглых пил

I

2.3. Математическая модель отклонений круглых пил с применением ! электромагнитных направляющих

2.4.Результаты теоретических исследований отклонений круглых

2.5. Выводы

3. Исследование взаимодействия параметров электромагнитной направляющей с величиной усилия притяжения полотна круглой пилы

3.1. Теоретические исследования взаимодействия параметров 1 электромагнитной направляющей с величиной усилия притяжения

полотна круглой пилы

3.2. Экспериментальные исследования взаимодействия параметров 1 электромагнитной направляющей с величиной усилия притяжения

полотна круглой пилы

3.3. Выводы

4. Экспериментальные исследования процесса пиления древесины

круглыми пилами с применением электромагнитных направляющих

I

4.1. Цели и задачи экспериментальных исследований

4.2. Экспериментальная база

4.3. Методика проведения эксперимента

4.4. Результаты экспериментальных исследований процесса пиления древесины круглыми пилами

4.5. Выводы

5. Заключение

Список литературы

Приложение 1 (Результаты статистической обработки данных экспериментальных исследований взаимодействия параметров электромагнитной направляющей с величиной усилия притяжения

полотна круглой пилы)

Приложение 2 (Разработка конструкции электромагнитной направляющей)

Приложение 3 (Теоретические исследования отклонений круглых пил)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение рабочей жесткости круглых пил электромагнитными направляющими»

ВВЕДЕНИЕ !

Актуальность темы. Круглопильные станки нашли широкое применение в лесопилении при распиловке лесоматериалов на пиломатериалы. Они имеют недостаток, который относится к трудности создания требуемой устойчивости пилы в пропиле. При недостаточной рабочей жесткости в процессе пиления древесины круглая пила отклонятся в пропиле под действием боковых сил. Это приводит к низкой точности пиления, браку, повышению энергопотребления, снижению производительности и полезного выхода пиломатериалов.

В целях повышения изгибной жёсткости применяют направляющие. Применение существующих направляющих не позволяет достичь необходимой точности пиления, приводит к износу пилы и направляющей.

Поэтому работа, направленная на повышение точности пиления круг-лопильных станков для продольного раскроя лесоматериалов путём изменения узла механизма резания является актуальной.

Цель и задачи исследований. Цель работы - повышение рабочей жёсткости круглых пил путём оснащения круглопильных станков электромагнитными направляющими с научным обоснованием их параметров.

I

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1 .Разработать новую конструкцию отжимной электромагнитной направляющей круглой пилы;

2.Выполнить теоретические исследования отклонений круглых пил с электромагнитными направляющими при действии на пилу усилий резания, температурного перепада и центробежных сил инерции;

3.Выполнить теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия параметров электромагнита с величиной усилия притяжения полотна пилы; ,

I

4.Разработать экспериментальную установку и провести экспериментальные исследования процесса пиления древесины круглыми пилами с применением электромагнитных направляющих.

Методы исследований:

1 .При выборе направления исследования и расчета сил резания применялись методы теории резания древесины. j

2.Теоретические исследования отклонений круглых выполнялись с использованием программного комплекса Mathcad 14.0.

3.Теоретические исследования взаимодействия параметров электромагнита с величиной усилия притяжения полотна пилы производились с использованием программной среды Maxwell 14.0.

4.Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием программного пакета для статистического анализа данных Statistica 6.0, программного комплекса Table Curve 2D, программа для статистической обработки и построения графиков Statgraphics Centurion, программы для анализа и визуализации научных и статистических данных SigmaPlot 12.0.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1 .Разработка новой конструкции электромагнитной направляющей для круглых пил и научное обоснование её параметров;

2.Результаты теоретических исследований отклонений круглых пил с электромагнитными направляющими, при действии на пилу усилий резания, температурного перепада и центробежных сил инерции;

3.Результаты теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия параметров электромагнита с величиной усилия притяжения полотна пилы;

4.Результаты экспериментальных исследований процесса пиления древесины круглыми пилами на экспериментальной установке с электромагнитной направляющей.

Научная новизна результатов исследований:

1.Предложены новые конструкции электромагнитных направляющих, дано научное обоснование их параметров;

2.Разработаны математические модели отклонений круглых пил с применением электромагнитных направляющих, при действии на пилу усилий резания, температурного перепада и центробежных сил инерции;

3.Научно доказана возможность снижения отклонений круглых пил на круглопильных станках с электромагнитными направляющими;

4.Разработана экспериментальная установка и проведены экспериментальные исследования процесса пиления древесины круглыми пилами с применением электромагнитной направляющей.

