Совершенствование узла резания круглопильного станка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.05, кандидат наук Емельянов Александр Владимирович

• Емельянов Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Емельянов Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Круглые пилы

1.1.1. Функциональное назначение круглых пил для раскроя

древесины

1.1.2. Классификация круглых пил

1.1.3. Жесткость и устойчивость круглых пил

1.1.4. Колебания круглых пил

1.1.5. Способы повышения жесткости и устойчивости круглых пил

1.1.6. Конструктивные решения направляющих для круглых пил

1.2. Узлы резания круглопильных станков

1.2.1. Анализ конструкций узлов резания круглопильных станков

1.2.2. Характеристика приводов узла резания круглопильных

станков

1.2.3. Технические решения по совершенствованию узла резания с прямым приводом круглой пилы

1.2.4. Теоретическое обоснование возможностей применения бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы

1.3 Заключение. Цель и задачи исследования

2. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЯМОГО ПРИВОДА ПИЛЫ В УЗЛЕ

РЕЗАНИЯ КРУГЛОПИЛЬНОГО СТАНКА

2.1. Конструкция бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы в узле резания круглопильного станка

2.2. Основы расчета бесконтактного электромагнитного прямого

привода круглой пилы

2.3. Расчетная математическая модель бесконтактного

электромагнитного прямого привода круглой пилы

2.3.1. Базовые характеристики бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы

2.3.2. Взаимодействие переменного электромагнитного поля

привода с полотном круглой пилы

2.3.3. Создание тягового усилия на полотне круглой пилы в

переменном электромагнитном поле прямого привода

2.3.4. Стабилизация пространственного положения круглой пилы поперечными силами переменного электромагнитного поля бесконтактного прямого привода

2.3.5. Мощность и КПД бесконтактного электромагнитного прямого

привода круглой пилы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЯМОГО ПРИВОДА КРУГЛОЙ ПИЛЫ

3.1. Экспериментальная установка

3.2. Программа экспериментального исследования

3.3. Определение нормальных сил, воздействующих на круглую пилу в электромагнитном поле бесконтактного электромагнитного прямого привода

3.3.1. Факторы, влияющие на величину нормальных сил, воздействующих на круглую пилу в электромагнитном поле бесконтактного прямого привода

3.3.2. Поисковый эксперимент

3.3.3. Определение зависимостей воздействия нормальной силы на полотно круглой пилы в электромагнитном поле бесконтактного прямого привода от входных электрических параметров бесконтактного электромагнитного прямого привода

3.4. Определение рабочих характеристик бесконтактного

электромагнитного прямого привода круглой пилы

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПРЯМОГО ПРИВОДА КРУГЛОЙ ПИЛЫ

4.1. Нормальная сила, воздействующая на полотно круглой пилы в магнитном поле бесконтактного электромагнитного прямого привода

4.1.1. Нормальная сила, воздействующая на круглую пилу в переменном электромагнитном поле, стабилизация пространственного положения полотна пилы и повышение устойчивости круглой пилы

4.1.2. Результаты статистической обработки опытов

4.2. Рабочие характеристики бесконтактного электромагнитного

прямого привода пилы

4.2.1. Мощность, крутящий момент, тяговое усилие, соБф бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы

4.2.2. Определение характеристик холостого хода и короткого замыкания бесконтактного электромагнитного прямого привода

круглой пилы

4.2.3. Определение характеристик магнитного поля бесконтактного прямого привода круглой пилы

4.3. Выводы

5. ТЕХНИЧЕСКОЕ РЕШЕНИЕ УЗЛА РЕЗАНИЯ КРУГЛОПИЛЬНОГО СТАНКА С БЕСКОНТАКТНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРЯМЫМ

ПРИВОДОМ. ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ ПРЯМОГО ПРИВОДА

КРУГЛОЙ ПИЛЫ

5.1. Конструктивное решение узла резания круглопильного станка

5.2. Расчётные характеристики крутящего момента и мощности

резания

5.3. Инженерный расчет бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы

5.4. Рабочий алгоритм системы автоматической стабилизации пространственного положения круглой пилы в переменном электромагнитном поле бесконтактного электромагнитного прямого привода пилы

6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование узла резания круглопильного станка»

ВВЕДЕНИЕ

Деревообрабатывающая промышленность России интенсивно развивается. Происходит активное внедрение инновационных технологический решений, модернизация существующего и создание нового деревообрабатывающего оборудования.

На лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях широко применяют круглопильные станки, на которых выполняются операции продольного и поперечного раскроя, пазование заготовок, форматная обрезка материалов и др. Эффективность их работы определяется работоспособностью и эксплуатационной надежностью дереворежущего инструмента. Основными факторами, определяющими работоспособность круглой пилы, являются жесткость и устойчивость полотна пилы. Для повышения жесткости и устойчивости предварительно подготовленных круглых пил (проковка, вальцевание), увеличения высоты пропила применяют различные направляющие устройства контактного и бесконтактного типа. Большое внимание уделено конструкциям бесконтактных направляющих с постоянным электромагнитным полем, позволяющим ограниченно стабилизировать пространственное положение пилы. В то же время применение переменного электромагнитного поля позволяет расширить функциональные возможности бесконтактных направляющих. Это обеспечивается тем, что на полотно пилы со стороны переменного поля воздействуют касательные и оппозитные нормальные электромагнитные силы. Нормальная составляющая электромагнитных сил ограничивает боковое отклонение полотна пилы. Одновременно касательная составляющая электромагнитных сил бесконтактно создает крутящий момент на полотне пилы. Применение переменного электромагнитного поля позволяет усовершенствовать конструкцию узла резания круглопильного станка, реализовать бесконтактный прямой привод круглой пилы без промежуточных передач с одновременной стабилизацией пространственного положения и повышением устойчивости круглой пилы.

Вопрос взаимодействия круглой пилы с переменным электромагнитным полем изучен недостаточно, требует проведения дополнительных целенаправленных научных исследований и является актуальным.

Объект исследования - узел резания круглопильного станка

Предмет исследования - бесконтактный электромагнитный прямой привод круглой пилы, стабилизирующий пространственное положение полотна пилы в переменном электромагнитном поле.

Область исследования соответствует требованию паспорта научной специальности 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки», п. 8. «Разработка методов повышения надежности и эффективности функционирования производственных процессов, использования агрегатов, звеньев, технологических комплексов и поточных линий, создание безопасности и нормальных условий труда, соблюдение требований охраны труда».

Цель диссертационной работы - совершенствование узла резания круглопильного станка повышением жесткости и устойчивости круглой пилы воздействием переменного электромагнитного поля бесконтактного электромагнитного прямого привода.

Задачи исследования:

- Провести анализ работ по совершенствованию узла резания круглопильного станка, повышению устойчивости круглых пил, увеличению рабочей зоны полотна пилы и высоты пропила.

- Разработать расчетную математическую модель взаимодействия переменного электромагнитного поля бесконтактного электромагнитного прямого привода с полотном круглой пилы.

- Выполнить численные исследования основных характеристик бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы по разработанной математической модели.

- Создать экспериментальную установку для определения электрических и механических характеристик бесконтактного электромагнитного прямого привода

круглой пилы и стабилизации ее пространственного положения в динамике.

- Разработать методику проведения экспериментальных исследований процессов взаимодействия переменного электромагнитного поля с полотном круглой пилы и определения величины нормальных усилий для компенсации возмущений положения пилы.

- Выполнить экспериментальные исследования и оценить адекватность математической модели. Определить усилия стабилизации круглой пилы в переменном электромагнитном поле, получить рабочие и механические характеристики бесконтактного привода круглой пилы.

Научная новизна результатов исследований:

- Научно обоснована и доказана возможность применения бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы.

- Математическая модель бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы.

- Экспериментально подтверждена возможность применения бесконтактного электромагнитного прямого привода для повышения устойчивости круглых пил.

- Впервые предложен и научно обоснован способ повышения тягового усилия бесконтактного прямого привода круглой пилы повышенной электропроводности.

Основные научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:

- Концептуальная конструкция узла резания круглопильного станка с бесконтактным электромагнитным прямым приводом круглой пилы.

- Математическая модель бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы.

- Результаты экспериментальных исследований бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы.

- Техническое решение по повышению устойчивости круглой пилы стабилизацией пространственного положения пилы в электромагнитном поле бесконтактного прямого привода.

