Энергетическая характеристика механизма резания лесопильной рамы Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.311 С.П. Агеев

Филиал «Севмашвтуз» С.-Петербургского государственного морского университета

Агеев Сергей Петрович родился в 1957 г., окончил в 1979 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизированных систем технической подготовки производства филиала «Севмашвтуз» СПбГМТУ. Имеет более 50 научных работ в области электроснабжения промышленных предприятий. Тел.: 20-03-57

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМА РЕЗАНИЯ ЛЕСОПИЛЬНОЙ РАМЫ

Выполнены построение и анализ энергетической характеристики механизма резания вертикальной лесопильной рамы, а также определены технические факторы, влияющие на ее параметры.

Ключевые слова: потребляемая мощность, потери энергии, лесопильная рама, производительность, сила резания, коэффициенты потерь.

Для энергетической оценки экономичности работы оборудования при различной производительности применяют энергетические характеристики [2].

Цель работы - составление энергетического баланса и построение энергетической характеристики механизма резания вертикальных лесопильных рам, которые являются наиболее энергоемкими потребителями лесопильного производства.

Получение энергетических характеристик основано на разделении всех элементов энергобаланса механизма на постоянные (не зависящие от производительности рамы) и переменные (зависящие от производительности) и установлении функциональных зависимостей переменных элементов баланса от производительности лесопильной рамы.

На рисунке показана структурная схема передачи мощности в механизме резания вертикальной лесопильной рамы, приводимом в движение асинхронным двигателем с фазовым ротором.

Электропривод Механизм резания

технического

Потребляемая пильной рамой мощность Рп содержит две составляющие:

переменную (полезную) мощность резания Ррез;

постоянную мощность АРппост потерь, вызванных силами трения в направляющих.

Таким образом,

Рп = Ррез + АРп.поСТ = СпА" + АР^ , (1)

где сп - постоянный (при определенных условиях) параметр, характеризую*-» тт I 3т 1—т

щий энергоемкость процесса резания, Дж / м • с ;

А - производительность лесопильной рамы, м3/с; т - показатель степени.

При номинальной производительности Аном лесопильной рамы мощность, подводимая к пильной рамке, имеет номинальное значение:

Р = с лт + ар (2)

п.ном п ном п.пост * V '

Отношение потребляемой мощности Рп к ее номинальному значению Рпном представляет собой технологический коэффициент нагрузки лесопильной рамы:

У = —.

Р А

п.ном ном

Потери мощности в кривошипно-шатунном механизме (две пары подшипников качения ) делят на две составляющие: переменную (пропорциональную передаваемой мощности) и постоянную (мощность постоянных потерь), полагая при этом, что другие показатели работы механизма, кроме нагрузки, неизменны. Изменение нагрузки не связано с переменой скорости или связано с таким ее изменением, что практически не нарушается пропорциональность между потребляемой мощностью и переменными потерями, а постоянные потери можно считать неизменными.

Потери мощности в кривошипно-шатунном механизме учитывают при помощи коэффициентов потерь, т.е. в долях от мощности, потребляемой пильной рамкой.

Мощность постоянных потерь АРшпост выразим в долях от Рпном через соответствующий коэффициент потерь аш :

АР = а Р (3)

ш.пост "ш^ п.ном >

мощность переменных потерь АРш пер - через мощность пильной рамки Рп и коэффициент переменных потерь Ьш :

АР = ЬР = Ь у Р

^^ ш.пер п иш1п п.ном*

Тогда общая мощность, потребляемая механизмом резания, Р = Р + АР + АР =у Р + Ь у Р + а Р =

м.п п ^^ ш.пер ^^ ш.пост / п п.ном ш / п п.ном ш п.ном

= Рп.ном [у п (1 + Ьш) + йш ] = Рп(1 + Ьш) + аш Рп.ном . (4)

Коэффициенты потерь можно определить по номинальному КПД пшном кривошипно-шатунного механизма и отношению потерь:

АР а

__ш.пост _ ш

Хш _ А Т> ~ и .

ш.пер.ном ьш

Для простых кинематических цепей обычно принимают %ш = 1, т.е. полагают Ьш = аш . При этом номинальный КПД можно рассчитать как отношение отдаваемой номинальной мощности Рп ном к потребляемой Р ном :

Р Р 1

_ п.ном __п.ном_____

Рм.р.ном Рп.ном (1 + аш + Ьш) 1 + аш + Ьш

Откуда

1 - Л

1ш.ном

а,,, + Ь,„ =-

шш

п

ш.ном

Возвращаясь к (4) и учитывая (1), составим уравнение энергетической характеристики Рмр = /(А) механизма резания:

Рм.р = (Сп Ат + АРп.пост )(1 + Ьш) + аш Рп.ном = Сп(1 + Ьш ) Ат + (1 + Ьш )АРп.пост +

+ аш Рп.ном = См.рА +АРм.р.пост. (6)

Здесь слагаемое АРмрпост - мощность постоянных потерь в механизме резания,

АРм.р.пост = (1 + Ьш)АРп.пост + ашРп.ном = Рп.ном[ап(1 + Ьш) + ^ (7)

АР

где ап = —— коэффициент постоянных потерь в пильной рамке.

