Совершенствование двушкивных механизмов резания деревообрабатывающих ленточнопильных станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, доктор технических наук Шилько, Владимир Казимирович

• Шилько, Владимир Казимирович
• доктор технических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор технических наук Шилько, Владимир Казимирович

Список принятых обозначений и сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ РЕЗАНИЯ ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКОВ И

ОБЗОР РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1.1. Состав двушкивной компоновочной схемы механизма резания ленточнопильного станка и анализ условий работы ленточных пил при распиловке древесины.

1.2. Обзор работ, посвященных вопросам распиловки древесины ленточными пилами.

1.3. Обзор работ, выполненных в области передач гибкой связью.

1.4. Современные направления развития механизмов резания деревообрабатывающих ленточнопильных станков.

Выводы, цель и задачи работы.

2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕДАЧИ

ТЯГОВОГО УСИЛИЯ ЛЕНТОЧНОЙ ПИЛОЙ.

2.1. Анализ условий сообщения движения ленточным пилам в механизмах резания ленточнопильных станков.

2.2. Физические процессы, происходящие при передаче движения ленточным пилам в механизмах резания ленточнопильных станков.

2.3. Пути повышения эффективности работы ленточных пил при распиловке древесины.

Выводы.

3. УСТОЙЧИВОСТЬ И НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЛЕНТОЧНЫХ ПИЛ ПРИ РАСПИЛОВКЕ ДРЕВЕСИНЫ.

3.1. Кинетостатический анализ напряженного состояния ленточных пил.

3.2. Условия сохранения устойчивости ленточных пил в пропиле.

3.3. Прогнозирование ресурса ленточных пил по усталостной долговечности.

Выводы.

4. ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫЕ СТАНКИ НА ОСНОВЕ ДЛИННЫХ КОНТАКТОВ ТРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОКОЯ.

4.1. Механизмы резания ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя.

4.2. Тяговые характеристики механизмов резания ленточнопильных станков при передаче рабочего движения ленточной пиле.

4.3. Механизмы резания ленточнопильных станков со «слабонатянутой» ленточной пилой.

Выводы.

5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКОВ НА ОСНОВЕ ДЛИННЫХ КОНТАКТОВ

ТРЕНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОГО ПОКОЯ.

5.1. Методика и результаты оценки тяговых характеристик ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя.

5.2. Результаты технологической оценки эффективности работы ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя.

Выводы.

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование двушкивных механизмов резания деревообрабатывающих ленточнопильных станков»

Актуальность темы. В настоящее время в мировой практике деревообработки двушкивные ленточнопильные станки занимают ведущие позиции на операциях продольного деления древесины, производстве черновых заготовок, столярных изделий и в ряде других случаев [68, 190, 203]. Более широкому распространению ленточнопильного оборудования препятствует его небольшая производительность, недостаточная надежность ленточных пил и низкая точность распиловки [144, 190, 197]. У традиционных двуш-кивных механизмов резания деревообрабатывающих ленточнопильных станков имеются две основные проблемы:

1 - недостаточная устойчивость ленточных пил,

2 - недостаточный ресурс пил по усталостной долговечности.

Особенно актуальной остается проблема повышения устойчивости ленточных пил, так как от ее решения зависит рост производительности ленточнопильных станков и улучшение качества получаемой пилопродукции [141, 143]. Попытки повысить устойчивость пил за счет применения различных направляющих устройств, варьирования форм ободов шкивов и использования ряда других технических решений внесли существенный прогресс в данной области. Тем не менее проблема до конца не была решена и потребовала нетрадиционных решений [221], связанных с разработкой новых концептуальных основ развития механизмов резания деревообрабатывающих ленточнопильных станков.

При анализе ранее выполненных работ и физических процессов, возникающих в ленточнопильных станках, был сделан вывод о том, что эффективность работы ленточных пил может быть повышена за счет новых конструктивных схем механизмов резания с сообщением движения ленточной пиле на основе длинных контактов трения относительного покоя посредством многоконтурной передачи гибкой связью «шкив - гибкий рабочий орган -ленточная пила» [151, 222, 223].