- Техническое решение по увеличению тягового усилия прямого привода круглой пилы с высокой электропроводностью полотна.

Теоретическая значимость работы:

Математическая модель бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы позволяет получить характеристики прямого привода пилы, определить значения нормальных сил, действующих на полотно пилы в электромагнитном поле бесконтактного прямого привода, оптимизировать конструкцию привода.

Практическая значимость работы:

Разработана конструкция узла резания с бесконтактным электромагнитным прямым приводом круглой пилы. Предложено техническое решение по повышению тягового усилия бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы с повышенной электропроводностью полотна. Бесконтактный прямой привод круглой пилы обеспечивает устойчивость тонких круглых пил без специальных направляющих устройств. Предложенная концептуальная модель системы автоматической стабилизации пространственного положения диска пилы в электромагнитном поле привода может быть применена при разработке конструкций круглопильных станков.

Методы исследования. В работе применены методы математического анализа, аналитические методы интегрирования с помощью теоремы вычетов, методы статистической обработки данных, планирование эксперимента, программные комплексы, современное измерительное оборудование.

Достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированного исследовательского и аналитического аппарата, применением классических методов математического анализа, планированием эксперимента, совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Личный вклад автора заключается в проведении системного аналитического обзора литературных источников и патентного поиска по теме исследования; постановке целей и задач исследования; разработке расчетной математической модели бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы; разработке методики проведения экспериментальных исследований; создании экспериментальной установки; обработке и анализе результатов исследований; формулировании выводов; разработке расчетной программы бесконтактного электромагнитного прямого привода; подготовке научных статей по теме исследования.

Реализация результатов работы. Разработанные техническое задание, конструктивное решение узла резания круглопильного станка с бесконтактным электромагнитным прямым приводом и программа расчета прямого привода представлены в ООО «Оптимист» и будут использованы для создания опытного образца узла резания круглопильного станка.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: пятой международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2009), Международной научной конференции Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения» (г. Архангельск, 2013), международной конференции «Инновационные подходы к решению технико-экономических проблем» (г. Москва, 2014), международной конференции «Современные тенденции в науке и образовании» (г. Люберцы, 2015), международной научно-практической конференции «Современные тенденции в фундаментальных и прикладных исследованиях». (г. Рязань, 2015), XVII международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (г. Вологда, 2019), всероссийской (национальной) научно-практической конференции Высшей

инженерной школы САФУ «Инженерные задачи: проблемы и пути решения» (г. Архангельск, 2019).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе 2 статьи - в изданиях по перечню ВАК, 1 статья - в изданиях Web of Science и Scopus, получен 1 патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературных источников, включающего 139 наименований. Работа представлена на 153 страницах, содержит 45 рисунков, 23 таблицы, приложения.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Круглые пилы

1.1.1. Функциональное назначение круглых пил для раскроя древесины.

Назначение круглых пил следующее:

1.1.1.1. Продольный и поперечный раскрой древесины и древесных материалов.

При продольном раскрое древесины плоскость круглой пилы расположена продольно волокнам древесины. При поперечном раскрое - плоскость пилы перпендикулярна древесным волокнам.

1.1.1.2. Обеспечение качества обработки поверхности материала.

Все неровности на обработанной поверхности разделяются на пять основных типов: макронеровности; волнистости; шероховатости; волнистости и шероховатости; макронеровности, волнистости и шероховатости. Макронеровности - отклонение формы поверхности от заданной на относительно больших участках. Определяются точностью работы круглопильного станка, базированием инструмента [56].

Волнистость - периодически повторяющиеся выпуклости и вогнутости на поверхности, шаг и высота которых больше микронеровностей и меньше макронеровностей.

Шероховатость - среднеарифметическое значение микронеровностей. Шероховатость обработанной поверхности регламентируется ГОСТ 7016-2013 [15]. В стандарте шероховатость обработанной поверхности определена значениями высотных и шаговых параметров неровностей (рисок, неровностей разрушения, кинематической волнистости, неровностей упругого восстановления, структурных неровностей), наличием ворсистости и мшистости. Причины возникновения шероховатости связаны со свойствами самой древесины, с

качеством подготовки режущих элементов круглой пилы, с точностью движения режущего инструмента (круглой пилы), с кинематикой и режимами резания.

Точность движения круглых пил и качество [56, 35] подготовки их к работе являются важными факторами, определяющими качество обработки поверхности. Поперечное биение круглых пил вызывает значительное увеличение высоты неровностей поверхности заготовки. Колебания круглых пил высокой частоты в значительно степени влияют на высоту микронеровностей. Низкочастотные колебания приводят к появлению волнистости поверхности распиливаемой заготовки.

1.1.1.3. Точность формирования сечений пилопродукции.

Ф. М. Манжос определяет точность механической обработки как степень соответствия размеров и формы деталей, полученных в результате раскроя, заданным размерам и форме [33].

Точность формирования сечений пилопродукции обеспечивается:

А) подвижным и неподвижным базированием заготовки и инструмента.

Базирование детали - процесс пространственного ориентирования обрабатываемой заготовки для обеспечения необходимого положения заготовки в процессе пиления. При неподвижном базировании положение заготовки относительно опорных элементов станка сохраняется неизменным, при подвижном базировании - положение заготовки относительно станка изменяется. От качества базирования зависит в значительной степени точность обработанной детали.

Б) взаимодействием подачи объекта обработки и режущего инструмента (круглой пилы).

Круглопильный станок можно рассматривать как технологическую систему взаимосвязанных элементов «станок-приспособление-инструмент-деталь» (СПИД) [1]. В процессе резания древесины воздействие заготовки на режущую кромку круглой пилы приводит к упругой деформации всех технологических элементов СПИД, что приводит к снижению точности формирования сечений

пилопродукции. Повышение жесткости системы - непременное условие увеличения точности пиления.

В) жесткостью и устойчивостью круглой пилы.

Условием работы пильного диска является сохранение плоской формы равновесия. Жесткость и устойчивость круглой пилы определяют ее способность сохранять плоскую форму равновесия. Основными факторами, действие которых приводит к потере устойчивости круглой пилы, являются неравномерный нагрев по радиусу от действия сил трения и силы сопротивления резанию.

1.1.1.4. Ограничение высоты пропила.

Высота пропила является показателем, характеризующим производительность круглопильных станков, и определяется величиной рабочей зоны круглой пилы. Крепление круглой пилы на валу выполняется с защемлением фланцами требуемого диаметра, либо без использования фланцев (плавающие пилы). Установка пил на валу без фланцев возможна только с использованием направляющих. При защемлении пилы фланцами для обеспечения необходимой жесткости в существующих узлах резания применяются фланцы, диаметр которых может составлять до 1/3 диаметра пилы, что ограничивает максимально-допустимую высоту распиливаемой заготовки.

1.1.2. Классификация круглых пил

Рабочим инструментом круглопильных станков является круглая пила. Круглая пила - многорезцовый режущий инструмент в форме диска, сферы, квадрата или спиральных секторов.

Диски круглых пил изготавливают из легированных сталей 9ХФ, 9Х5ВФ, 50ХФА. В работе [71] Н. К. Якунин предлагает классификацию круглых пил, представленную на рисунке 1.

Основная техническая политика в лесопильном производстве состоит в выводе оборудования на заданную производительность (обычно скорость подачи

~50 м/мин) и снижении толщины используемых пил [62]. Использование тонких пил снижает объем отходов лесопиления, уменьшает энергоемкость.

Рисунок 1. Классификация круглых пил по конструкции диска и режущих

элементов.

Исследования показали, что до 50% брака при пилении древесины возникает из-за недостаточной жесткости и устойчивости круглой пилы [62]. Вследствие этих факторов около 30% пил выходят из строя раньше заявленного срока эксплуатации. Повышение жесткости и устойчивости позволит применить тонкие пилы, соответственно снизить потери древесины и увеличить производительность.

Количество получаемых в процессе резания древесины опилок составляет от 11% до 19% от объема древесины. Одним из способов уменьшения ширины пропила является применение тонких пил (изгибная жесткость у < 10Н/м), в том

числе плавающих [63]. Тонкими пилами принято считать пилы с толщиной полотна 2-2,2 мм и менее. Они имеют недостаточную жесткость и устойчивость, что не позволяет получить высокую точность обработки древесины при больших скоростях подачи.

1.1.3. Жесткость и устойчивость круглых пил.