Обоснованность и достоверность результатов исследований подтверждается:

1 .Аргументированностью принятых допущений в теоретических исследованиях;

2. Использование современных методов фундаментальной науки при теоретических исследованиях;

3.Выполнением значительного объёма экспериментальных исследова-1

ний;

4. Сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы:

1 .Разработанные конструкции электромагнитных направляющих (патент № 2397861, № 2400352, № 94898) для круглых и ленточных пил могут > быть применены при модернизации лесопильных станков;

2.Математические модели отклонений круглых пил, могут быть использованы при определении параметров электромагнитных направляющих Ь конструкциях круглопильных станков;

3.Результаты теоретических и экспериментальных исследований представляют практический интерес при создании лесопильного оборудования нового типа и модернизации уже существующего;

4. Разработанные и запатентованные новые устройства электромагнитных направляющих позволяют повысить рабочую жесткость круглых пил и

тем самым повысить качество и точность получаемых пиломатериалов, выход готовой продукции и производительность лесопильного оборудования, снизить его энергопотребление.

5.Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры деревообрабатывающих производств ПГТУ. .

Апробация работы. Основные положения диссертации и материалы исследований докладывались на научно-технических конференциях ПГТУ (г. Йошкар-Ола, 2009 - 2013 г), международных научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы лесного комплекса» (г. Брянск, 2009 г.), «Проблемы развития энергетической и транспортной инфраструктур в условиях освоения Европейского Севера и Арктического региона на ближайшую перспективу» (г. Архангельск, 2012), «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (г. Кострома, 2012).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 12 печатных работах, в том числе в пяти изданиях из списка ВАК, получено два патента на изобретение, один на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 разде-

!

ла, выводы, список литературы и приложения. Объем работы: основного текста - 85 е., иллюстраций - 47, таблиц - 18, список литературы - 61 наименование, из них 28 на иностранных языках, приложений - 3 (29 е.).

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Основные сведения о пилении древесины на ,

I

круглопильных станках

Круглопильные станки нашли широкое применение в лесопилении при распиловке лесоматериалов на пиломатериалы. В качестве режущего инструмента в них используется круглая пила - многорезцовый режущий инструмент в форме диска.

Круглопильные станки можно классифицировать по следующим признакам:

а) по технологическому назначению — для продольного, поперечного, фор-

I

матного распиливания; '

б) по расположению пилы относительно заготовки - с верхним, нижним расположением;

в) по виду резания - с торцовым, продольно-торцовым, продольным, поперечным резанием;

г) по числу пил - однопильные, двухпильные, многопильные;

д) по типу механизма подачи - с ручной, вальцовой, гусеничной подачей, с торцовыми упорами, с подачей тележкой, с подачей кареткой;

I

е) по направлению подачи - со встречной и попутной подачей; 1

ж) по комбинированию с другими пильными узлами - с ленточнопильными и фрезерными узлами.

По принципу продольного пиления различают станки для распиловки лесоматериалов, брусьев, а так же обрезные, прирезные, реечные, ребровые и др.

В лесопильном производстве для первичного раскроя лесоматериалов на пиломатериалы применяются круглопильные станки с пилами большого диаметра (от 500 до 1250 мм). Станки могут быть одновальные (однопильные) или

вдухвальные (двухпильные). У двухвальных моделей один пильный вал находится под распиливаемым лесоматериалом, а другой над ним, при этом пилы расположены в одной плоскости, одна над другой. Такие станки позволяют формировать большую высоту пропила пилами небольшого диаметра.

Скорость главного движения при пилении древесины круглыми пилами! составляет 40-80 м/с, но может достигать и 100 м/с. Движение подачи придаётся заготовке, скорость подачи составляет до 120 м/мин [1].

Круглопильные станки имеют относительно низкую стоимость, высокую производительность, простоту конструкции, обладают большими возможностями для автоматизации [6].

Несмотря на преимущества, круглопильные станки имеют серьезный недостаток, который относится к трудности создания требуемой устойчивости пилы в пропиле. Относительно тонкий диск большого диаметра имеет только одну опору в центре пилы и работает со значительными нагрузками не всегда находящимися в плоскости диска. Нессиметричность формы диска относительно серединной плоскости приводит к его отклонению в древесине сразу же после первичного врезания. При недостаточной изгибной жесткости диска отклонение продолжается вплоть до ассиметричного изгиба круглой пилы по окружности зажимных фланцев и потери им устойчивости [29]. 1

Все это приводит к браку при распиловке и частым остановкам станка.

Установлено что более 50 % технического брака возникает вследствие ,не-

I

допустимых колебаний и недостаточной устойчивости круглых пил. Этими же факторами объясняется, что около 30% пил выходят из строя раньше своего срока. Недостаточная устойчивость пил сдерживает реализацию высокопроизводительных режимов резания с минимальными потерями древесины в опилки [29].

Для повышения изгибной жесткости пилы приходится использовать более толстые диски 4-6 мм, толщина пропила таких пил составляет 6-10 мм, при '

этом количество опилок достигает 12 - 16% от объема распиливаемого сырья [6]. Большая толщина пропила означает высокое энергопотребление, что отрицательно сказывается на экономических показателях предприятия.

