Повышение точности пиления древесины круглыми пилами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат технических наук Ковалев, Леонид Александрович

• Ковалев, Леонид Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ковалев, Леонид Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. Состояние вопроса.

1.1. Основные сведения о пилении древесины круглыми пилами.

1.2. Выбор режимов пиления древесины на круглопильных станках.

1.3. Термоустойчивость круглых пил и снижение температурного перепада по радиусу диска.

1.4. Силы и мощность резания при продольном пилении древесины круглыми пилами.

1.5. Выводы, цель и задачи исследования.

2. Теоретические и экспериментальные исследования начальной жесткости круглых пил.

2.1. Вступительные замечания.

2.2. Метод расчета изгибной жесткости круглых пил.

2.3. Собственная жесткость круглых пил без направляющих.

2.4. Начальная жесткость круглых пил с направляющими.

2.5. Влияние на начальную жесткость круглых пил проковки (вальцевания).

2.6. Экспериментальные исследования начальной жесткости круглых пил.

2.6.1. Описание экспериментальной установки.

2.6.2. Методика исследований.

2.6.3. Результаты исследований.

2.7. Выводы.

3. Теоретические исследования устойчивости круглых пил от температурного перепада по их радиусу.

3.1. Вступительные замечания.

3.2. Исследования жесткости и устойчивости круглых пил от температурного перепада.

3.3. Выводы.

4. Исследования рабочей жесткости круглых пил.

4.1. Теоретические исследования.

4.2. Экспериментальные исследования рабочей жесткости круглых пил.

4.2.1. Описание экспериментальной установки.

4.2.2. Методика исследований.

4.2.3. Результаты исследований.

4.3. Выводы.

5. Экспериментальные исследования точности пиления древесины круглыми пилами

5.1. Вступительные замечания и постановка задач исследования.

5.2. Методика исследований.

5.2.1. Описание экспериментальной установки.

5.2.2 Выбор постоянных и переменных факторов.

5.2.3 Оценочные показатели и методы их измерения.

5.2.4 Объем, содержание и последовательность проведения опытов.

5.2.5. Выбор постоянных и переменных факторов.

5.3. Результаты исследования.

5.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение точности пиления древесины круглыми пилами»

Актуальность темы. Перед лесопильно-деревообрабатывающей промышленностью стоит задача перехода от экстенсивного пути развития к интенсивному, при котором обеспечивается в возрастающих объемах получение пилопродукции высокого потребительского качества при минимальных расходах сырья, материалов, энергии и человеческих ресурсов. Это может быть достигнуто при совершенствовании методов и режимов подготовки и эксплуатации дереворежущих инструментов и станков, модернизации и создания нового деревообрабатывающего оборудования.

Из всего парка деревообрабатывающего оборудования, применяемого в лесопильно-деревообрабатывающей промышленности, круглопильные станки составляют более 30%. Повышение интенсификации их работы оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели работы лесопильно-деревообрабатывающих предприятий.

Эффективность пиления древесины на круглопильных станках в значительной степени зависит от точности пиления, так как она влияет на производительность круглопильных станков, объемный выход пиломатериалов и энергозатраты. Отсюда следует, что работа, направленная на изучение точности пиления древесины круглыми пилами и определение направлений ее повышения является актуальной.

Цель и задачи исследований. Цель работы - разработать аналитический метод оценки точности пиления древесины круглыми пилами и дать рекомендации по повышению точности размеров пиломатериалов, получаемых на круглопильных станках.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:

1. Выполнить теоретические и экспериментальные исследования начальной жесткости круглых пил.

2. Выполнить теоретические исследования устойчивости круглых пил.

3. Разработать аналитический метод оценки точности пиления древесины на круглопильных станках.

4. Проверить аналитический метод оценки точности пиления древесины круглыми пилами в условиях близких к производственным.

5. Дать рекомендации по повышению точности пиления древесины круглыми пилами.

Научная новизна результатов исследований

1. Разработан аналитический метод определения точности пиления древесины круглыми пилами.

2. Разработаны математические модели жесткости и устойчивости круглых пил.

3. Разработана методика расчета боковых сил, действующих на круглые пилы в процессе пиления.

4. Выполнена проверка аналитического метода определения точности пиления древесины круглыми пилами.

Методы исследований

1. При выборе направления исследования, оценке точности пиления древесины и расчета сил резания применялись методы теории резания древесины.

2. При теоретических исследованиях жесткости и устойчивости круглых пил использовались методы теории упругости.

3. Расчеты выполнялись с использованием программных комплексов Mathcad, Mathlab и ANSYS (МКЭ).