Вопросами, связанными с повышением жесткости и устойчивости пил, занимались ученые: П. И. Лапин, Ю. М. Стахиев [61-63], Г. Ф. Прокофьев [51-55], В. И. Санев [56], H. К. Якунин [71], А. Э. Грубе [17], С. В. Ершов [21], В. И. Лашманов, В. И. Мелехов [1], В. И. Санёв [56], Г. А. Жодзижский, В. В. Соловьев, А. С. Красиков [28], В. К. Пашков [48], А. С. Торопов [65-68], B. Ettelt [80], S. G. Hutton [84, 85], B. F. Lehman [91], Longxiang Yang [138], W. M. McKenzie [93], C. D. Mote [94-96], G. S. Schajer [107, 108], B. Thunell [113], Suresha Udupi [115], Ahmad Mohammadpanah [73, 74], B. Lehmann [91], Suyang Li [111], Shufan Wang [109], Suyang Li [111] и другие.

Исследования, выполненные ЦHИИМОДом [63], показали, что для сохранения устойчивости плоской формы равновесия диска пилы необходимо, чтобы рабочая частота вращения не превышала 0,85 минимальной критической частоты вращения. Данное условие является необходимым, но не достаточным. Диск пилы при условиях пиления, близких к идеальным (скорость вращения значительно ниже критической, нагрев отсутствует, заготовка перемещается с высокой точностью), отклоняется от вертикального положения. Вторым условием работы диска пилы является минимальная жесткость периферийной зоны: 40...60 H/м для продольной и 25 H/м для поперечной распиловки. В случае применения пил с величиной изгибной жесткости ниже указанного норматива необходимо применять направляющие.

Ahmad Mohammadpanah исследовал поведение плавающих пил в сравнении с пилами, защемленными фланцами, при приложении внешних нагрузок в радиальном и боковом направлениях [73, 74]. В ходе аналитического и экспериментального исследования автором была изучена устойчивость круглой

пилы на скоростях докритических и сверхкритических, до скорости флаттера. Результаты исследования показали, что величина первой критической скорости для пилы с фланцевым креплением составляет 2380 об/мин, для плавающей пилы - 3000 об/мин. Пилы с фланцевым креплением не могут работать на скоростях выше критической, в то время как плавающие пилы сохраняют работоспособность вплоть до скорости флаттера. Таким образом одним из преимуществ использования плавающих пил является возможность работы на более высоких скоростях. Тем не менее, недостатком использования таких пил с существующими типами контактных направляющих является необходимость частого обслуживания: замена направляющих колодок вследствие износа, коррозия из-за использования водо-воздушной смеси, необходимость использования масла для смазки направляющей.

На величину изгибной жесткости оказывают влияние такие факторы, как: геометрические размеры пилы и зажимных фланцев, начальное напряженное состояние диска, нагрев диска по радиусу, частота вращения, величина сил сопротивления резанию.

Скорость резания, м/с, определяется выражением:

V = пБп/ 60, (1. 1)

где Б - диаметр пилы, м; п - частота вращения пильного вала, мин-1. Скорость подачи, м/мин:

и = щгп/1000, (1. 2)

где иг - подача на один зуб, мм; г - число зубьев.

Сила резания - равнодействующая, состоит из трех составляющих: Рг -касательная (тангенциальная) составляющая, Ря - нормальная (радиальная) составляющая и ^ - боковая (осевая). Нормальная составляющая бывает положительной (сила отжима) и отрицательной (сила затягивания). Боковая составляющая силы резания вызвана неоднородностью древесины, разводом зубьев, способом их заточки и другими причинами (рисунок 2).

Рисунок 2. Силы, действующие на древесину со стороны пилы при встречном

пилении.

Итоговая сила резания определяется выражением:

А. Л. Бершадский обобщил многочисленные теоретические и экспериментальные работы по резанию древесины [9, 10, 11]. Он предложил зависимости касательной силы резания от толщины срезаемого слоя, описывающие сущность процесса резания древесины, который назвал «общим законом резания» [9, 10]:

где кп - среднее давление при стружкообразовании передней гранью резца,

где рп - сила резания по передней грани;

рз - сила резания при е = 0, то есть сила, воздействующая со стороны задней грани.

В трудах С. А. Воскресенского, М. А. Дешевого, Е. Г. Ивановского, В. И. Санева, В. К. Пашкова, И. К. Кучерова, Н. К. Якунина, Ю. М. Стахиева представлены аналитические выражения для определения сил резания.

Экспериментальные исследования боковой силы резания Q показывают, что она возрастает при переходе от тангенциального резания к радиальному. При изменении направления резания от попутного к встречному, а также при увеличении толщины стружки она меняет знак. Толщина зуба практически не

(1. 3)

Р = Рз + кп-е,

(1. 4)

кп-е = рп,

(1. 5)

влияет на величину боковой силы Q. Величина суммарной боковой силы резания в среднем составляет 10...20Н [61].

Таким образом, в боковом направлении на круглую пилу в процессе пиления действует сила, вызванная непосредственно процессом резания (сила Q). Кроме того, на отклонение пилы в поперечном направлении влияют усилия, возникающие от внутренних напряжений (вследствие температурного перепада по радиусу, действия центробежных сил инерции, напряжения от проковки и вальцевания).

В основе повышения эффективности работы круглопильных станков, улучшения качества получаемых пиломатериалов, увеличения ресурса лежит решение проблемы повышения устойчивости и изгибной жесткости круглых пил.

Факторы, влияющие на жесткость и устойчивость круглой пилы.

Эффективность работы круглопильных станков зависит в значительной степени от точности пиления, так как точность пиления определяет качество пиломатериалов и объем полезного выхода пилопродукции, количество потребляемой энергии.

Для объективной оценки точности пиления необходимо сравнить отклонения размеров получаемых пиломатериалов от заданных для сухой древесины и от заданных с учетом припуска на усушку - для сырых [69].

Точность получаемых размеров пиломатериалов зависит от ряда факторов, к которым относятся: точность настройки станка на размер пиломатериалов, точность позиционирования пил и точность пиления.

Точность пиления древесины на круглопильных станках определяется положением пилы в пропиле, воздействием сил на диск пилы в процессе резания (составляющих сил сопротивления резанию Р и Q), способности круглой пилы сопротивляться действию этих сил (жесткость /Д а также устойчивостью (величиной критической силы Ркр) [51].

На диск пилы в процессе резания действует боковая составляющая силы резания (отклоняющая). Также возникают усилия, вызванные несовершенством

конструкции лесопильных и деревообрабатывающих станков. Возможность диска пилы сопротивляться отклоняющим усилиям определяется жесткостью пилы. Различают начальную и технологическую (рабочую) жесткость [61]. Начальная жесткость определяется геометрическими размерами диска пилы, диаметром фланцев, остаточными напряжениями от проковки и вальцевания, напряжениями от вращения. Технологическая жесткость учитывает напряжения от неравномерного нагрева диска пилы в процессе пиления, а также действие сил

сопротивления резанию. В общем случае жесткость определяется выражением:

р

!=- , (1. 6)

ш

где Рп - величина поперечной силы;

w - прогиб диска в направлении действия отклоняющей силы.

Исследования, выполненные проф. Г. Ф. Прокофьевым, позволяют определить влияние сил резания на точность пиления на рамных и ленточнопильных станках. Позднее в работе [53] подтверждена возможность использования полученного Г. Ф. Прокофьевым аналитического метода для расчета круглых пил. Условием точного пиления является:

Утах ^\У], (1. 7)

где утах - максимальное отклонение зубчатой кромки пилы, \у] -допустимая величина отклонения.

Проведенные экспериментальные [52] и теоретические [51] исследования установили связь между рабочей ]р (жесткость пилы в процессе пиления), начальной жесткостью ]н (жесткость пилы в отсутствие сил резания), силой Ркр (критическая сила - предельная, при которой пила теряет плоскую форму устойчивого равновесия) и радиальной (осевой) составляющей силы резания Р. Установленная зависимость имеет вид:

а 8)

Рабочая жесткость пилы определяется выражением:

Q

ь = - , а 9)

Р У

где Q - боковая сила, воздействующая на пилу вследствие процесса резания, Н; у - отклонение пилы под действием боковой силы, мм.