В процессе пиления древесины пильный диск находится под воздействием напряжений от центробежных сил инерции, неравномерности нагрева, усилий резания, проковки и вальцевания [29].

Напряжения от центробежных сил инерции находятся в квадратичной зави-

I

симости от скорости вращения. ' 1

Напряжения от неравномерности нагрева возникают в результате температурного перепада между внешним контуром и центром вращающегося диска пилы. Нагрев диска пилы на внешнем контуре связан с наличием сил трения возникающих в процессе взаимодействия пилы с древесиной. В результате температурного перепада диск теряет устойчивость.

Напряжения от усилий резания возникают в процессе пиления древесины вследствие воздействия на внешний контур диска нормальной Рг, касательной Р{ и

боковой () составляющей силы резания (Рисунок 1), а на внутренний - силы давления и крутящего момента.

3 2

5

Рисунок 1. Схема сил резания приложенных к диску круглой пилы в процессе пиления древесины. 1 - зажимные фланцы; 2 - круглая пила; 3 - заготовка; 4 - стол станка.

Скорость резания, м/с [29]: |

I

Юп и= —, 60

где £> - диаметр пилы, м; п - частота вращения пильного вала, об/мин;

Скорость подачи, м/мин:

и =

где иг - подача на зуб, м; 2 - число зубьев, шт.

Аналитические зависимости для определения сил резания представлены в работах С.А.Воскресенского, М.А.Дешевого, Е.Г.Ивановского, В.И.Любче^ко, В.И.Санева, И.К.Кучерова, В.К.Пашкова, Ю.М.Стахиева, Н.К.Якунина. Проф. А.Л. Бершадский определил общие закономерности для всех процессов резания древесины, названные им общим законом резания [11].

Напряжения от проковки и вальцевания возникают в процессе подготовки пильного диска к работе. В результате проковки и вальцевания на внешнем контуре диска пилы создаются напряжения растяжения, а в средней части — напряжения сжатия.

Проф. Стахиев Ю. М. отмечает, что напряжения от проковки и вальцевания, центробежных сил инерции способствуют повышению плоской формы устойчивости диска. Напряжения от сил резания не превышают несколько десятков кгс/см2 и в общем балансе напряжений от неравномерного нагрева и проковки, измеряемых сотнями кгс/см2, могут практически не учитываются [29]. Действие сил сопротивления резанию необходимо учитывать при рассмотрении динамической устойчивости диска пилы.

Поэтому в основе повышения эффективности работы станков с круглыми пилами лежит решение проблемы повышения устойчивости и изгибной жёсткости круглых пил. Повышение устойчивости и изгибной жесткости круглых пил позволит повысить точность пиления, и как следствие, объёмный выход пиломатериалов, производительность круглопильных станков, снизить энергозатраты.

1.2. Точность пиления древесины на круглопильных станках

Точность размеров получаемых пиломатериалов является одним из главных показателей качества пилопродукции.

Повышение точности пиления древесины достигается за счёт снижения скорости подачи, увеличения толщины пилы, создания оптимальных начальных напряжений в диске пилы с помощью проковки и вальцевания. Все эти методы повышения точности пиления приводят к уменьшению производительности станка, выхода пиломатериалов, повышению энергопотребления, повышению трудоёмкости подготовки режущего инструмента.

Следовательно, вскрытие резервов повышения точности пиления является важным направлением повышения эффективности пиления. При оценке точности размеров пиломатериалов следует рассматривать отклонения фактических размеров от номинальных для сухих пиломатериалов и от заданных для сырых пиломатериалов [33]. Заданный размер равен номинальному плюс припуск на усушку.

Точность размеров пиломатериалов зависит от точности настройки станка на размер выпиливаемых пиломатериалов, точности позиционирования пил и точности пиления. Точность позиционирования пил зависит от точности работы механизмов, устанавливающих взаимное положение пилы и распиливаемого материала.

Исследователями установлено, что точность пиления древесины на лесопильных станках, зависит от сил, действующих на пилу в процессе пиления (составляющих сил сопротивления резанию Р и 0, и способности пилы противодействовать этим силам - жесткости /„и устойчивости Ркр [24].

Т1шпе11 В. [60] отмечает, что точность пиления бревен на лесопильных станках зависит в основном от следующих факторов: сил, действующих на пилу; устойчивости пил и точности работы механизма подачи. Автор указывает, что взаимосвязь скорости подачи и точности распиловки в принципе одинакова, независимо от типа станка (будь то лесопильная рама, ленточнопильный станок и кругло- 1 пильный станок), параметров пил, породы древесины и так далее, но, естественно,

что абсолютные значения будут различны. Характер зависимости отклонения пилы от скорости подачи распиливаемого материала показан на рисунке. 1.2.