4. Полученные аналитические зависимости проверялись с использованием метода конечных элементов (программы АРМ Structure 3D и ANSYS)

5. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики и программного комплекса МаЙгсас!.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается:

1. Аргументированностью принятых допущений при теоретических исследованиях.

2. Использованием современных методов фундаментальной науки при теоретических исследованиях.

3. Выполнением значительного объема экспериментальных исследований.

4. Сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

1. Аналитический метод определения точности пиления древесины круглыми пилами.

2. Результаты теоретических исследований жесткости и устойчивости круглых пил.

3. Результаты экспериментальных исследований точности пиления древесины круглыми пилами.

Практическая значимость работы

Результаты исследований могут быть использованы:

1. При оценке значимости работ, направленных на повышения точности пиления древесины круглыми пилами.

2. При разработке режимов пиления древесины круглыми пилами.

3. При модернизации действующих круглопильных станков.

4. При создании круглопильных станков новых конструкций.

Апробация работы

Основные положения диссертации и материалы исследований докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Севмашвтуза (г.Северодвинск) и АГТУ (г.Архангельск) в 2006-2010 г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе две по списку ВАК.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы из 86 наименований. Общий объем работы 128 страниц машинописного текста, включая 49 рисунков и 17 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Ковалев, Леонид Александрович

5.4. Выводы.

1. Характер зависимости мощности резания от высоты пропила и скорости подачи одинаков по данным экспериментов и полученный путем расчетов.

2. Характер зависимости максимального отклонения пилы от высоты пропила и скорости подачи одинаков по данным экспериментов и полученный путем расчетов.

3. Характер зависимости толщин пиломатериалов от высоты пропила и скорости подачи одинаков по данным экспериментов и полученный путем расчетов.

4. Необходимо разработать методы расчета боковой силы Q;

5. Необходимо уточнить методы расчета радиальной силы Р;

8. Дана методика и разработана программа расчета жесткости круглых пил в зависимости от величины температурного перепада АТ по радиусу диска.

9. Расчеты показывают большое влияние температурного перепада АТ на начальную жесткость круглых пил }н. При АТ= 25 °С жесткость круглой пилы (О =500 мм; £^=467 мм; ^ =125 мм; 5 =2,2 мм) уменьшилась по сравнению с пилой, имеющей АТ= 0 °С на 65% (почти в три раза).

Ю.Полученные материалы позволяют учитывать АТ при расчетах начальной жесткости пил У„ и точности пиления, а так же оценить эффективность мероприятий по снижению А77.

11.При определенных АТ = АТкр -может произойти потеря пилой устойчивости плоской формы равновесия. Приведенные зависимости позволяют определить АТкр в зависимости от размеров пил и начальных напряжений от проковки (вальцевания).

12.Теоретические исследования показали большое влияние радиальной силы Р на рабочую жесткость ]р круглой пилы. Характер изменения рабочей жесткости у, от силы Р такой же, как и у рамных и ленточных пил, то есть - Л ' л Р

V КР У где Л начальная жесткость пилы, Н/мм; Ркр - критическая сила, Н.

13.Влияние касательной составляющей силы сопротивления резанию Я на рабочую жесткость пилы мало и ею можно пренебречь при оценке точности пиления.

14. Экспериментальные исследования рабочей жесткости круглой пилы показали справедливость допущений, принятых при теоретических исследованиях и адекватность полученных математических моделей.

15.Зависимость максимального отклонения пилы от высоты пропила и скорости подачи по данным экспериментов качественно совпадает с такой же зависимость полученной путем расчетов. Количественная разница объясняется отсутствием точных значений для боковой и радиальной сил.

16.Работа показала необходимость в дальнейшем выполнить самостоятельную работу по определению величины боковых сил, действующих при пилении древесины круглыми пилами в зависимости от точности подготовки пил, установки в станок, подачи распиливаемого материала и режимов пиления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ковалев, Леонид Александрович, 2011 год

1. Алфутов H.A. Основы расчета на устойчивость упругих систем. 2-е изд., перераб. и доп. Текст./ Н.А.Алфутов. - М.Машиностроение, 1991. -336 с.

2. Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя. Текст./ К.А. Басов — М.: ДМК Пресс, 2005. — с. 240.

3. Басов К.А. ANSYS для конструкторов. Текст./ К.А. Басов — М.: ДМК Пресс, 2009. — с. 248.

4. Бершадский A.JI. Резание древесины. Текст./ А.Л.Бершадский, Н.И.Цветкова. Минск: Вышейш. школа, 1975. - 303 с.