Таким образом, условие точного пиления:

л

Ушах (1. 10)

Н V ^кр/

В работе [26] приведено следующее выражение для допустимого отклонения пилы:

\У] =

N

А2 — А2 — А2 — А2

(1. 11)

8

где АТ,Апоз,Ауш,Аус - допуски толщины пиломатериалов,

позиционирования пил, уширения зубьев и усушки пиломатериалов соответственно.

Сила резания определяется по формуле (по А. Л. Бершадскому [10]):

103(1-т) -Ь-к- и1-т

Р =

гь\т

(пОп)1-т - smm в -гт -

где п - число оборотов (мин-1); и - скорость подачи, м/мин; В - диаметр круглой пилы, м; И - высота пропила, мм; в - кинематический угол встречи; ^ - толщина круглой пилы, мм; Ь - ширина стружки, мм; ? - расстояние между соседними зубцами, мм;

К - удельная работа резания при толщине стружки е = 1 мм, кгм/см3; т - степенной показатель менее 1 (по опытам К. Зворыкина т = 0,33), показывающий интенсивность падения работы резания К с ростом е.

Значение критической радиальной силы резания для не вращающегося диска без начальных напряжений может быть определено по формуле [62]:

, (1. 12)

_ пЕБ3 !(С,У,Ръ/Рг) Ркр = 12(1-^)' (о — аф) , (1. 13)

где f(c,Y,Pt/Pr) - безразмерная функция, во всех случаях в порядке первого приближения можно принять [(с, у, Р1/Рг) = 1,167;

Рг/^г - отношение касательной и радиальной сил резания;

О - диаметр пилы, м;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Емельянов Александр Владимирович, 2022 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Авторское свидетельство № 245325 А1 СССР, МПК В27Ь 7/00, В27Ь 29/00. Устройство для базирования пиломатериалов : № 1224341/29-33 : заявл. 11.03.1968 : опубл. 04.06.1969 / Ф. М. Манжос, В. И. Мелехов.

2. Авторское свидетельство СССР № 961946, МПК В27Ь 33/08. Дисковая пила : № 3250215/29-15 : заявл. 13.02.81 : опубл. 30.09.82 / А. Г. Лахтанов, А. М. Дроздов, Л. М. Козел; заявитель, патентообладатель Белорусский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт им. С. М. Кирова - 3 с.

3. Авторское свидетельство СССР № 350646, МПК В27Ь 5/32, В27Ь 5/38. Круглопильный станок : № 1620684/29-33 : заявл. 09.02.1971 : опубл. 13.09.1972 / Л. А. Фефилов ; заявитель, патентобладатель Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины - 3 с.

4. Авторское свидетельство СССР № 1662848, МПК В27Ь 5/38. Устройство для демпфирования колебания дереворежущих пил. № 4630610/15 : заявл. 04.01.1989 : опубл. 15.07.1991 / В. В. Сабов, Б. А. Перминов, О. А. Яковлев ; заявитель В. В. Сабов. - 4 с.

5. Авторское свидетельство СССР № 453294, МПК В27Ь 13/00, B27g 19/06. Электромагнитный демпфер колебаний для ленточных пил. № 1868738/2933 : заявл. 08.01.1973 : опубл. 15.12.1974 / А. Э. Грубе, В. И. Санёв, Ю. В. Малышев ; заявитель Ленинградская ордена Ленина лесотехническая академия имени С. М. Кирова. - 2 с.

6. Авторское свидетельство СССР № 485865, МПК В27Ь 5/14. Круглопильный станок. № 1987978/30-15 : заявл. 16.01.1974 : опубл. 30.09.1975 / Г. Ф. Прокофьев, А. В. Грачев, Ю. М. Стахиев, Л. А. Фефилов, А. А. Настенко ; заявитель Центральный научно-исследовательский институт механической обработки древесины. - 3 с.

7. Амалицкий, В. В. Оборудование отрасли : учебник. / В. В. Амалицкий, Вит. В. Амалицкий. - Москва : ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 584 с.

8. Афанасьев, А. Г. Пильный модуль с кольцевой пилой / А. Г. Афанасьев, Е. В. Волянская, А. И. Кузнецов // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века : труды XI Международного евразийского симпозиума 20-23 сентября 2016 г. / Минобрнауки России, Уральский государственный лесотехнический университет, Уральский лесной технопарк. - Екатеринбург, 2016. - С. 160-162.

9. Бершадский А. Л. Общий закон резания и его практическое применение. / А. Л. Бершадский // Деревообрабатывающая промышленность, 1961 - №8, С. 7-10.

10. Бершадский, А. Л. Резание древесины / А. Л. Бершадский. - Москва : Гослесбумиздат, 1958. - 328 с.

11. Бершадский, А.Л. Расчет режимов резания древесины / А.Л. Бершадский. - М.: Лесная промышленность, 1967. - 173 с.

12. Боровиков, А.М. Справочник по древесине : справочник / А.М. Боровиков, Б.Н. Уголев; под ред. Б.Н. Уголева. - М.: Лесная промышленность, 1989. - 296 с.

13. Буль, Б. К. Основы теории электрических аппаратов / Б. К. Буль, Г. В. Буткевич, А. Г. Годжелло, В. Г. Кураев, Н. Е. Лысов, П. В. Сахаров, А. Г. Сливинская, И. С. Таев, А. А. Чунихин, Л. В. Шопен ; под ред. проф. Г. В. Буткевича. - Москва : Высшая школа, 1970. - 600 с.

14. Вольдек, А. И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. / А. И. Вольдек. - Ленинград : Энергия, 1970. - 272 с.

15. ГОСТ 7016-2013 Изделия из древесины и древесных материалов. Параметры шероховатости поверхности. Введ. 01.01.14. - М.: Стандартинформ, 2014. - 12 с.

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

17. Грубе, А.Э. Повышение качества распиловки путем охлаждения дисковых пил водо-воздушной смесью / А.Э. Грубе, В.И. Санев, В.К. Пашков // Деревообр. пром-сть, 1967. - №3. - С.5-8.

18. Дербин, М.В. Совершенствование круглопильных станков / М. В. Дербин, В. М. Дербин // Лесотехнический журнал. - 2017. - №2. - С. 160-165.

19. Емельянов, В. П. К расчету параметров фиктивных проводящих и фиктивных токовых слоев в моделях линейных асинхронных двигателей / В. П. Емельянов, А. В. Емельянов // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования : Сб. научн. тр. Арханг. гос. техн. ун - т. - 2002. -С. 75-77.

20. Емельянов, В. П. Моделирование реальной геометрии индукторов линейных асинхронных двигателей / В. П. Емельянов, А. В. Емельянов // Современные тенденции в науке и образовании : сборник трудов по материалам Международной научно-практической конференции в 5 частях. Часть III (28 февраля 2015 г.) / Москва - Москва : АР-Консалт, 2015. - С. 11 - 12.

21. Ершов, С.В. Влияние частоты вращения на критическую радиальную силу круглой пилы / С.В. Ершов // Лесн. журн. - 1998. - №6. - С.66-70.

22. Жерве, Г. К. Промышленные испытания электрических машин. / Г. К. Жерве - Ленинград : Энергоатомиздат, 1984. - 408 с.

23. Иванчура, В. И. Исследование электропривода с многофазным линейным асинхронным двигателем поперечного потока / В. И. Иванчура, В. В. Суханов, Н. А. Никулин // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. - 2009. №2. -С. 157-161.

24. Калнинь, Т. К. Линейные индукционные машины с поперечным магнитным потоком / Т. К. Калнинь. - Рига : Зинатне, 1980 - 170 с.

25. Клубков А. П. Влияние медного покрытия на устойчивость тонких дисковых пил с пластинами твердого сплава / А. П. Клубков, А. А. Гришкевич, В. Т. Лукаш // Труды БГТУ. Серия II, Лесная и деревообрабатывающая промышленность. - Минск : БГТУ, 2008. - Вып. XVI. - С. 260-263.

26. Ковалев, Л.А. Повышение точности пиления древесины круглыми пилами : автореф. дис. ... канд. Техн. наук : 05.21.05 / Л.А. Ковалев. - Архангельск, 2011. - 19 с.

27. Корн, Г. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) / Г. Корн, Т. Корн - Москва : Наука, 1973. - 832 с.

28. Красиков, А. С. Повышение устойчивости круглых пил. / А. С. Красиков // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века труды XV международного евразийского симпозиума 6-8 октября 2020 г. Екатеринбург. - 2020. - С. 107-111.

