CC BY
18
Khakhina Anna Mikhailovna - Associate Professor of «Computer intellectual systems» Department of National Research University «Saint Petersburg State Polytechnic University», PhD in Engineering, Saint Petersburg, Russian Federation; e-mail: hahin@mail.ru
Grigorev Igor Vladislavovich - Head the Department of logging technology of Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Saint-Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov», DSc in Engineering, Saint Petersburg, Russian Federation; e-mail silver73@inbox.ru
Grigoreva Olga Ivanovna - Associate Professor of the Department of forestry of Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Saint-Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov», PhD in Agriculture, Saint Petersburg, Russian Federation; e-mail: grigoreva_o@list.ru
Nikiforova Antonina Ivanovna - Associate Professor of Department of logging technology of Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Saint-Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov», PhD in Engineering, Saint Petersburg, Russian Federation; e-mail: zhukova_tonya@mail.ru
DOI: 12737/21700 УДК 674.053: 621.933.61
ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ УСПОКОИТЕЛЬНОГО РОЛИКА ПРИ КОЛЕБАНИИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА В ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОМ СТАНКЕ
доктор технических наук, доцент С. А. Чепелев1 М. С. Чепелева2 К. А. Чернышков3
1 - ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»,
г. Воронеж, Российская Федерация 2 - «Нефтехимпроект» КГН Воронеж, г. Воронеж, Российская Федерация 3 - ООО «Кристалл», г. Воронеж, Российская Федерация
В настоящей статье авторы предлагают применить новые материалы, такие как прессованная древесина с дополнением модификаторов, и исследовать их демпфирующие свойства с целью модернизации успокоительного ролика ленточнопильного станка WoodMizerLT 15. Отличительная черта данного исследования заключается в методике постановки эксперимента, позволяющей получить данные, пригодные для дальнейшего математического описания динамических свойств ленточнопильного станка в низкочастотном диапазоне спектра гармонических колебаний. Для проведения опытов на реальном объекте авторы используют принцип суперпозиции, тем самым ограничивая математический аппарат линейным приближением. Предложенный и испытанный на практике набор технических средств (динамический микрофон SHURE Beta98S с суперкардиоид-ной диаграммой, подключенный к ноутбуку Acer (Intel PentiumMprocessor 735A),измеритель вибраций ИВ-1 с датчиком вибраций ДВ-2, ввинченным в бревно, предназначен для осуществления контроля над идентичностью условий эксперимента, программное обеспечение SoundForgePro 10.0; CoolEdit 2.0 позволило проводить запись и нормализацию сигналов в низкочастотном диапазоне волн) позволил выделить из общих шумов конкретный источник низкочастотных колебаний, которым является режущий инструмент ленточнопильного станка, а программное обеспечение дало возможность для роликов измерить и сравнить амплитуды и периоды колебаний первых двух гармоник. Предлагаемый подход позволяет провести сравнительный анализ затрат энергии на процесс резания в зависимости от амплитудно-частотной характеристики взаимодействия режущего инструмента и материала изделия. Технология изготовления прессованной древесины разработана в Воронежской государственной лесотехнической академии. Она опытно проверена и хорошо зарекомендовала себя для различных сфер применения.
Ключевые слова: ленточнопильный станок, демпфирующее устройство, гармонический баланс.
RESEARCHES ON A ROLLER DEMPFYING PROPERTIES WHEN VIBRATING A CUTTING
INSTRUMENT IN A BANDSAW EQUIPMENT
DSc in Engineering, Associate Professor S. A. Chepelev1 M. S. Chepeleva2 K. A. Chernyshkov3
1 - Federal State Budget Education Institution of Higher Education «Voronezh State University of Architecture and
Civil Engineering», Voronezh, Russian Federation 2 - «Neftekhimproekt» AMG Voronezh, Voronezh, Russian Federation 3 - «Crystal», Voronezh, Russian Federation
Abstract
The article deals with the usage of new material - the pressed wood together with modificators to detect the dempfying properties to improve a soothing roller in a bandsaw equipment WoodMizerLT 15. The article stresses the idea of the experimental methodology to receive data for the future, further mathematical description of dynamic properties of the bandsaw equipment in low-frequency range of harmonic vibration. The superposition principle is used for the above-mentioned object, so the mathematical apparatus is limited by arrival. The number of technical means for the practical experiment (dynamic microphone SHU-REBeta98S with supercardiodic diagramme connected to the Acer (IntelPentiumMprocessor 735A) laptop, vibration device HB-1 with vibration indicator AB-2, this vibration indicator is screwed into a log to control the experiment, programmes SoundFor-gePro 10.0; CoolEdit 2.0) helped to receive and to control the sygnal in a low-frequency range as well as to find right the source of low-frequency sygnal, i.e. the cutting instrument of the bandsaw equipment. The programme helped to measure and to compare the amplitudes and the periods of vibrations of the first two garmoniks. The methodology helps to analize energy consumption during cutting process depending on amplitude and frequency activity characteristics of a cutting instrument and the material. The pressed wood technology is developed in Voronezh State Forestry Academy. It is tested in experiments and is quite good for applying.