^п.ном

В рассматриваемом случае АРшпост удобно представлять в долях не от номинальной мощности пильной рамки Рпном (см. (3)), а от постоянной составляющей АРп пост этой мощности:

АР = с Р = с а Р = а Р (8)

^^ ш.пост ш ш.пост ш п п.ном ш п.ном • V /

Отсюда

Р а

= а п.ном = ш .

сш _ аш . 0 _ '

АРп.пост ап (9)

АР

_ п.пост

аш ~ сш р .

1 п.ном

АР = Р

^^ м.р.пост г

Подставляя (9) в (7), получаем

АР^ (1 + Ьш) + сш АрПП0СГ = АРп.пост (1 + Ьш + О- (10)

п.ном п.ном _

Таким образом мощность, потребляемая механизмом резания,

Рм.р = (1 + Ьш)СпАт +АРп.пост(1 + Ьш + Сш) = См.р Ат + АР^- (11) Определим слагаемые, входящие в (11), используя при этом одну из методик расчета мощности резания, изложенную в [1]. Введем следующие обозначения: V — объем древесины, превращаемый в опилки за 1 с, м3/с; К — удельная работа рамного пиления для расчетных условий резания, Дж/м3;

В

-пр " ширина пропила, м;

Н Е — суммарная высота пропила, м; и — скорость подачи бревна, м/с .

В этом случае мощность резания Ррез (Вт) может быть вычислена по

«объемной» формуле

Ррез = КУХ = КВпрНЕи . (12)

Удельную работу К найдем как произведение удельной работы при нормированных (табличных) условиях КТ на общий поправочный коэффициент апопр , учитывающий отличие расчетных условий резания от нормированных:

К = КтаП0Пр . (13)

В случае рамного пиления обычно принимают

а = а а , (14)

попр пр р ' '/

где апр — коэффициент, учитывающий плотность древесины различных пород;

ар — коэффициент, учитывающий затупление резцов и зависящий от длительности работы пил после заточки.

Числовые значения поправочных коэффициентов, найденные по результатам экспериментов, приведены в таблицах [3]. Определим сумму высот всех пропилов:

Н,= Нср 2п = а^ср 2п, (15)

где Нср - средняя высота пропила Нср = а^ , м;

а1 — коэффициент постава, принимаемый в зависимости от вида распиловки [4];

Д.р — средний диаметр бревна или высота бруса, м;

Zп - число пил в поставе. Средний диаметр бревна

Ар = А + ^,

где Ов — диаметр бревна в вершинном отрезке, м ;

5 — средний сбег на 1 м длины, принимаемый в зависимости от Ов;

Ь — длина бревна, м. Производительность лесопильной рамы

иИ

А = -

Ь

где Иб — объем бревна, м3.

Полагая, что приближенно бревно представляет собой прямой круговой цилиндр диаметром Ц,р , его объем определяют по формуле

V =—— Ь. б 4

Тогда производительность лесопильной рамы

А =

4

откуда

А

Ар = 2 — . (16)

V пи

Подставляя (13) - (16) в (12), найдем выражение для мощности силы резания:

Ррез = 2Кт Впр 2„ Р 1 4а = оМ .

Ып

где оп — постоянный параметр, Дж/м1'5 • с0'5 .

Тогда, согласно (11), энергетическая характеристика механизма резания

апрапа14й ,—

Рм.р = 2(1 + Ьш)КтВпр 2,, пр Р 1 4л + АРп.пост (1 + Ьш + О

л/п

или

р = с та + ар .

м.р м.р * м.р.пост

Анализ полученной зависимости показывает, что коэффициенты энергоемкости сп и смр в значительной степени зависят от фактических условий резания древесины (толщины срезаемого слоя, степени затупления резцов, плотности древесины), а также скорости подачи бревен.

Вывод

Полученная энергетическая характеристика позволяет выполнить анализ энергоемкости процесса распиловки древесины и установить влия-

ние технологических параметров процесса электропотребления лесопильных рам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Амалицкий, В.В. Станки и инструменты лесопильного и деревообрабатывающего производства [Текст]: учеб. для техникумов - М.: Лесопильн. пром-сть, 1985. - 288 с.

2. Гофман, И.В. Нормирование потребления энергии и энергетических балансов промышленных предприятий [Текст] / И.В. Гофман. - М.; Л.: Энергия, 1966. - 315 с.

3. Любченко, В.И. Резание древесины и древесных материалов [Текст] / В.И. Любченко. - М.: Лесопильн. пром-сть, 1986. - 294 с.

4. Песоцкий, А.Н. Лесопильное производство [Текст] / А.Н. Песоцкий. - Л.: Лесн. пром-сть, 1973. - 325 с.

Поступила 08.06.06

S.P. Ageev

Branch «Sevmashvtuz» of Saint-Petersburg State Marine Technical University

Energetic Characteristic of Cutting Mechanism of Frame Saw

Construction and analysis of energetic characteristic of cutting mechanism of the vertical frame saw are carried out; technical factors influencing its parameters are determined.

Keywords: power consumption, energy loss, frame saw, productivity, cutting force, loss coefficients.