29. Кузнецов, Е. Ю. Повышение рабочей жесткости круглых пил электромагнитными направляющими : специальность 05.21.05 "Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Кузнецов Евгений Юрьевич. - Йошкар-Ола, 2013. - 113 с.

30. Кузнецов, Е. Ю. Экспериментальные исследования точности пиления древесины круглыми пилами с применением электромагнитных направляющих / Е. Ю. Кузнецов, А. С. Торопов, Е. С. Шарапов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2014. - Т. 18. - № 2. - С. 54-57.

31. Лунц, Г. Л. Функции комплексного переменного : учебник для вузов / Г. Л. Лунц, Л. Э. Эльсгольц - Санкт-Петербург : Лань, 2002. - 304 с.

32. Маковский, Н. В. Теория и конструкции деревообрабатывающих машин : учебник для вузов. / Н. В. Маковский, В. В. Амалицкий, Г. А. Комаров, В. М. Кузнецов. - Москва : Лесная промышленность, 1990. - 608 с.

33. Манжос, Ф. М. Точность механической обработки древесины / Ф. М. Манжос. - Москва : Гослесбумиздат, 1959. - 264 с.

34. Маргелов, А. Датчики магнитного поля на эффекте Холла компании Honeywell / А. Маргелов // Инженерная микроэлектроника. - 2005. №4. - С. 55-58.

35. Морозов, В.Г. Дереворежущий инструмент. Справочник / В.Г. Морозов,. М.: Лесная промышленность, 1988. - 344 с.

36. Определение возможности использования аэростатических направляющих для охлаждения круглых пил при пилении древесины / П.Б. Шубный, М.В. Дербин, Л.А. Ковалев // Лесной журнал. - 2011. - №5. - С.138-140.

37. Осмоловский, Д. С. Пути снижения шума от круглопильных деревообрабатывающих станков применением вибродемпфирования с сухим трением в узле крепления пильного диска / Д. С. Осмоловский, В. Ф. Асминин // Леса России в XXI веке. Материалы первой международной научно-практической интернет-конференции. - Санкт-Петербург, 2009 г. - С. 259-261.

38. Осмоловский, Д. С. Снижение шума от круглопильных деревообрабатывающих станков применением унифицированных вибродемпфирующих фрикционных прокладок (ВДПСТ) между пильным диском и зажимным фланцем : дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 01.04.06 / Осмоловский Денис Сергеевич ; Воронежская государственная лесотехническая академия. - Санкт-Петербург, 2011. - 140 с.

39. Палис, Ф. Двигатель с поперечным магнитным полем - компьютерные и экспериментальные исследования / Ф. Палис, М. Штаман, Ю. Киршнер, В. В. Наний, А. А. Дунаев, А. В. Егоров // Проблемы автоматизированного электропривода. - Харьков : НТУ "ХПИ". - 2013. - № 36 (1009). - С. 287-290.

40. Памфилов Е.А. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования / Е.А. Памфилов, П.Г.Пыриков // Изв.вузов. Лесн.журн. - 2006. - №2. - С.85-90.

41. Патент N 94898 Российская Федерация, МПК В27В 13/10 (2006.01). Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы : N 2010107641/22 : заявл. 02.03.2010 : опубл. 10.06.2010 / Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов ; заявитель Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов. - 17 с.

42. Патент N 2307024 Российская Федерация, В27В 13/10 (2006.01). Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы : N 2005139674/03 : заявл. 19.12.2005 : опубл. 27.09.2007 / Г. Ф. Прокофьев, И. И. Иванкин ; заявитель АГТУ. - 5 с.

43. Патент N 2397861 Российская Федерация, В27В 5/38 (2006.01). Отжимная магнитная направляющая круглой пилы : N 2009136759/03 : заявл. 05.10.2009 : опубл. 27.08.2010. / Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов ; заявитель Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов. - 6 с.

44. Патент N 2450918 Российская Федерация, В27В 5/38 (2006.01), В27В 33/08 (2006.01). Устройство для снижения шума и вибрации от дисковых пил : N 2010130441/02 : заявл. 20.07.2010 : опубл. 20.05.2012 / В. Ф. Асминин, Д. С. Осмоловский ; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия». - 10 с.

45. Патент N 2536637 Российская Федерация, В27В 5/14 (2006.01). Круглопильный станок : N 2013127872/13 : заявл. 18.06.2013 : опубл. 27.12.2014 / М. В. Дербин, В. М. Дербин ; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ) . - 7 с.

46. Патент N 2572191 Российская Федерация, В27В 5/14 (2006.01). Пневмоуправляемая пила : N 2014125389/13 : заявл. 23.06.2014 : опубл. 27.12.2015 / М. В. Дербин, А.И. Лычаков, В. М. Дербин ; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ). - 5 с.

47. Патент N 2572209 Российская Федерация, В27В 5/00 (2006.01). Пневмоуправляемая пила : N 2014125391/13 : заявл. 23.06.2014 : опубл. 27.12.2015 / М. В. Дербин, А. И. Лычаков, В. М. Дербин ; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ). - 5 с.

48. Пашков, В. К. Режимы пиления в круглопильных станках и линиях / В. К. Пашков. - Екатеринбург : УГЛТУ, 2007. - 187 с.

49. Пижурин, А. А. Основы научных исследований в деревообработке : учебник для вузов / А.А. Пижурин, А.А. Пижурин. - Москва : МГУЛ, 2005. - 305 с.

50. Плотников, Ю. В. Направляющие и виброгасящие устройства ленточных пил / Ю. В. Плотников. - Москва : Лесная промышленность, 1975. -127 с.

51. Прокофьев Г. Ф. Аналитический метод определения точности пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г. Ф. Прокофьев, И. И. Иванкин // Наука - Северному региону: сборник научных трудов. АГТУ, Архангельск, 2006.

- № 67, С. 297-304.

52. Прокофьев Г. Ф. Исследование влияния некоторых факторов на устойчивость рамных пил : диссертация канд. техн. наук / Г. Ф. Прокофьев, Архангельск, 1970. - 146 с.

53. Прокофьев Г. Ф. Определение аналитическим методом точности пиления древесины круглыми пилами. / Г. Ф. Прокофьев, И. И. Иванкин, Л. А. Ковалев // Лесной журнал, 2009. - №1. - С. 78-83.

54. Прокофьев, Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г. Ф. Прокофьев. - Москва : Лесная промышленность, 1990.

- 240 с.

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

56. Санёв, В. И. Обработка древесины круглыми пилами / В. И. Санёв. -Москва : Лесная промышленность, 1980. - 232 с.

57. Свечарник, Д. В. Электрические машины непосредственного привода: Безредукторный электропривод / Д. В. Свечарник. - Москва : Энергоатомиздат, 1988. - 208 с.

58. Соколов, Г. А. Борьба с шумом в деревообрабатывающей промышленности / Г. А. Соколов. - Москва : Лесная промышленность, 1974. - 144 с.

59. Соколов, М. М. Электропривод с линейными асинхронными двигателями / М. М. Соколов, Л. К. Сорокин. - Москва : Энергия, 1974. - 136 с.

60. Соловьев, И. И. Совершенствование термопластической технологии подготовки круглых пил : специальность 05.21.05 "Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Соловьев Иван Иванович. - Архангельск, 2012. -130 с.

61. Стахиев, Ю. М. Работоспособность плоских круглых пил / Ю. М. Стахиев. - Москва : Лесная промышленность, 1989. - 384 с.

62. Стахиев, Ю. М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил / Ю. М. Стахиев. - Москва : Лесная промышленность, 1977. - 296 с.

63. Стахиев, Ю.М. Экспериментальные исследования жесткости круглых пил \ Ю.М. Стахиев // Научные труды ЦНИИМОД, Архангельск, 1968. - №6.

64. Суханов, В. Г. Круглопильные станки для распиловки древесины / В. Г. Суханов. - Москва : Лесная промышленность, 1984. - 96 с.

65. Торопов, А. С. Конструкция и принцип действия электромагнитной направляющей круглой пилы / А. С. Торопов, Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов // Вестник института: преступление, наказание, исправление. - 2010. - № 11. - С. 64-65.

66. Торопов, А. С. Обоснование параметров электромагнитной направляющей в круглопильных станках / А. С. Торопов, Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. - 2011. - № 3. - С. 144-147.

67. Торопов, А. С. Теоретические исследования точности пиления древесины круглыми пилами с применением электромагнитных направляющих / А. С. Торопов, Е. Ю. Кузнецов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2013. - № 3(333). - С. 86-96.