Keywords: bandsaw equipment, dempfying device, harmonic balance.
Главной целью предприятия является получение наибольшей экономической выгоды. Основными способами достижения данной цели является улучшение таких показателей, как качество готовой продукции и снижение материальных затрат на ее производство. При распиле бревен параметрами качества являются шероховатость поверхности досок и энергозатраты на реализацию данного технологического процесса. Для выявления факторов, влияющих на обозначенные показатели, предлагается рассмотреть динамику движения пильной ленты дифференцированно по участкам
ее движения [1, 3, 4].
Исходя из конструкции ленточнопильного станка [1], движение пилы определяется прохождением через следующие участки (рис. 1):
1) свободное движение ленты между натяжным и приводным шкивами;
2) нахождение ленты на поверхности приводного и натяжного шкивов;
3) участок между натяжным шкивом и успокоительным роликом;
4) участок между успокоительным роликом и
Рис. 1. Конструктивная схема движения режущего инструмента ленточнопильного станка
входом в бревно;
5) непосредственно рабочая зона пилы, проходящей через древесину бревна;
6) участок между бревном и приводным шкивом.
Из всех шести участков наиболее подверженным колебательному процессу, влияющему на режим резания, является расстояние между натяжным шкивом и входом в зону пиления бревна (3-5). С целью предотвращения вертикальных колебаний (колебаний по оси z), вызванных несбалансированными силами от развода зубьев пилы и инерционными свойствами ленточного инструмента, устанавливается успокоительный ролик. Поскольку натяжение пилы должно быть определенной величины для сохранения заданной жесткости рабочей части пильной ленты, необходимо поддерживать его с помощью специальных устройств, не допускающих явления резонанса. В горизонтальных ленточ-нопильных станках чаще всего применяются винтовые механизмы с набором предварительно сжатых пружин, упругих тарелок или резиновых элементов. От гравитационных (подвешенный груз), пневматических и гидравлических данный механизм отличается компактностью, простотой настройки, отсутствием энергоемких компонентов, небольшой стоимостью при достаточно высокой надежности.
При распиловке древесины надвигаемый материал стремится сдвинуть пильную ленту по направлению подачи, что обосновывает колебания по оси у. Для предотвращения возможного срыва ленты верхний шкив снабжен механизмом наклона (5-7° от вертикали) против направления подачи.
Для регулирования зоны пиления с целью повышения жесткости и уменьшения вибрации пилы лен-точнопильные станки снабжаются направляющими.
Проанализировав факторы, приводящие к вынужденным колебаниям пилы, можно сделать вывод, что рассматриваемую систему можно аппроксимировать двумя степенями свободы, при этом увеличение амплитуды колебаний по каждому направлению определенным образом влияет на показатели эффективности. На первом этапе ограничимся рассмотрением совокупности сил, действующих на пилу, по оси, перпендикулярной к пильной ленте (ось z).
Конструкция ролика достаточно простая (рис. 2, справа). Вращаясь на шариковом подшипнике и соприкасаясь с пилой, ролик создает на неё воздействие, определённое настройкой.
Рис. 2. Успокоительный ролик
На горизонтальном ленточнопильном станке Wood Mizer LT 15 (рис. 3) успокоительный ролик выполнен из металла, снабжен ограничительным бортиком и прорезями по поверхности, соприкасающейся с пильной лентой. Прорези позволяют уменьшить площадь соприкосновения и, в какой-то мере, уменьшают налипание древесной пыли.