Рисунок 1.2. Характер зависимости отклонения пилы от скорости подачи распиливаемого материала (по Б. Тунеллу)

Исследователи Reineke и Lunstrum отмечают, что точность пиления зависит от подачи на зуб и коэффициента заполнения впадин зубьев [41, 52]. На рисунке 1.3 представлены графики зависимости отклонения пилы от времени распиловки и изменения точности пиления по длине заготовки при постоянной скорости ¡подачи 0,33 м/с, но при различных скоростях вращения. На рисунке 1.3, а частота вращения п=900 об/мин, коэффициент заполнения впадины зуба 0.15, подача на зуб uz=0,0068 м. На рисунке 1.3, б частота вращения п=1600 об/мин, коэффициент заполнения впадины зуба 0.08, подача на зуб uz=0,0038 м.

Анализируя графики можно сделать вывод, что точность пиления снижается

■ i

с уменьшением скорости вращения пилы, с увеличением подачи на зуб и коэффициента заполнения впадины зуба.

В работах Shajer G.S., Стахиева Ю.М. [55, 58] проведены исследования вли-

I

яния температурного перепада на отклонение пилы и скорости вращения на температурный перепад. Mote [46] и Nieh [49] исследовали температурный перепад на сверхкритических скоростях. Mote в своей работе [47] показал характер распределения температурного перепада в круглых пилах в процессе пиления.

Выявлено, что увеличение температурного перепада, приводит к снижению точности пиления, отклонение пилы возрастает (Рисунок 1.4, а). Температурный перепад возрастает с увеличением скорости вращения (Рисунок 1.4, б).

1.0

05

-10 1

-0 5 :

1 0

г 05-

)'

л, н/Л-7

1,0

х ш

X

о с

Ь

О

ч, ....

0 2 4

Время пиления, с

(I V

■Л-1

£ -1.0

о

^ -0.5 О

Г'.

./г

2 4 6 Время пиления, с

: -1.0

5-0.5

/ I.

- 1.0 .

2

5 0.5 ,

х

ф

5 0 ■

с м

{3-10-о

X

7 .ПС

о

ч

0 0.5 1 1,5 Длина заготовки, ы

0 05 1 1.5 2 Длина заготовки м

б)

Рисунок 1.3. Графики зависимости отклонения пилы от времени распиловки и изменения точности пиления по длине заготовки. Диаметр пилы 0=750 мм, диаметра фланцев с1ф=175 мм, толщина пилы 8=1,9 мм, число зубьев г=32

х гж<

10 о

150С

х

ф

3" юоо ш а. ш

ь

о о

О

5С0

О п

с 1С Л 30 О ыз Температурный перепад ДТ 1*С!

а)

О 2 4 С 8 1С 12 14

Температурный перепад ДГ ',3С! б)

16

. . I

Рисунок 1.4. Зависимость отклонения пилы от температурного перепада (а) и температурного перепада от скорости вращения (б) (8Ьа]ег 0.8). Диаметр пилы Б=564 мм, диаметр фланцев с1ф=140 мм

S. G. Hutton [37] провёл исследования отклонения пилы на скоростях вращения выше и ниже критической. Исследования показали, что отклонение пилы увеличивается только до критической скорости, на скоростях выше критической отклонение уменьшается (Рисунок 1.5, а). Уменьшение отклонения происходит из-за увеличения центробежными силами инерции изгибной жёсткости. Однако автор отмечает, что в процессе пиления на сверхкритических скоростях наблюдается снижение точности пиления древесины, возрастают температурные напряжения (Рисунок 1.5, б). Shufan Wang [56] отмечает, что применение направляющих с воздушно-газовой смазкой позволяет снизить температурный перепад и делает 1 возможным повышение точности пиления древесины на сверхкритических скоростях (Рисунок 1.6). В России исследованиями влияния частоты вращения на кри-

!

тическую радиальную силу круглых пил занимался Ершов C.B.[9].

'.ÛCO 2000 J003 mm íOOO j

Скорость вращения, об/мин а)

'Ь 1U ' S ?■> /=> Ui *ÎS ¿0 Время пиления с б)

Рисунок 1.5. Отклонение пилы на сверхкритических скоростях вращения (S. G. Hutton)

3.175

—4— Пила с одной направляющей

—А— Пила с двумя направляющими

—ж— Пила с тремя направляющими

—Я— Пила с фланцами, без направляющиу

0 2 4 б 3 10 ' 12 14 ("С) 2000 1С00 1600 1400 1200 1000 S00 600 (об/мин) Температурный перепад и скорость вращения

Рисунок 1.6. Точность пиления на сверхкритических скоростях вращения (Wang)

Mote и Szumani выяснили, что точность пиления древесины во многом зависит от взаимодействия боковой поверхности полотна пилы и древесины [48]. В работах lehmann [39], Williston[61], Udipi [59] проведены исследования величины 1 развода зубьев пилы на точность пиления. Исследования показали, что увеличение развода приводит к повышению точности пиления (Рисунок 1.7). При слишком малой величине развода повышается трение боковой поверхности пилы и древесины, что снижает точность пиления. При этом увеличение скорости вращения приводит к снижению точности пиления. McKenzie так же исследовал влияние геометрических параметров зубьев устойчивость круглых пил [43].