68. Торопов, А. С. Экспериментальные исследования взаимодействия электромагнитной опоры с диском круглой пилы / А. С. Торопов, Е. С. Шарапов, Е. Ю. Кузнецов // Вестник Московского государственного университета леса -Лесной вестник. - 2011. - № 5. - С. 122-124.

69. Феоктистов А. Е. Точность распиловки на ленточнопильных станках для бревен. / А. Е. Феоктистов // Деревообрабатывающая промышленность, 1962. - № 3, С. 12-15.

70. Шварц, Л. Анализ: в 2 томах. Т.2. / Л. Шварц - Москва : Мир, 1972. -

528 с.

71. Якунин, Н. К. Круглые пилы и их эксплуатация / Н. К. Якунин. -Москва : Лесная промышленность, 1977. - 200 с.

72. Ямамура, С. Теория линейных асинхронных двигателей: Перевод с английского / С. Ямамура. - Ленинград : Энергоатомиздат, 1983. - 183 с.

73. Ahmad Mohammadpanah. Dynamic response of guided spline circular saws vs. collared circular saws, subjected to external loads. / Ahmad Mohammadpanah, Stanley G. Hutton // Wood Material Science & Engineering, 22 jul 2019.

74. Ahmad Mohammadpanah. Idling and cutting vibration characteristics of guided circular saws : A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of applied science, the faculty of graduate studies, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, January 2012.

75. Australia patent AU225506B2. Improvements in saw packing and/or guiding : appl.no. 22688/56 : filed Oct. 25, 1958 : patented Apr. 24, 1958 / Malcolm Clyde Williams, William Henry Blakeway.

76. Baserrah, S. Comparison study of permanent magnet transverse flux motors (pmtfms) for in-wheel applications / Salwa Baserrah, Bernd Orlik // Conference: XII Polish Drying Symposium (PDS2009) September 14-16, 2009. - Lodz, Poland, 2009. -Р.96-101.

77. British Patent 12364. Improvements in the Shuttle Mechanisms and Reeds of Looms : patented June 26, 1901 / Weaver Jacquard and Electric Shuttle Co.

78. Danielson, O. Design of linear generator for wave energy plant : master's degree / Oskar Danielson ; Uppsala university school of engineering. - Uppsala, Sweden, 2003.

79. Dobzhanskyi, O. Comparison analysis of ac pm transverse-flux machines of different designs in terms of power density and cost / O. Dobzhanskyi, R. Gouws, E. Amiri // 58th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). - 2017.

80. Ettelt, B. Advantages of instrument covered polymeric material / B. Ettelt // Journal Moderne Holzverarbeiyung - 1970. - №11.

81. Gieras, J. F. Analytical calculation of electrodynamic levitation forces in a special-purpose linear induction motor / Jacek F. Gieras, Zdzislaw Gientkowski, Jacek Mews, Pawel Splawski // IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). - 2011. - P. 1058-1063.

82. Gieras, J. F. Linear Induction Drives. / J. F. Gieras. - Great Britain : Oxford University Press, 1994. - 298 p.

83. Gospodaric, B. Active vibration control of circular saw blades / B. Gospodaric, B. Bucar, G. Fajdiga // European Journal of Wood and Wood Products, 2015. - №73 - P.151-158.

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

85. Hutton, S. G. The dynamics of circular saw blades / S. G. Hutton // Journal Holz als Roh und Werkstoff. - 1991. - №49. - P.105-110.

86. Inacio, S. An electrical gearbox by means of pole variation for induction and superconducting disc motor / S. Inacio, D. Inacio, J. M. Pina, S. Valtchev, M. V. Neves, A. L. Rodrigues // EUCAS '07: The 8th European Conference on Applied Superconductivity (Brussels Expo, Belgium, 16-20 September 2007). - Brussel, Belgium, 2007. - P.1-8.

87. Kopecky, Z. Quality of the workpiece surface at cutting by a circular-saw blade with the irregular tooth pitch / Z. Kopecky, M. Rousek, L. Hlaskova, P. Vesely, E. Svoboda // For Wood Technol., 2011. - №74 - P.192-198.

88. Kuijpers, A. A. Force Analysis of Linear Induction Motor for Magnetic Levitation System / A. A. Kuijpers, C. Nemlioglu, F. Sahin, A. Verdel, J. C. Compter, E. A. Lomonova // 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, EPE-PEMC 2010.

89. Kurum, H. Double-sided linear induction motor with a rotary solid steel-secondary disc / Hasan Kurum, Ahmed I.A. Shobair // Engineering modelling. - 2000. -№13. - P.107-110.

90. Lehman, B. F. Dynamics of guided circular saws : A thesis submitted as partial fulfillment of the requirements for the degree of master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, September 25, 1985.

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

92. 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, April 30, 1990.

93. McKenzie, W. M. Effect of slots on critical temperature and et. al. criterious of stability of circular saw. / W. M. McKenzie // Journal of Wood Science. - 1973. -№4.

94. Mote, C. D. Circular saw vibration control by induction of thermal membrane stresses / C. D. Mote, G. S. Schajer, S. Holoyen // Journal Eng. Ind. 103 (1).- P.81-89.

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

96. Mote, C.D. The Temperature distribution in circular saw in during cutting \ C. D. Mote, S. Holoyen //NorskTretekninisk Institutt Medd. - 1973. - № 49.

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

98. Parviainen, A. Design of axial-flux permanent-magnet low-speed machines and performance comparison between radial-flux and axial-flux machines : Thesis for the degree of Doctor of Science (Technology) / A.Parviainen //Acta Universitatis Lappeenrantaensis. - Lappeenranta, Finland, 2005. - p.153.

99. Peabody, F. An analysis of a thin steel rotor, double sided annular, linear induction motor" / F. Peabody, Dunford W. G. Int. Conf. Maglev and Linear Drives, Vancouver, May 14-16, 1986" // New York. - 1986. - №4. - P.143-198.

100. Poloujadoff, M. The theory of linear induction machinery / M. Poloujadoff // Great Britain : Oxford university press, 1980. - 276 p.

101. Popa, D. C. C.A.D. of linear transverse flux motors / D. C. Popa, V. Iancu, I. A. Viorel, L. Szabo // Buletinul institutului politehnic ia§i tomul l (liv). - 2005. - №5.

102. Popa, D. C. Improved design of a linear transverse flux reluctance motor / D. C. Popa, V. Iancu, L. Szabo // 11th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment. - United States, 2008. - P. 137-142.

103. Popa, D. C. Linear transverse flux motor for conveyors / D. C. Popa, V. Iancu, L. Szabo. - Romania : Technical University of Cluj-Napoca, 2007. (57)

104. Popa, D.C. On the design of the modular linear transverse flux reluctance motors / D. C. Popa, V. Iancu, I. A. Viorel, L. Szabo // 6th international conference on electromechanical and power systems October 4-6, 2007. - Chi§inau, Rep. Moldova, 2007. - P. 77-80.

105. Rinkeviciene, R. Linear induction motor at present time / R. Rinkeviciene, A. Smilgevicius // Electronics and electrical engineering. - 2007.- №6 - P. 3-8.

106. Rostami, N. High efficiency axial flux permanent magnet machine design for electric vehicles / Naghi Rostami // Journal of Science. - 2019. - №2. - P.544-556.

107. 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. (23)

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

109. 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.

110. Sinn, G. Properties of wood surfaces—characterisation and measurement. A review. COST action E35 2004-2008: wood machining—micromechanics and fracture / G. Sinn, J. Sandak, T. Ramananantoandro //. Holzforschung, 2009. - Vol. 63 - P.196-203.

111. Suyang Li. Dynamic stability of cemented carbide circular saw blades for woodcutting. Suyang Li, Chengyong Wang, Lijua Zheng, Yujia Wang, Xinpei Xu, Feng Ding // Journal of materials processing technology, 2016 - №238. - P.103-123.

112. Szabo, L. Compact double-sided modular linear motor for narrow industrial applications / L. Szabo, D. C. Popa, V. Iancu // Power Electronics and Motion Control Conference, 2006. EPE-PEMC 2006. 12th International. - P. 1064-1069.

113. Thunnel, B. Dimensional Accuracy in Sawing. / B. Thunnel // Swenska Traforsknings Institutet. - 1975. - serie B. №109. - 19 p.