Рис. 3. Ленточнопильный станок Wood Mizer LT 15
Для анализа влияния материала ролика на вибрационные свойства ленты пилы участка 4 проведен эксперимент, в котором ролик выполнен из прессованной древесины (рис. 2, слева) [8, 9, 10, 11]. Для снятия частотных характеристик участка резания использовался динамический микрофон SHURE Beta98S с суперкардиоидной диаграммой, подключенный к ноутбуку Acer (Intel Pentium M processor 735A). Измеритель вибраций ИВ-1 с дат-
чиком вибраций ДВ-2, ввинченным в бревно, предназначен для осуществления контроля над идентичностью условий эксперимента. Программное обеспечение Sound Forge Pro 10.0; Cool Edit 2.0 позволило проводить запись и нормализацию сигналов в низкочастотном диапазоне волн. Полученные в результате эксперимента частотные характеристики приведены на рис. 4.
Сравнение полученных частотных характеристик проводилось методом гармонического баланса [2, 5, 6, 7]. По результатам эксперимента можно сделать вывод, что успокоительный ролик, выполненный из прессованной древесины, по сравнению с металлическим обладает дополнительными демпфирующими свойствами. Относительно сильное влияние происходит в диапазоне частот 3500-10000 Гц, где наиболее существенно сказываются колебания режущего инструмента на шероховатость поверхности готовой продукции. Кроме того, уменьшенная амплитуда колебаний режущего инструмента снижает энергетические затраты на процесс пиления, т. е. приводит к экономии электрической энергии.
идиша
в
File Edit View Effects Generate Analyze Favorites Options Window Help
llfel.ulHyg.jj
ЕВВ2Ш
a)
МЁ
File Edit View Effects Generate Analyze Favorites Options Window Help
Ifeg^MltSl.jf H
б)
Рис. 4. Частотные характеристики системы а) с металлическим роликом; б) с роликом из прессованной древесины
Библиографический список
1. Свиридов, Л. Т. Ленточнопильное оборудование для лесоматериалов [Текст] / Л. Т. Свиридов, А. И. Максименков. - Воронеж, 2004. - 239 с.
2. Корн, Т. Справочник по математике [Текст] / Т. Корн. - М. : «Наука», 1973. - 831 с.
3. Аксенов, А. А. Твердость и деформации прессованной древесины при отрицательных температурах [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Лесотехнический журнал. - 2014. - Т.4. - № 3 (15). - С. 184-192. DOI: 10.12737/6286
4. Аксенов, А. А. Влияние отрицательных температур и степени уплотнения на твердость прессованной древесины [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 5-1. - С. 9-13.
5. Chemical responses to modified lignin composition in tension wood of hybrid poplar (populous tremula x populous alba) [Text] / J. M. Al-Haddad, F. W. Telewski, K.-Y. Kang, S. D. Mansfield // Tree Physiology. - 2013. - Vol. 33. - no. 4. -pp. 365-373. - DOI: 10.1093/treephys/tpt017
6. Grelier, S. Use of low molecular weight modified polystyrene to prevent photodegradation of clear softwoods for outdoor use [Text] / S. Grelier, A. Castellan, L. Podgorski // Polymer Degradation and Stability. - 2007. - Vol. 92. - no. 8. -pp. 1520-1527. - DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.05.011
7. Duanmu, J. Hygromechanical properties of composites of crosslinked allylglycidyl-ether modified starch reinforced by wood fibres [Text] / J. Duanmu, E. K. Gamstedt, A. Rosling // Composites Science and Technology. - 2007. Vol. 67. -no. 15-16. - pp. 3090-3097. - DOI: 10.1016/j.compscitech.2007.04.027
8. Аксенов, А. А. Устройство для проведения испытаний узлов трения с подшипниками из модифицированной древесины [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Лесотехнический журнал. 2015. Т. 5. № 4 (20). С. 188-201. DOI: 10.12737/17422
9. Аксенов, А. А. Исследования зависимости триботехнических свойств сильно на-груженных подшипников из модифицированной древесины [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Лесотехнический журнал. 2016. Т. 6. № 1 (21). С. 168-185. DOI: 10.12737/18740
10. Аксенов, А. А. Исследование основных теплофизических свойств модифицированной древесины как антифрикционного материала [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Вестник АПК Ставрополья. 2015. № 4 (20). С. 7-11.