5. Бершадский А. Л. Расчет режимов резания древесины. Текст./ А.Л.Бершадский. М.: Лесн. пром-сть, 1967.— 175 с.

6. Бершадский А.Л. Резание древесины Текст./ А.Л.Бершадский. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1958. - 328 с.

7. Бершадский А.Л. Расчет режимов резания древесины Текст./ А.Л.Бершадский. М.: Лесн. пром-сть, 1967.— 175 с.

8. Бершадский А.Л. К вопросу анализа и расчетов режимов продольного пиления дисковыми пилами Текст./ А.Л.Бершадский. // Науч. тр. ЦНИИМОД. Архангельск 1964. — Вып. №18 с. 17-40.

9. Васильев В.В. Поперечная жесткость круглой плоской пилы при наличии направляющих. Текст./ В.В.Васильев. Комплексная механизация и автоматизация лесоскладских работ и переработка низкокачественной древесины.—Химки, 1975.— с. 31—32.

10. Воскресенский С.А. Резание древесины Текст./ С.А. Воскресенский. -. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1955. - 200 с.

11. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. Текст./ Р.Галлагер — М.: Мир, 1984. 428 с.

12. ГОСТ 980-80. Пилы круглые плоские для распиловки древесины. Технические условия Текст./ Введ. 01.07.82. - М.: Изд-во стандартов, 1980. -25 с.

13. ГОСТ 7016-82. Древесина. Параметры шероховатости Текст./ Введ. 1982-10-12. -М: Изд-во стандартов, 1983. - 6 с.

14. ГОСТ 20404-88. Станки для заточки круглых пил. Нормы точности и жесткости. Текст./ вед. 1989-01-07. -М.: Изд-во стандартов, 1988.

15. ГОСТ 30091-93. Станки круглопильные для продольной распиловки бревен, брусьев, досок. Текст./ Введ. 1996-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1996.

16. Грубе А.Э. Деревообрабатывающие инструменты. Текст./ А.Э.Грубе. М.: Лесн. пром-сть, 1971.— 334 с.

17. Грубе А.Э. Повышение качества распиловки на основе ликвидации температурных напряжений в дисковых пилах Текст./ А.Э.Грубе, В.И.Санев, В.К.Пашков. Д.: ЛДНТП, 1965.-25 с.

18. Грубе А.Э. О характере изменения температуры по радиусу дисковых пил и влияние температурного перепада на поперечные колебания Текст./ А.Э.Грубе, В.И.Санев, В.К.Пашков. // Лесной журнал 1969— №4 с.60-66. - (Изв. высш. учеб. заведений).

19. Грубе А.Э. Повышение качества распиловки путем охлаждения дисковых пил водо-воэдушной смесью Текст./ А.Э.Грубе, В.И.Санев, В.К.Пашков. // Деревообр. пром-сть, 1967.— №3. с.5-8.

20. Грубе А.Э. Автоматическое регулирование температурных напряжений в дисковых пилах Текст./ А.Э.Грубе, В.И.Санев, В.К.Пашков. // Деревообр. пром-сть, 1967.— №8. с.4-6.

21. Грубе А.Э. О поперечной жесткости дисковых пил в покое и при вращении. Текст./ А.Э.Грубе, В.И.Санев, В.К.Пашков. Изв. вузов. Лесн. журн. — 1970.— № 3. — С. 64 — 69.

22. Деклу Ж. Метод конечных элементов: Пер. с франц. Текст./ Ж.Деклу — М.: Мир, 1976.-96 с.

23. Дешевой М.А. Механическая технология дерева. Часть 2. Текст./ М.А. Дешевой. Л.: ОНТИ, 1936.-428 с.

24. Ершов С. В. Влияние скорости вращения на изгибную жесткость диска пилы. Текст./ С.В.Ершов, Ю.М.Стахиев // Науч.тр. / ЦНИИМОД. -Архангельск, 1985. Проблемы интенсификации лесопильного производства. —143-150 с.

25. Жгун В.В. Повышение устойчивости дисковых пил методом автофреттирования Текст./ В.В. Жгун // Комплексная механизация и автоматизация лесоскладских работ и переработка низкокачественной древесины: Науч. тр. ЦНИИМЭ. Химки, 1975. - с. 29-30.

26. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике Текст./ О.Зенкевич — М.:Мир, 1975.-271 с.

27. Ивановский Е.Г. Резание древесины Текст./ Е.Г. Ивановский. М.: Лесн. пром-сть, 1975.— 200 с.

28. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров Текст./Г.Корн, Т.Корн М.: Наука, 1973 832 с.