114. Turman, B. N. The pulsed linear induction motor concept for high-speed trains / B. N. Turman, B. M. Marder, G. J. Rohwein, D. P. Aeschliman, J. B. Kelley, M. Cowan, R. M. Zimmerman. - California, US : Sandia report, 1995. - 42 p.

115. Udupi, S. Effect of saw tooth side clearance on stability and cutting accuracy of guided circular saws : A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of master of applied science / S. Udupi ; The university of British Columbia. - Vancouver, Canada, 2001. - p. 104.

116. United Kingdom patent GB1425382A. Saw guides : appl.no 15853/73 : filed Apr. 03, 1973 : patented Feb. 18, 1976. / Hawker Siddeley Canada Inc.

117. United states patent 0302227. Method for straining and steering of a blade in a saw device and steering and straining devices : appl.no 11/997337 : filed Aug. 1, 2006 : patented Dec. 11, 2008 / R.Viljanen.

118. United states patent 3156274. Mist lubricated ripsawing method and mechanisms : appl.no. 3156274 : filed July 27, 1961 : patented Nov. 10, 1964. / Alexander J Golick.

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

120. United states patent 3516461. Saw guide apparatus : appl.no. 716527 : filed Mar. 27, 1968 : patented June 23, 1970. / Elbridge W. Thrasher.

121. United states patent 3550654. Saw guide mounting : appl.no. 769885 : filed Oct. 23, 1968 : patented Dec. 29, 1979. / Elbridge W. Thrasher.

122. United states patent 3568738A. Apparatus for sawing wood to produce smooth rotary planed surfaces : appl.no. 791930 : filed Jan. 17, 1969 : patented Mar. 9,1971. / Elbridge W. Thrasher.

123. United states patent 3667514. Guiding circular saws : appl.no. 4817 : filed Jan. 22, 1970 : patented Jun. 06, 1972 / Oliver E Krog.

124. United states patent 3674065. Saw guides : appl.no. 60979 : filed July 06, 1970 : patented July 04,1972 / Louis R Fairfield Jr, Raymond A Van Vliet, Thomas A Mclauchlan.

125. United states patent 3703915. Thin kerf saw machinery : appl.no. 63862 : filed Aug. 14, 1970 : patented Nov. 28,1972 / Harry C Pearson.

126. United states patent 3772956. Edger saw guide plug : appl.no. 140446 : filed May 5, 1971 : patented Nov. 20,1973 / James R. McMillan.

127. United states patent 3850060. Method and apparatus for guidance of saw blades utilizing Bernoulli effect : appl.no. 333980 : filed Feb. 20, 1973 : patented Nov. 26,1974 / William H. Wilcox, deceased, late of Stockton, Calif. by Elizabeth Wilcox, executrix.

128. United states patent 3918334. Method for guidance of saw blades utilizing Bernoulli effect : appl.no. 483216 : filed June 26, 1974 : patented Nov.11, 1975 / William H. Wilcox, deceased, late of Stockton, Calif., by Elizabeth Wilcox, executrix.

129. United states patent 3954037. Linear motor band saw : appl.no 594540 : filed July 9, 1975 : patented May 4, 1976 / Guillermo Baez Rios.

130. United states patent 4210184. Circular resaw apparatus and method: appl. no. 05/873711; filed Jan, 30, 1978; patented Jul. 1, 1980 / Douglas H. McGriff.

131. United states patent 8984997. Device for stabilizing rotation of a blade in a circle saw : appl.no 13/825.955 : filed Sep. 23, 2010 : patented Mar. 24, 2015 / R.Viljanen.

132. United states patent 8986076. Direct motor-drive portable angle grinder : appl.no 14/099220 : filed Dec., 6, 2014 : patented Mar. 24, 2015 / Tai-Her-Yang.

133. Vasques, C. M. A. Design of 'quiet' circular saw blades through added damping / C. M. A. Vasques, J. D. Rodrigues // 8° Congresso Nacional de Mecanica Experimental Guimaraes, 21-23 de Abril, 2010 - Guimaraes, Portugal

134. Viorel, I. A. Dynamic regime of the transverse flux reluctance motor / Ioan-Adrian Viorel, Lorand Szabo, Cristian §te| // Conference: Academia Days of Timi§oara, Symposium on Electrical Engineering and Power Systems. - Timi§oara (Romania), 2003.

135. Viorel, I.A., Direct Drive System with Two Phase Transverse Flux DiscType Motor / I.A. Viorel, A. D. Popan, Szabo Lorand, R. C. Ciorba // Conference: Proceedings of the International Conference on Power Electronics, Intelligent Motion and Power Quality (PCIM 2005), volume: Intelligent Motion (2005). - Nürnberg (Germany), 2005.

136. Wan, Zhao Design of a Stator Permanent Magnet Transverse Flux Machine for Direct-drive Application : A dissertation submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy / Zhao Wan ; North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, 2018. - p. 96.

137. Wang, Shufan Factors controlling guided circular saw cutting behavior : A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements for the degree of master of applied science / Shufan Wang ; The university of British Columbia. - Vancouver, Canada, 1999. - p. 92.

138. Yamada, T. Application of linear induction motor for tension supply and heating to thin steel sheet / T. Yamada, K.Fujisaki // IEEJ Trans. IA. - 2007. - №7. -Vol.127 - p. 707-714.

139. Yang, X. Torque characteristic analysis of a transverse flux motor using a combined-type stator core / Xiaobao Yang, Baoquan Kou, Jun Luo, Yiheng Zhou, Feng Xing // Applied Sciences, 2016. - №6. - P. 1-16.

Приложение 1

ПРОЕКТ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на разработку узла резания круглопильного торцовочного станка с бесконтактным электромагнитным прямым приводом

РАЗРАБОТАЛ

аспирант кафедры

лесопромышленных производств и обработки материалов ФГАОУ ВО «Северный (Арктический)

федеральный университет имени М.В. Ломоносова»;

A.B. Емельянов 2021 г.

1.Наименование и область применения

1.1. Наименование: узел резания круглопильного торцовочного станка для чистовой торцовки пиломатериалов толщиной до 100 мм.

1.2. Область применения: лесопильные, деревообрабатывающие предприятия малой и средней мощности.

1.3. Шифр ОКР: 3836-10379681-001-2022

1.4. Основание для разработки: инициативная разработка по модели 3 (ГОСТ Р 15.301-2016)

1.5. Исполнитель: ООО «Оптимист»

1.6. Срок выполнения: 31 декабря 2022 г.

2. Цель выполнения ОКР

2.1. Цель разработки - применение бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы в узле резания торцовочного станка.

2.2. Применение узла резания с бесконтактным электромагнитным прямым приводом круглой пилы позволит:

- увеличить высоту пропила;

- применить тонкие пилы;

- повысить качество обработки поверхности пиломатериала;

- повысить надежность узла резания;

- уменьшить вибрационные и шумовые нагрузки;

2.3. Источники разработки: результаты научных исследований, отечественные и иностранные аналоги, собственные разработки.

3. Технические требования к изделию

3.1. Состав узла резания торцовочного станка с бесконтактным электромагнитным прямым приводом:

- опорный вал с круглой пилой и зажимными фланцами;

- бесконтактный электромагнитный прямой привод инструмента;

- основание и ограждающие устройства

3.2. Требования назначения

3.2.1. Показатели назначения:

Наименование показателей Значение

1. сырьё: обрезные пиломатериалы - толщина, мм: - ширина, мм: - длина, м: 16...200 75...250 1,5.6,3

2. продукция: торцованные пиломатериалы с

кратной длиной

3. скорость подачи, м/мин: 10.25

- с возможностью частотного

регулирования

4. диаметр пилы, мм: 400.500

5. высота пропила, мм: 180.200

6. общая установленная мощность, кВт: 8*

7. габаритные размеры - длина, мм: - ширина, мм: - высота, мм: 600* 450* 650*

8. общая масса, кг: 90*

* - параметры уточняются при проектировании

3.3. Требования надежности

3.3.1. Срок службы до первого капитального ремонта: не менее 6 лет

3.3.2. Требования к надежности согласно ГОСТ 25223-82 «Оборудование деревообрабатывающее. Общие технические условия».

3.3.3. Конструкция узла резания должна обеспечивать удобство ремонта и замены изношенных деталей

3.4. Требования к технологичности, стандартизации, унификации

3.4.1. В конструкторской документации применить стандартные комплектующие (пилы, подшипники, болты)

3.4.2. Конструкторская документация должна пройти технологический контроль и унификацию.