Повышенная устойчивость ленточных пил позволит увеличить производительность и точность распиловки древесины на ленточнопильных станках, повышенная усталостная долговечность - снизить эксплуатационные затраты при ленточнопильной распиловке древесины.

Без решения проблемы повышения устойчивости и усталостной долговечности ленточных пил невозможно дальнейшее развитие ленточнопиль-ного оборудования и какой-либо прогресс в области обработки древесины ленточными пилами [202].

Цель работы - повышение устойчивости и усталостной долговечности ленточных пил при распиловке древесины.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать концептуальную теоретическую базу для разработки ленточнопильных станков с повышенной точностью, производительностью распиловки и ресурсом ленточных пил;

2. Разработать теоретические и экспериментальные методы исследования условий сообщения движения ленточной пиле. Установить их взаимосвязь с устойчивостью и несущей способностью ленточных пил;

3. Разработать теоретические и экспериментальные методы оценки устойчивости и несущей способности ленточных пил и способы их повышения;

4. Определить рациональные компоновочные схемы механизмов резания ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя с повышенной устойчивостью и несущей способностью ленточных пил;

5. Провести на базе опытных образцов практические исследования, подтверждающие теоретические предпосылки. Провести оценку новых схем механизмов резания ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя и определить из них наиболее приемлемые для потребностей деревообрабатывающей промышленности.

Объектом исследования являются конструкции и рабочие процессы в механизмах резания ленточнопильных станков, ленточные пилы шириной 5 -85 мм, выпиливаемые пиломатериалы и получаемые опилки.

Предметом исследования являются параметры движения, устойчивость и несущая способность ленточных пил, производительность распиловки древесины и точность получаемых пиломатериалов.

Методы исследования. Для теоретических исследований использовались: теория резания древесины, теория передач гибкой связью, теория передач трением, теория прочности, упругости и устойчивости, теория машин, физика твердого тела, металлофизика и физическая мезомеханика, тензорное исчисление. Для экспериментальных исследований применялись: гибкий экспериментальный модуль на базе циклопозиционного горизонтального ленточнопильного бревнопильного станка легкого класса с возможностью варьирования конструктивных схем сообщения движения ленточным пилам; экспериментальная установка на базе столярного ленточнопильного станка легкого класса; натурные образцы бревнопильных, делительных, тарных и столярных ленточнопильных станков; типовые и нестандартные методики исследований; стандартные приборы, оборудование и программы; методы прикладной статистики.

Научная новизна:

1. Разработаны математические модели трибофизических условий сообщения движения ленточной пиле, оценки устойчивости ленточных пил в динамике, прогнозирования ресурса пил по сопротивлению усталости;

2. Установлены трибофизические процессы при сообщении движения в системе «шкив - ленточная пила», их влияние на устойчивость ленточных пил и возникновение двухмерной дисторсии траектории резания;

3. Показаны преимущества многоконтурной передачи «шкив - гибкий рабочий орган - ленточная пила» по сравнению с передачей «шкив - ленточная пила» и предложены аналитические зависимости для определения опорных параметров гибких промежуточных рабочих органов привод-направляющих и направляющих устройств ленточнопильных станков;

4. Теоретически обоснованы компоновочные схемы механизмов резания ленточнопильных станков с сообщением главного движения ленточной пиле на основе длинных контактов трения относительного покоя и со «слабонатянутой» ленточной пилой.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие установить связь трибофизических процессов в передаче «шкив -ленточная пила» с условиями обеспечения устойчивости ленточных пил при распиловке древесины;

- обоснование условий формирования устойчивых опорных реакций в ленточной пиле возле зоны резания, противодействующих усилию подачи со стороны распиливаемого материала, исключающих поперечные смещения пилы относительно шкивов и повышающих устойчивость ленточных пил;

- результаты определения условий движения и торможения в передачах «шкив - гибкий рабочий орган - ленточная пила», позволяющие снижать уровень напряжений в ленточных пилах и повышать их ресурс по усталостной долговечности.

Достоверность и обоснованность результатов обеспечена применением адекватного математического аппарата и современных методик экспериментальных исследований, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, анализом практических наблюдений за работой ленточнопильных станков с новыми компоновочными схемами механизмов резания.