29. Короткова M.JI. Влияние зазора между диском пилы и направляющими на изгибную жесткость диска. Текст./ М.Л.Короткова,

30. Кучеров И.К. Станки и инструменты лесопильно-деревообрабатывающего производства: учебник Текст./ И.К. Кучеров, В.К.Пашков. М.: Лесн. пром-сть, 1970.— 560 с.

31. Любченко В.И. Резание древесины и древесных материалов: Учебное пособие для вузов Текст./ В.И. Любченко. М.: Лесн. пром-сть, 1986.— 296 с.

32. Настенко A.A. Исследование напряженного состояния и устойчивости круглых пил с термопластической обработкой диска: автореф. дис. . канд. техн. наук Текст./ A.A. Настенко. Ленинград, 1976. - 18 с.

33. Настенко A.A. О термопластическом методе создания напряжений в диске пилы Текст./ А.А.Настенко, Ю.М.Стахиев // Межвуз. сб. науч. тр. / Ленинград, лесотехн. акад. 1976. - Вып. 2. - с. 76-80

34. Пашков В.К. Определение оптимальной зоны вальцевания дисковых пил. Текст./ В.К. Пашков, В.Г.Бодалев // Лесн. пром-сть, 1971 №12 — с. 13.

35. Пашков В.К. К выбору параметров устройств для охлаждения пил Текст./ В.К. Пашков, А.С.Красиков // Лесн. журн. 1976— №6 - с. 106109. - (Изв. высш. учеб. заведений).

36. Пашков В.К. Эффективные способы охлаждения круглых пил водой и водо-воэдушной смесью Текст./ В.К. Пашков // Экспресс-информация: отечеств, произв. опыт. М.: ВНИПИЭИлеспром - 1987. -Вып. 2. - с. 17-20.

37. Прокофьев Г.Ф. Некоторые вопросы точности рамного пиления Текст./ Г.Ф.Прокофьев // Совершенствование технологии и оборудования лесопильного производства: Науч.тр. / ЦНИИМОД. Архангельск, 1981. -69-75 с.

38. Прокофьев Г.Ф. Аналитический метод определения точности пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин // Наука Северному региону. Сб. науч. тр. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2006. - № 67 - С. 297 - 304.

39. Прокофьев Г.Ф. Основы научных исследований: учебное пособие Текст./ Г.Ф.Прокофьев. Архангельск: РИО АГТУ. - 1995. - 38 с.

40. Прокофьев Г.Ф. Основные направления интенсификации переработки древесины на лесопильном оборудовании Текст./ Г.Ф.Прокофьев, Н.И.Дундин // Лесной журнал 2004.— №3. с.65-72. - (Изв. Высш. Учеб. заведений).

41. Прокофьев Г.Ф. Исследование влияния некоторых факторов на устойчивость рамных пил: дис. . канд. техн. наук Текст./ Г.Ф. Прокофьев. -Архангельск. 1970. - 146 с.

42. Прокофьев Г.Ф. Повышение эффективности пиления древесины на лесопильных рамах и ленточнопильных станках: монография под ред. Г.Ф.Прокофьева Текст./ Г.Ф.Прокофьев, И.И. Иванкин. Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2009. - 380 с.

43. Прокофьев Г.Ф. Определение аналитическим методом точности пиления древесины круглыми пилами Текст./ Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин, Л.А.Ковалев // Лесной журнал 2009. — №1. с.78-83. - (Изв. Высш. Учеб. заведений).

44. Прокофьев Г.Ф. Влияние боковых сил на точность рамного пиления Текст./ Г.Ф. Прокофьев // Деревообр. пром-сть, 1991.— №4. с.7-9.

45. Стахиев Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил. Текст./ Ю.М.Стахиев М.: Лесн. пром-сть, 1977. — 296 с.

46. Стахиев Ю.М. Определение оптимального расположения и зоны вальцевания дисковых пил Текст./ Ю.М.Стахиев / Лесн. пром-сть, 1966. №11—с. 23-25

47. Стахиев Ю.М. Влияние вальцевания на напряженное состояние дисковых пил Текст./ Ю.М.Стахиев // Лесной журнал 1966. — №1. -с. 112-114. (Изв. Высш. Учеб. заведений).

48. Стахиев Ю.М. Зона проковки и вальцевания плоских дисковых пил Текст./ Ю.М.Стахиев. П.М.Изотов // Механика обработки древесины: Науч.-техн. реф. сб. / ВНИПИЭИлеспром. 1969. Вып. 15.