3.4.3. Узел резания комплектуется одним комплектом пил и специальных ключей

3.5. Требования безопасности, охраны труда, охраны окружающей среды

Конструкция узла резания должна обеспечить:

- выполнение требования нормативных документов в части средств защиты персонала от воздействия высокочастотных, радиационных, электромагнитных полей, электрического напряжения, опасности попадания в движущиеся части механизма, теплового (светового) воздействия, шумов и вибрации;

- необходимые защитные ограждения;

- защиту от самосрабатывания и повреждений при воздействии статического электричества и перегрузок;

- требования по утилизации отходов, вторичному использованию изделия и материалов по окончании срока эксплуатации

3.6. Технико-экономические требования.

Перечень требований, выполнение которых обеспечит разработку узла резания, отвечающего условию экономической целесообразности его изготовления по критерию «эффективность - стоимость»:

3.6.1. Предельное значение стоимости ОКР в целом (без разбивки по этапам): 350 тыс.рублей

3.6.2. Ориентировочная стоимость изготовления изделия при серийном производстве: 110 тыс.рублей

3.6.3. Преимущества разрабатываемого узла резания: уменьшение объема опилок, улучшение качества обработки поверхности пиломатериала, увеличение ресурса применяемых круглых пил, повышение надежности узла резания

3.6.4. Ориентировочный срок окупаемости проекта: 8 месяцев

4. Этапы выполнения ОКР:

4.1. Формирование технического задания: март 2022 г.

4.2. Разработка конструкторской документации: май 2022 г.

4.3. Изготовление опытного образца: август 2022 г.

4.4. Монтаж, доводка, испытания: сентябрь 2022 г.

4.5. Корректировка технической документации: ноябрь 2022 г.

4.6. Проектирующая организация: ООО «Оптимист».

4.7. Предприятие изготовитель: ООО «Оптимист».

4.8. Предварительные испытания опытного образца проводятся на предприятии-изготовителе, приемочные испытания - на предприятии-потребителе.

4.9. Порядок проведения приемо-сдаточных испытаний регламентируется техническими условиями и программой испытаний.

Приложение 2

Текст программы расчета характеристик бесконтактного электромагнитного прямого привода круглой пилы

- воздушный зазор

- толщина диска пилы

- полюсное деление - частота тока

- линейная плотность тока

- обмоточный коэффициент

- число пар полюсов

Исходные данные: 5 := 0.0105 м Д := 0.0025 м т := 0.265 м

f := 96 Гц Лл := 110000 А/м коб := 0.96 р := 1 6

:= 5.6 • 10 См/м - удельная проводимость диска пилы

- 7

Н0 := 4 • п • 10 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха Н3 := 200|0 - относительная магнитная проницаемость диска пилы

s := 0.3 - скольжение

1 := 0.53 м - длина дуги индуктора

Ь := 0.1 м - ширина индуктора

Расчет характеристик БЭПП L := 2 • р • т V! := 2 • т • f V := v1 • (1 - s)

:= 2 • п • f

V2 • Лл • коб

J, :=

2

Расчет полюсов интегрирования в соответствии с теоремой вычетов:

Д

DISKR := | ч3 • 1 • V---|0

2

- 4 • 1 •

(

Ню

|3

- 1

Д 2

Д

• 10---Ъ • Ш1

0 2 3 1

Д

£0 :=

-1 • ч3 • V — |0 - ^мж! 2

2 •

5

— + 2

|0

Д

— - 1 !•-

|3

2

Д

£'0 :=

-1 • ч3 • V---|0 + ^/Шж!

2

ф(£) := ^ £2 + 1 • I • Ъ •("х + £ • V)

5

+

2

Вычисление промежуточных функций

( — Л G(£, z) := cosh| ф(£) • — I • cosh

I 2 )

£• - д;

+--• ф(£) • sinhí ф(£) • — I • sinh

Нз £ I 2

£• I *

—

Н(£) := £ • cosh| ф(£)

—^

• sinh

5 —

22

Но ( — А +--• ф(£) • sinh| ф(£) • — | • cosh

Нз I 2 )

£.Г 2 - — Л

I 2 2 ,

Н'(£) := ^Ь(ф(£) • -2 | • smh „2

I 2 2 )

д 2 • £ + I • V • Нз • Чз • £ . , (д Л . , +--•-• sinhl — • ф(£) | • sinh

2 2 • ф(£) ^ 2 )

+

А — 2 2

• £ • cosh| ф(£) • — | • cosh 2

£ •

А — 2 2

Ню 2 • £ + 1 • v • Не • Ъ ( — Л

+--•-• sinh| ф(£) • — | • cosh

Нз 2 • ф(£) ^ 2)

£-'2-—

£•1 2 -—Л

I 2 2 )

Но — 2 • £ + 1 • v • Нз • Ъ (— Л

+--• — •-• cosh| — • ф(£) | • cosh

Нз 2 2 I 2 )

5 - —' 2 2 .

Н0 ( 5 — Л ( —Л

+--• |---| • ф(£) • sinh| ф(£) • — | • sinh

Нз 12 2 ) I 2 )

£ • | 2 - — ^

I 2 2 ^

П

а :=

*1 :=

т —

4

*2 :=

_5 - —

2_

2

*2 = 0

Вычисление магнитной индукции в отдельных зонах БЭПП согласно математической модели

1)Зона 1:x<0

В2*1(х, *) := - • £'о • Но • Jl •

¿•Ца+£'о) - 1

О(£'о ,*)

(£'о + а) • Н'(£'о)

о > *) Ко^х е

Ватр2*1

2) Зона 2: 0<x<L

2

£

£

е

2

„ . T G(-a, z) - ia-x B2z2(x, z) := i - a - Ho - Ji---e

H(-a)

+ (-i)- C'o - Ho - Ji -+ (-i)- Co - Ho - Ji -

- i-L-(C'o+a)

G(C'o>z) i-e'o-x

e

(C'o + a) - H'(Co) G(Co, z)

i-Co-x

(Co + a) - H'(Co) Bamp2z2(x, z) :=JRe(B2z2(x, z))2 + Im(B2z2(x, z))2

3) 3i

B2z3(x, z) := 1 - Co - Ho - Ji -

e- i-L-(a+Co) - i

G(Co > z) i-Co-x

(Co + a) - H'(Co) Bamp2z3(x, z) := JRe(B2z3(x, z))2 + !т^з(х, z))2

Итоговое значение магнитной индукции

Bamp2z(x, z) :=

z2 = o.oo2

Bamp2z(o.5, o) = o.74

Bamp2zi(x, z) if x < 0 Bamp2z3(x, z) if x > L Bamp2z2(x, z) otherwise Построение графика распределения магнитной индукции в воздушном зазоре БЭПП

x := -0.05, -0.0499 ..(l + 0.9) 1

Bamp2z( x, z2)

o.8 o.6 o.4 o.2 o

o.5

Расчет сил, воздействующих на круглую пилу в магн итном п оле БЭПП 1) Расчет тягового усилия:

т 2 /. л

Но • J1 | 1 • L • а • G(-a, z) | Fnorm(z) :=--• Re|

2

Ho - Ji

Fvhod(z) :=--- Re

H(-a)

Co - G(Co, z)

i - ei-L-(Co+a)

y

(Co + a) - H'(Co)

o

i

x

2

т 2

Но • Jl

Fvynod(z) :=--• Re

2

Тяговое усилие:

£'о^(£'о ,*)

, 1Ь (£'о+а)1 - 1 Ь (£'о+а)

1 - е • е

2

(£'о + а) •Н'(£'о)

Fx(z) := |-погт(*) + Fvhod(z) + Fvyhod(z)| • 1 • Ь *2 :=- Fx(z2) = з 11.о5

2

Крутящий момент:

R := о.18

М := Fx(z2) • R М = 55.99

2) Расчет нормальной силы отталкивания, действующей на диск пилы в магнитном поле БЭПП

( — Л (5 — Л Но ( — Л (5 — Л

GG'(£) := ф(£) • — I • £ • smhl - - — I + — • ф(£) • smhl ф(£) • — I • ^ - — I

Расчет нормальной силы отталкивания в точке:

-Рот т(х) : =

( т 2 Но • т1 ( GG'(-а) -• Re

Л

V

2

Н(-а)

-Но • т1 +--Rd

-Но • т1 +--Rd