Практическая значимость полученных результатов работы заключается в том, что:

- разработана теоретическая база для создания ленточнопильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя с повышенной устойчивостью и повышенным ресурсом ленточных пил по усталостной долговечности;

- обоснованы и разработаны новые схемы механизмов резания ленточнопильных станков: полноприводная; на основе длинных контактов трения относительного покоя; со «слабонатянутой» ленточной пилой;

- разработаны привод-направляющие и направляющие устройства ленточно-конвейерного типов и способ регулировки положения ленточной пилы путем разворота таких устройств в сторону распиливаемого материала;

- предложена методика определения эффективности работы различных схем механизмов резания ленточнопильных станков путем сравнения: тяговых характеристик; производительности распиловки по скорости подачи; точности сечений получаемых пиломатериалов;

- по результатам работы разработаны, изготовлены и внедрены в производство более ста циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станков;

- результаты исследований использованы в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 15040565 «Машины и оборудование лесного комплекса» и 25040365 «Технология деревообработки».

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на научно-технических конференциях лесотехнического института и семинарах кафедры машин, оборудования и технологии деревообработки Томского государственного архитектурно-строительного университета (г. Томск 1999 - 2005); на научно - практических семинарах лаборатории композиционных материалов института физики прочности и материаловедения Томского филиала Сибирского отделения РАН (1999, 2004); на X (юбилейной) международной научно-технической конференции в Томском политехническом университете (2004); на 8 - ом международном симпозиуме КОИ-Ш -2004 (г. Томск 2004); на II - ой международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск 2004); на научно-практическом семинаре кафедры станков и инструментов Сибирского государственного технологического университета (г. Красноярск 2004), на научно-практическом семинаре кафедры станков и инструментов Уральского государственного лесотехнического университета (г. Екатеринбург 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликована 31 работа, включая 7 патентов Российской Федерации и монографию. Из них 14 работ опубликовано в изданиях, рекомендуемых ВАК для докторских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и результатов, списка литературы из 232 наименований, 3 приложений, имеет объем 279 страниц машинописного текста, содержит 80 рисунков и 18 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», Шилько, Владимир Казимирович

ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе реализовано решение научной проблемы по повышению устойчивости и усталостной долговечности ленточных пил при распиловке древесины. Разработана теория механизмов резания ленточно-пильных станков на основе длинных контактов трения относительного покоя и станков со «слабонатянутой» ленточной пилой. Теория обеспечивает проектирование ленточнопильных станков с повышенной устойчивостью и усталостной долговечностью ленточных пил.

По результатам диссертационной работы сделаны следующие выводы:

1. В процессе исследования теоретически установлена и экспериментально подтверждена связь трибофизических процессов, происходящих в передаче «шкив - ленточная пила» при сообщении главного движения с условиями обеспечения устойчивости и усталостной долговечности ленточных пил.

2. Теоретически обоснованы и практически подтверждены условия формирования устойчивых опорных реакций для ленточной пилы возле зоны резания с целью противодействия усилию подачи путем использования передач «шкив - гибкий рабочий орган - ленточная пила» на основе длинных контактов трения относительного покоя.

3. Определены условия движения и торможения в передачах «шкив -гибкий рабочий орган - ленточная пила», позволяющие снижать уровень напряжений в ленточных пилах и повышать их ресурс по усталостной долговечности.

4. В процессе исследований разработаны новые схемы механизмов резания ленточнопильных станков: а) полноприводная; б) на основе длинных контактов трения относительного покоя; в) со «слабонатянутой» ленточной пилой. Кроме того, разработаны привод-направляющие и направляющие устройства ленточно-конвейерного типа и способ регулировки ленточной пилы путем разворота таких устройств в сторону распиливаемого материала.

5. Дана оценка эффективности работы компоновочных схем механизмов резания ленточнопильных станков с различными вариантами исполнения путем сравнения их тяговых характеристик, производительности распиловки по скорости подачи и точности сечений получаемых пиломатериалов.