11. Аксенов, А. А. Способы модифицирования древесины [Текст] / А. А. Аксенов, С. В. Малюков // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. N° 9-3 (20-3). С. 14-18. DOI: 10.12737/16851
References
1. Sviridov L.T., Maksimenkov A.I. Lentochnopil'noe oborudovanie dlja lesomaterialov [Bandsaw machines for timber [Text]. Voronezh, 2004, 239 p. (In Russian).
2. Korn G. Spravochnikpo matematike [Mathematical Handbook]. Moscow, 1973, 831 p. (In Russian).
3. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Tverdost' i deformacii pressovannoj drevesinypri otricatel'nyh temperaturah [Hardness and deformation of particle board at negative temperatures]. Lesotekhnicheskii zhurnal, 2014, Vol. 4, no. 3 (15), pp. 184-192. doi: 10.12737/6286 (In Russian).
4. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Vlijanie otricatel'nyh temperatur i stepeni uplotnenija na tverdost'pressovannoj drevesiny [Influence of negative temperatures and degrees of hardness seals compressed wood] Fundamental'nye issledovanija [Fundamental research]. 2015, no. 5-1, pp. 9-13. (In Russian).
5. Al-Haddad J.M., Telewski F.W., Kang K.-Y., Mansfield S.D. Chemical responses to modified lignin composition in tension wood of hybrid poplar (populus tremula x populus alba). Tree Physiology, 2013, Vol. 33, no. 4, pp. 365-373. doi: 10.1093/treephys/tpt017
6. Grelier S., Castellan A., Podgorski L. Use of low molecular weight modified polystyrene to prevent photodegradation of clear softwoods for outdoor use. Polymer Degradation and Stability, 2007, Vol. 92, no.8, pp. 1520-1527. doi: 10.1016/j.polymdegradstab.2007.05.011
7. Duanmu J., Gamstedt E.K., Rosling A. Hygromechanical properties of composites of crosslinked allylglycidyl-ether modified starch reinforced by wood fibres. Composites Science and Technology, 2007, Vol. 67, no. 15-16, pp. 3090-3097. doi: 10.1016/j.compscitech.2007.04.027
8. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Ustrojstvo dljaprovedenija ispytanij uzlov trenija spodshipnikami iz modificirovannoj drevesiny [Devices for testing of the friction with the bearing from the modified wood] Lesotekhnicheskii zhurnal, 2015, Vol. 5, no. 4 (20), pp. 188-201. DOI: 10.12737/17422
9. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Issledovanija zavisimosti tribotehnicheskih svojstv sil'no na-gruzhennyh podshipnikov iz modificirovannoj drevesiny [Research of dependence of tribological properties of highly loaded bearings made of modified wood]. Lesotekhnicheskii zhurnal, 2016, Vol. 6, no. 1 (21), pp. 168-185. DOI: 10.12737/18740
10. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Issledovanie osnovnyh teplofizicheskih svojstv modificirovannoj drevesiny kak antifrik-cionnogo materiala [The study of fundamental thermophysical properties of modified wood as an antifriction material] Vestnik APKStavropol'ja. [Agribusiness Stavropol Bulletin]. 2015, no. 4 (20), pp. 7-11.
11. Aksenov A.A., Malyukov S.V. Sposoby modificirovanija drevesiny [Methods of modifying wood]. Aktual'nye naprav-lenija nauchnyh issledovanijXXIveka: teorija ipraktika. [Recent research trends of the XXI century: Theory and Practice]. 2015, Vol. 3, no. 9-3 (20-3), pp. 14-18. DOI: 10.12737/16851
Сведения об авторах
Чепелев Станислав Аркадьевич - профессор кафедры автоматизации технологических процессов и производств ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», доктор технических наук, доцент, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: chepelevsa@mail.ru.
Чепелева Марина Станиславовна - ведущий инженер Нефтехимпроект КГН Воронеж, г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: vybrazhul@mail.ru.
Чернышков Кирилл Андреевич - сервисный инженер ООО «Кристалл», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: 1zizou1@mail.ru.
Information about authors
Chepelev Stanislav Arkadyevich - Professor Department of Automation of Technological Processes and Production, FSBEI HPE «Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering», DSc in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: chepelevsa@mail.ru.
Chepeleva Marina Stanislavovna - leading engineer, Neftekhimproekt, AMG Voronezh, Voronezh, Russian Federation; e-mail: vybrazhul@mail.ru.
Chernyshkov Kirill Andreevich - Service Engineer «Crystal», Voronezh, Russian Federation; e-mail: 1zizou1@mail.ru