Рисунок 1.7. Зависимость точности пиления от величины развода зубьев пилы и скорости вращения (1МрО

Проф. Прокофьевым Г.Ф. на основании экспериментальных исследований была [25] получена формула для расчёта рабочей жёсткости ленточной пилы: :

где ]н - начальная жёсткость пилы, Н/м; Р - горизонтальная сила сопротивления резанию, Н; Ркр - критическая сила, максимальная горизонтальная сила, при достижении которой пила теряет устойчивость плоской формы изгиба, Н.

Величина развода мм 012 0 300 об/мин

1600 об/мин

(1.1)

Из формулы (1.1) путём преобразований получено условие точного пиления

на лесопильных станках:

Утах = ^ М, (1.2)

1- '

3 н ркр

Ч к у

гД^тах " максимальное отклонение зубчатой кромки пилы при пилении; [у]-допустимое отклонение зубчатой кромки пилы при пилении; <2 - боковая сила резания, Н; |

Выражение (1.2) показывает, что для обеспечения точного пиления древесины, максимальное боковое отклонение пилы не должно превышать допустимого отклонения [у], определяемого по формуле [2]:

\ А2 — А2 —9 А2 — А2

I О

где А1,А1,7,А2уш,А2ус - допуск толщины пиломатериалов, позиционирования

пил, уширения зубьев, усушки пиломатериалов. Их значения приведены в нормативно-технических документах.

Предварительные исследования показали, что изменение рабочей жесткости пилы от горизонтальной силы резания Р, а, следовательно, и от режимов пиления имеет тот же характер, что и у рамных и ленточных пил, то есть условие точного пиления древесины круглыми пилами может быть также представлено выражением (1.2) [11].Однако, в случае пиления круглых пилам за горизонтальную силу резания Р выступает радиальная сила резания Рг (Рисунок 1.1).

Аналитический метод может быть использован при выявления направлений модернизации и создания новых типов лесопильных станков [2].

При резании древесины на внешнем контуре диска действует аксиальная составляющая силы сопротивления резанию Возможно также боковое давление на диск, обусловленные начальными несовершенствами в системе станок -инструмент - деталь. Способность диска противодействовать нагрузкам такого рода называют изгибной жёсткостью [29].

В общем случае изгибная жёсткость диска характеризуется отношением роковой силы Рп к прогибу в направлении её действия т.е.

Различают начальную и технологическую изгибную жёсткость.

Начальная жёсткость — это жёсткость при которой пила вступает в контакт с распиливаемым материалом. Она зависит от размеров диска и зажимных фланцев, остаточных напряжений от проковки и вальцевания, от скорости вращения диска. Начальная жёсткость круглой пилы определяется по формуле 1.4.

. _ тгЕз3

■у _

где ^ - толщина пилы, м; Е - модуль Юнга, Н/м ; ц - коэффициент Пуассона; /(с) - безразмерная функция.

Технологическая (рабочая) жёсткость учитывает влияние неравномерного нагрева диска и действие сил сопротивления резанию.

Проф. Стахиевым Ю.М. [29] была получена зависимость для расчёта технологической жёсткости пилы от температурного перепада АТ :

. _ ■&т=о _ 1 _ АТ

ъ дт7^'

\ КР

\

где у 47=0 - жёсткость диска при А Г =0. I

Центробежные силы инерции, проковка и вальцевание увеличивают изгибную жёсткость. Характер изменения изгибной жёсткости у от скорости вращения диска пилы, вальцованных по одной окружности рв =0,8ЛИ 0=500 мм, 8=2,5 мм, с1ф=100 мм с различным напряжённым состоянием представлено на рисунке 1.8, а. Диск 1 имеет прогиб уц=0,4 мм, диск 2 уц=1,4 мм.

Радиальная и касательная составляющие силы резания по мере приближения их к критическим величинам уменьшают жёсткость диска. На рисунке 1.8, б приведены графики зависимости у=/(7У для трёх дисков П=500 мм, 8=2,2 мм, Лф=125 мм с различным напряжённым состоянием АТ = 0°С, у=0 м/с, Р, = 0 [29].

Рисунок 1.8. Влияние скорости вращения на жёсткость вальцованных пил (а) и график зависимости ]=/(Рг)(б)

Жёсткость находиться в кубической зависимости от толщины диска. Она возрастает с увеличением диаметра зажимных фланцев. Значения / рассчитанные ЦНИИМОДом по формуле (1.4) приведены в таблице 3.12, 3.13 [29]. |

Считается, что начальная изгибная жёсткость пил при продольном пилении должна быть не менее 5-6 кг/мм [29].