49. Стахиев Ю.М. К вопросу о степени проковки плоских дисковых пил Текст./ Ю.М.Стахиев. // Науч. тр. / ЦНИИМОД. Архангельск 1969. — Вып. №32-с. 220-224.

50. Стахиев Ю.М. О степени проковки и вальцевания плоских дисковых пил Текст./ Ю.М.Стахиев. // Лесной журнал 1970 — №4 с.157-161. - (Изв. высш. учеб. заведений).

51. Стахиев Ю.М. Измеритель напряженности пил. Текст./ Ю.М.Стахиев, Ф.В.Лыжин. // Лесн. пром-сть, 1970 №6— с. 15-16.

52. Стахиев Ю.М. О подготовке диска пилы Текст./ Ю.М.Стахиев. // Лесной журнал 1983—№2 с.73-79. - (Изв. высш. учеб. заведений).

53. Стахиев Ю.М. К вопросу об определении терминов правка и проковка круглых пил Текст./ Ю.М.Стахиев. // Науч. тр. ЦНИИМОД. Архангельск 1985. — Вып. №32 с. 138-142.

54. Стахиев Ю.М. О подготовке диска пилы Текст./ Ю.М.Стахиев. // Деревообр. пром-сть, 1986.— №6. с.5-8.

55. Стахиев Ю.М. О тепловых методах создания начальных напряжений в дисках пил Текст./ Ю.М.Стахиев, А.А.Настенко // Науч. тр. ЦНИИМОД. Архангельск 1973. — Вып. №28 с. 51-53.

56. Стахиев Ю.М. О начальной изгибной жесткости диска пилы. Текст./ Ю.М.Стахиев, М.Л.Короткова. Материалы 2-й науч.-техи. конф. молодых учен, и специалистов, аспирантов и соискателей лесоп.-деревообраб. пром-сти 30 мая 1975. —Архангельск, 1975.— с. 28—31.

57. Твердынина М.М. Повышение устойчивости круглых пил. Текст./ М.М.Твердынина, М.С.Бернштейн. Обзор,- ВНИПИЭИлеспром. -М. 1973.-52 с.

58. Твердынина М.М. автореф. дис. . канд. техн. наук Текст./ М.М. Твердынина Моска. - 1968. - 19 с.

59. Технологические режимы РПИ 6.6-00. Подготовка круглых пил Текст./ Ю.М.Стахиев. Архпнгельск: ЦНИИМОД, 1986. -44 с.

60. Тимошенко С.П. Пластины и оболочки Текст./ С.П. Тимошенко, С.Войновский-Кригер М.: Наука, 1966. - 636 с.

61. Тимошенко С.П. Устойчивость упругих систем 2-е изд. Текст./ С.П.

62. Тимошенко М.: Гос. изд. технико.-теор. лит-ры. - 1955. -576 с.

63. Тимошенко С.П. Теория упругости Текст./ С.П.Тимошенко, Дж.Гудьер М.: Наука, 1975 576 с.

64. Хасдан С.М. Станок для правки и проковки круглых пил. Текст./ С.М.Хасдан. // Деревообр. пром-сть, 1962.— №4. с.24-26

65. Циглер Г. Основы теории устойчивости конструкций. // Г.Циглер М.: Мир,1971, 192 с.

66. Якунин Н.К. круглые пилы и их эксплуатация Текст./ Н.К.Якунин. -М.: Лесн.пром-сть, 1977. 200 с.

67. Якунин Н.К. Подготовка круглых пил к работе Текст./ Н.К.Якунин -М.: Лесн.пром-сть, 1980. 150 с.

68. Hackenberg Р. Thermisches Vorspannen Von Kreisageblattern Текст./ P. Hackenberg //Werkstattstechnic/ -1975/ Vol/ 65/ - №2. - p.81-86.

69. Thuneil, B. Forstschritte dei der Zerspannung Sfozschung von Holz/ В. Thuneil // Holz als Roh- und Werkstoff. - 1951. - №1. - S. 11-20.

70. Thunell, B. // Stability of the Band Saw Blade II Holz als Roh- und Werkstoff. 1970.-№9.-S. 343-348.

71. Gogu G. R. Stiffness under concentrated'load, dimensional optimizating criterion for circular sa\vs//Industia Lemnului.— 1986.— No. 4.— S. 171—180.

72. Reissner H. Uber die unsymmetrische Biegung durmer Kreisringplatien//Ingenieur-Archiv.—1929.—T. 1.—S. 72—83.

73. Schajer G. S. Why are guided circular saws more stable than unguided saws?// Holz als Roh- und Werkstoff. 1986. - Vol. 44. - No 12. - P. 465-469.