6. В процессе выполнения работы внедрены в производство более ста циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станков с новыми схемами механизмов резания, обладающих лучшей эффективностью работы по сравнению с аналогами. Новизна технических решений подтверждена патентами Российской Федерации.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Шилько, Владимир Казимирович, 2005 год

1. Александров, М.П. Тормозные устройства : справочник / М.П. Александров, А.Г. Лысиков, В.Н. Федосеев, М.В. Новожилов. - М. : Машиностроение, 1985.-311 с.

2. Алфутов, H.A. Основы расчета на устойчивость упругих систем / H.A. Алфутов. М.: Машиностроение, 1978,- 311 с.

3. Амалицкий, В.В. Монтаж и эксплуатация деревообрабатывающего оборудования / В.В. Амалицкий. М.: Лесная промышленность, 1982 - 336 с.

4. Андреев, A.B. Передача трением / A.B. Андреев. М. : Машиностроение, 1978.- 176 с.

5. Апостол, A.B. Разработка оптимальных режимов работы ленточнопиль-ного оборудования / A.B. Апостол // Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств : сб. науч. тр./ Моск. лесотехн. ин-т.- М. : МЛТИ, 1974.- С. 72 75.

6. Апостол, A.B. Исследование режимов работы ленточнопильного оборудования / A.B. Апостол // Основные направления научно-технического прогресса лесной и деревообр. пром-ти : тезисы докл.- Тбилиси : 1975.-С. 77-80.

7. Афанасьев, H.H. Статистическая теория усталостной прочности металлов / H.H. Афанасьев. Киев : Изд-во АН УССР, 1953.- 105 с.

8. Бакли, Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии / Дональд Бакли; пер. с англ. A.B. Белого, Н.К. Мышкина; под ред. А.И. Свириденко. -М.: Машиностроение, 1986 359 с.

9. Баранов, С.А. Исследование работы ленточных пил с низким плющением зубьев и изыскание способов низкого плющения / С.А. Баранов, С.П. Почекутов : Отчет НИС / СибТИ 1963.

10. Безухов, Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести / Н.И. Безухов. М.: Высшая школа, 1961 - 538 с.

11. Беляев, Н.М. Сопротивление материалов / Н.М. Беляев. М. : Наука, 1976.- 608 с.

12. Берлин, Э.П. О методах повышения устойчивости ленточных пил / Э.П. Берлин // Науч. тр. ЦНИИМОД.- Архангельск : ЦНИИМОД, 1968.- С. 119-123.

13. Берлин, Э.П. Экспериментальные исследования силовых характеристик аэростатических направляющих для ленточных пил / Э.П. Берлин // Науч. тр. ЦНИИМОД.- Архангельск : ЦНИИМОД, 1968.- С. 253 260.

14. Берлин, Э.П. Экспериментальные исследования аэростатических направляющих на поперечную жесткость полотна ленточной пилы / Э.П. Берлин // Изв. вузов. Лесн. журнал 1969 - №2 - С. 85-87.

15. Бершадский, А.Л. Расчет режимов резания древесины /.А.Л. Бершад-ский. М. : Лесная промышленность, 1967 - 175 с.

16. Бершадский, А.Л. Резание древесины / А.Л. Бершадский, Н.И. Цветко-ва. Минск : Вышейшая школа, 1975 - 303 с.

17. Бидерман, В.Л. Прикладная теория механических колебаний / В.Л. Би-дерман. М. : Высшая школа, 1972.-416 с.

18. Бельфор, В. Е. К расчету многоприводных ленточных конвейеров / В. Е. Бельфор, И.В. Запенин // Горные машины и автоматика. 1968, № 4 - С. 16-20.

19. Богачев, И.Н. Введение в статистическое металловедение / И.Н. Богачев, А.А. Вайнштейн, С.Д. Волков. М. : Металлургия, 1972- 216 с.

20. Боуден, Ф.П. Трение и смазка твердых тел : пер. с англ. / Ф.П. Боуден, Д. Тейбор. М.: Машиностроение, 1968. - 543 с.

21. Варакин, М.Ю. Исследование влияния нагрева на работоспособность ленточных пил при распиловке древесины : автореф. дис. . канд. техн. наук.-Л. : ЛТА, 1981.- 20 с.22