Устойчивость - это способность пилы сохранять заданную плоскость движения при действии сил сопротивления резанию и неравномерном нагреве в процессе работы. [5]

При резании на диск пилы действуют силы сопротивления резанию. Значение этой силы, соответствующее потере диском устойчивости плоской формы равновесия, называется критическим [29]. Устойчивость диска удобнее рассматривать в зависимости от радиальной составляющей силы сопротивления резанию Рг.

Критическое значение силы сопротивления резанию для невращающегося диска без начальных напряжений определяется по формуле:

= 12(1-7?) • (^ЛГ* С ;

где В - диаметр пилы, м; йф - диаметр зажимных фланцев, м ; Р,/Рг - отношение касательной и радиальной составляющая силы сопротивления резанию, Н; /(с,Л,Р,/Рг)~ безразмерная функция.

Диски пил обычно имеют некоторую неплоскостность. Поэтому наряду с продольными силами действуют поперечные силы. Они вызывают изгиб пилы при малых значениях Рп при Рг < Ргкр. Поперечные силы приводят к зарезанию пилы при распиловке древесины. Момент потери устойчивости диска сопровождается щелчком, затем скорость нарастания прогиба уменьшается, что продолжается до момента потери устойчивости по новой форме [29].

ЦНИИМОДом была проведена экспериментальная проверка расчётных данных. Схема устройства для определения радиальной критической силы Ргкр, действующей на внешнем контуре невращающегося диска представлена на рисунке 1.9, а. Графики зависимости прогиба у от нагрузки Ргцля трёх дисков 0=500 мм, 8=2,2 мм, <3ф=125 мм с различным напряжённым состоянием представлены на рисунке 1.9, б. Диски № 1, №2 имели различные по величине напряжения в периферийной зоне, а диск №3 - напряжения сжатия.

/ 1

к

< \

к .......У .у

и

а)

1,0 г,0 3О й? 5,0 при 6;

Рисунок 1.9. Схема устройства для определения радиальной критической силы Ргкр, действующей на внешнем контуре невращающегося диска (а) и графики зависимости прогиба - м> от нагрузки Рг (б), где 1- диск, 2- нажимное устройство,3 - динамометр, 4-винт.

Опыты показали хорошую сходимость опытных и расчётных данных и целесообразность применения формулы (1.5) для расчёта критических сил.

Проф. Ю.М. Стахиев отмечает, что методы расчета боковой силы резания () для круглых пил не разработаны. В зависимости от условий пиления суммарная боковая сила резания Q может составлять 10 ... 20 Н. [29] Средние значения боковой силы резания составляют 8% от значения касательной силы и увеличиваются с увеличением радиуса закругления режущих кромок зубьев [27].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кузнецов, Евгений Юрьевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Амалицкий, В.В. Оборудование отрасли [Текст] / В.В. Амалицкий, В.В.

I

Амалицкий // Учебник для вузов.- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 584 с. I

2. Банников, А. А. Повышение точности пиления древесины на делительных ленточнопильных станках [Текст]: дис. : канд. техн. наук: 05.21.05 / А. А. Банников.- Архангельск, 2007.- 177 с.

3. Бершадский, А.Л. Расчёт режимов резания древесины [Текст] / А.Л. Бершадский // Учебник для вузов. - М.: Лесная промышленность, 1967. - 173 с.

4.Боровиков, A.M. Справочник по древесине: Справочник [Текст] / A.M. Боровиков, Б.Н. Уголев. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 296 с.

5. Глебов, И.Т. Справочник по дереворежущему инструменту. [Текст]/ И.Т. Глебов, Неустроев Д. В.; Федер. агентство по образованию, Урал. гос. лесотехн. академия ; Екатеринбург: УГЛТА 2000. - 253 с. i

6.Глебов, И.Т. Пиление древесины [Текст]: учеб. пособие для вузов по спе-

1

I

циальности 250403 "Технология деревообработки" / И.Т. Глебов; Фе^ер. агентство по образованию, Урал. гос. лесотехн. ун-т; Екатеринбург: УГЛТУ 2007.-71 с.

7.ГОСТ 980-80. Пилы круглые плоские для распиловки древесины. Технические условия [Текст]. - Введ. 01.01.82. - М.: Изд-во стандартов, 1999. 26 с.

8.Грубе, А.Э. Повышение качества распиловки путём охлаждения дисковых пил водовоздушной смесью [Текст] / А.Э. Грубе, В.И. Санёв, В.К. Пашков // Де- i

ревообрабатывающая промышленность - 1967. - №3.

9.Ершов, С. В. Влияние частоты вращения на критическую радиальную си-

1

лу пилы [Текст] /С. В. Ершов // Лесн. журн. - 1998. - № 6. - С 66 - 70. (Изв. вы|сш. учеб. заведений). 1

Ю.Касаткин, A.C. Курс электротехники [Текст] / A.C. Касаткин, М.В. Немцов // Учебник для вузов 8-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2005. - 542 е.: ил.

11 .Ковалёв, Л. А. Повышение точности пиления древесины круглыми пилами [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05 / Л. А. Ковалёв.- Архангельск, 2011.- 19 с.

12.Ковзун, Н. И. Исследования трения круглых пил с различной подготовкой поверхности [Текст] / Н. И. Ковзун // Деревообрабатывающая промышленность- 1975.-№4.

13.Лашманов, В.И. Применение квадратных пил в лесопилении [Текст] /

В.И. Лашманов // Сб. трудов СвердНИИП Древ - 1967. - № 2.

14. Львовский, E.H. Статистические методы построения эмпирических формул [Текст] / E.H. Львовский // Учеб. пособие. - М.: Высш. школа, 1982. - 224 ср.

15.Памфилов, Е.А.Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования [Текст] / Е.А Памфилов, П.Г. Пыриков// Изв. вузов. Лесн. журн. - 2006. - №2.

16.Пат. 2307024 Российская Федерация МПК В 27 В 13/10. Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы [Текст] / Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И. ; заявитель и патентообладатель Архангел, гос. техн. ун-т. - № 2005139674/03; заявл. 19.12.2005; опубл. 27.09.2007.

17.Пат. 94898 Российская Федерация МПК В 27 В 13/10. Отжимная элек-

I

тромагнитная направляющая круглой пилы [Текст] / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. ; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - №

2010107641/22 ; заявл. 02.03.2010 ; опубл. 10.06.2010. j

18.Пат. № 2397861 Российская Федерация МПК В 27 В 13/10. Отжимная

i

магнитная направляющая круглой пилы [Текст] / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. ; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - № 2009136759/03; заявл. 05.10.2009 ; опубл. 27.08.2010.

19.Пат. № 2400352 Российская Федерация МПК В 27 В 13/10. Отжимная электромагнитная направляющая ленточной пилы [Текст] / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. ; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - № 1

I

2009115361 /03 ; заявл. 22.04.2009 ; опубл. 27.09.2010.

20.Пижурин, A.A. Оптимизация технологических процессов деревообработки [Текст] / A.A. Пижурин // Учебник для вузов. - М.: Лесная промышленность, 1975.-312 с.

!

i

¡

21 .Пижурин A.A. Исследования процессов деревообработки [Текст] / A.A. Пижурин, М.С. Розенблит // Учебник для вузов. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - ¡232 с.

22.Пижурин, А. А. Методика планирования экспериментов и обработки их результатов при исследовании технологических процессов в лесной и деревообрабатывающей промышленности [Текст] / A.A. Пижурин // Учеб. пособие для ФПКП и аспирантов. - М.: МЛТИ, 1972. - 57 е.: ил.

23.Плотников, Ю.В. Направляющие и виброгасящие устройства ленточных пил. [Текст] / Ю.В. Плотников//- М.: Лесная промышленность, 1975. - 127 е.: ил.

24.Прокофьев, Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами [Текст] / Г.Ф. Прокофьев // - М.: Лесная промышленность, 19j90.

25.Прокофьев, Г.Ф. Исследование влияния некоторых факторов на устойчивость рамных пил [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Г.Ф. Прокофьев. -Минск. - 1970.-22 с.

26.Прокофьев, Г.Ф. Аналитический метод определения точности пиления древесины рамными и ленточными пилами [Текст] / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иван-кин // Лесн. журн. - 2006. - № 6. - С -. (Изв. высш. учеб. заведений). ,

27.Санев, В.И. Обработка древесины круглыми пилами [Текст] / В.И. Санев -М.: Лесн. пром-сть, 1980, 232 с.

28.Сердечный В.Н. Нормы расхода топливно-смазочных материалов в jjiec-ной промышленности [Текст] / H.A. Вызов, А.К Хаймусов // Справочник. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 432 с.

29.Стахиев, Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил [Текст] /

Ю.М. Стахиев. - М.: Лесная промышленность, 1977. - 267 е.: ил.

30.Стахиев, Ю.М. Экспериментальные исследования жёсткости круглых

пил [Текст] / Ю.М. Стахиев. // «Труды ЦНИИМОД», 1968. - № 6. |

31.Торопов, A.C. Обоснование параметров электромагнитной направляющей в круглопильных станках/ A.C. Торопов, Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов // Вестник МГУЛ-Лесной вестник.-2011.-№3(19) - С. 144-147

32.Торопов, А.С. Экспериментальные исследования взаимодействия элек-

I

тромагнитной опоры с диском круглой пилы / А.С. Торопов, Е.С. Шарапов, Е.Ю. 1

I

Кузнецов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2011. - №5(81). - С. 122-124.

33.Феоктистов, А.Е. Точность распиловки на ленточнопильных станках |для бревен [Текст] / А.Е. Феоктистов // Деревообраб. пром-сть. 1962. - № 3. - С. 12-15

34.Barz, Е. Independence of operating properties from residual stresses / E. Barz, // Journal Hoz als Roh - 1965. - №12.

35.Circular resaw apparatus and method: 4210184. United states patent: B27B

1/00/McGriff; appl. no.837711; filed Jan, 30, 1978; patented Jul. 1, 1980.

i

36.Ettelt, B. Advantages of instrument covered polymeric material/ B. Ettelt //

Journal Moderne Holzverarbeiyung - 1970. -№11. i

37.Hutton, S. G. The dynamics of circular saw blades, Journal Holz als Roh und

Werkstoff, №49, 1991, pp 105-110. |

38.Hutton, S. G., Chonan, S., Lehman, B.F. Dynamic response of a guided circular saw, Journal of sound and vibration, Vol.112, № 3,1987, pp 527-539.

39.Lehman, B.F. Tooth grinding tolerance for circular saw: side clearance, Technical report, June 1999, Forintek Canada Corporation, Vancouver, Canada.

40.Longxiang Yang. Supercritical speed response of circular saws: A thesis for the degree master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 30 of April, 1990. 1

!

41.Lunstrum, S. J. Balanced saw performance, proc. FPRS conference sawing technology: The key to improved profits. San Antonio, TX. Jan. 30-Feb, 1984, pp 16-37

42.1wan, W.D., Moeller, T.L. The Stability of a Spinning Elastic Disk wilh a Transverse Load System, Trans ASME Journal of Applied Mechanics, № 485, Sept. 1976.

43.McKenzie, W.M. Effects of beveling the tooth of rip saws. Wood Science and Technology, Vol.34, pp 125-133, 2000.

44.McKenzie, W. M. Effect of slots on critical temperature and et. al. criterions

of stability of circular saw / W. M. Mcrenzie // Journal Wood Science. - 1973. - №4.

45.Method for straining and steering of a blade in a saw device and steering and

straining devices: 0302227. United states patent: CI. 83/820/ R. Viljanen; appl. no. 11/997.337; filed Aug. 1, 2006; patented Dec. 11, 2008.

46.Mote, C. D., Schajer, G. S., Holoyen, S. Circular saw vibration control by in-

i

duction of thermal membrane stresses. Journal Eng. Ind. 103 (1): 81-89 1

47.Mote, C.D., Holoyen, S. The Temperature distribution in circular saw in during cutting, NorskTretekninisk Institutt Medd., № 49, Oslo, 1973 1 :

48.Mote, C.D., Szymani R. Principal developments in circular saw vibration and research, Part 1, Reduction and control of saw vibration. Journal Holz als Roh und Werkstoff, №35, 1977, pp 219-225.

49.Nieh, L.T., Mote, C.D. Vibration and stability in thermally stressed rotating disks, Exp. Mech., Vol. 15, №7, 1975, pp 258-264.

50.Plate of circular saw: 1861218. Austrian patent: 38al/ Kouan U.; appl. no. 457855; filed Jan 19, 1954; patented August 15, 1957. !

51.Plate of circular saw with basing cusps: № 36951. Sweden patent: 38 a;¡patented February 8, 1973.

52.Reineke, L. H. Sawing rates, sawdust chambering, and spillage, Journal Fojrest

Product, № 6, 1958, pp 348-354

53.Saw stabilizing means and method: 3327696. United states patent: CI. 125-13/ H.H. Aiken Etal; appl. no. 402878; filed Oct. 9, 1964; patented June 27, 1967.

54.Schajer, G.S. The vibration of a rotating circular string subject to a fixed elastic restraint / G.S. Schajer // Journal Sound and Vibration - 1984. - №17.

55.Schajer, G.S. Why are guided circular saws more stable than unguided saws?

i

Journal Holz als Roh und Werkstoff, №44, 1986, pp 465-469. ,

56.Shufan Wang Factors controlling guided circular saw cutting behavior: A thesis for the degree master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 8 of April, 1999.

57.Spiraled saw: 3712349. United states patent: B27b33/02; patented January 27,

1973.

58.Stakhiev, Y.M. Research on circular saw disc problems: several of result, Journal Holz als Roh und Werkstoff, №61, 2003, pp 13-22.

59.Suresha Udipi. Effect of saw tooth side clearance and cutting accuracy of guided circular saw: A thesis for the degree master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 10 of October, 2001.

60-Thunell, B. Dimensional Accuracy in Sawing / B. Thunell // Svenska Tra-forsknings Institutet. - 1975. - Serie B. №109.-17 S.

61.Williston, E.M. Saws: dising, selection, operation, and maintenance, Miller ' Freeman Publication, San Francisco, California, USA, 1989.

i