CC BY
6
УДК 621.8
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕХАНИЗМА ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПЛИТ
С. П. Ереско, В. Г. Межов, А. В. Ушаков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: stalker_94_06_01@mail.ru
Рассмотрен вариант улучшения динамических характеристик механизма резания установки предназначенной для шлифования древесных композитных плит.
Ключевые слова: динамика, математическая модель, колебания, привод, момент инерции.
RESEARCH OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF THE MECHANISM OF PROCESSING OF WOOD COMPOSITE PLATES
S. P. Eresko, V. G. Mezhov, A. V. Ushakov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:stalker_94_06_01 @mail.ru
The variant of improving the dynamic characteristics of the cutting mechanism of the unit intended for grinding wood composite boards is considered.
Keywords: dynamics, mathematical model, oscillations, drive, moment of inertia.
Развитие современного станочного оборудования ставит перед инженером много сложных проблем. Одна из них непосредственно вытекает из тенденции к интенсификации производственных процессов, что, в свою очередь, обуславливает повышение рабочих скоростей, рост динамических нагрузок и повышение уровня колебаний (вибраций) станка [1].
На кафедре ОКМ исследовалась экспериментальная установка, предназначенная для шлифования древесных композитных плит. Система главного привода установки является основным источником энергии необходимой для осуществления рабочего процесса резания заготовки. Система главного привода передает и воспринимает наибольшие нагрузки при высоких скоростях ее элементов и звеньев. Для обеспечения надежности установки эта система должна обладать высокой прочностью, как при постоянных, так и при переменных нагрузках. Для обеспечения устойчивого резания при интенсивных режимах, высокой точности обработки эта система должна обладать значительной жесткостью в статических и динамических режимах на исполнительном механизме установки [2; 5; 6]. Минимальными динамическими ошибками.
Механизм резания экспериментальной установки (рис. 1) при обработке заготовки нагружен крутящим моментом, который вследствие особенностей кинематики процесса резания переменности припуска на заготовки и физико-механических свойств ее материала изменяется во времени. В результате в нем возникают крутильные колебания, обусловливающие динамические нагрузки, появление изгибных колебаний, снижение производительности обработки, уменьшение долговечности установки [7].
С целью обеспечения требуемого качества механизма резания, динамические характеристики рассчитывают при его проектировании и производят корректировку конструкции [3; 4].
Принцип работы механизма резания заключается в следующем (рис. 2): шкив-водило 1 с помощью ременной передачи вращается вокруг своей оси при этом вместе с ним относительно оси вращения шкива вращаются закрепленные к нему узлы, такие, как опоры подшипников
качения 5, участок вала для крепления фрезы 6, фреза 11, противовесы 8, болты 9, радиально-упорные подшипники 4, вторичный вал 12, шайбы 1.
Рис. 1. Механизм обработки деревообрабатывающей установки
Рис. 2. Конструкция механизма обработки: 1 - шкив-водило; 2, 9 - болты М10; 3 - шайбы; 4 - подшипники радиально-упорные; 5 - опоры подшипников качения; 6 - участок вала для крепления фрезы; 7 - гайки; 8 - противовесы; 10 - шпонка; 11 - фреза; 12 - вторичный вал
Рациональные параметры механических приводов при проектировании тесно связаны с динамическим анализом проектируемого механизма на стадии конструирования. Проведение данного анализа возможно только при помощи математического моделирования достаточно адекватно отображающего процессы, проходящие в элементах механизма и при этом имеющий решаемый вид. Применение в качестве математической модели привода, цепи из ряда масс 3 со связями С видится наиболее приемлемым. Массами 3 принимаются детали привода, имеющие значительные инерционные характеристики (шкивы, звездочки, зубчатые колеса). А связями С принимаются детали и элементы с незначительными инерционными характеристиками и при этом значительной податливостью (ремни, длинные тонкие валы и т. д.), а также соединения деталей привода (шпоночные, шлицевые, штифтовые соединения, зубчатое и червячное зацепление).
Для нахождения инерционной характеристики и расчета массы 3 всей конструкции механизма резания, необходимо определить его полный момент инерции.
Для расчета момента инерции шкива можно воспользоваться стандартной формулой для нахождения момента инерции цилиндра
Момент инерции шкива без учета цилиндрического отверстия для посадки подшипника и четырех цилиндрических отверстий (рис. 3) будет равен:
Рис. 3. Шкив-водило
Чтобы найти моменты инерции деталей закрепленных на шкиве придется воспользоваться теоремой о моментах инерции твердого тела относительно параллельных осей (теорема Штейне-ра), предварительно разбив все детали на простые геометрические фигуры с нахождением центра тяжести этих фигур.
Рассмотрим на примере нахождение момента инерции опоры под подшипник 1 (рис. 4). По теореме Штейнера: Момент инерции твердого тела относительно некоторой оси равен моменту инерции тела относительно параллельной оси, проходящей через его центр тяжести, сложенному с произведением массы тела на квадрат расстояния между ними.
Рис. 4. Момент инерции твердого тела относительно некоторой оси
Первым делом необходимо рассчитать центр тяжести опоры под подшипник и массу т, затем найти момент инерции тела опоры 1^опоры , здесь Я = 63 мм - расстояние до параллельной оси
(см. рис. 4), следовательно, момент инерции относительно оси Z будет равен:
Общий момент инерции механизма резания будет равен сумме моментов инерции шкива и закрепленных к нему деталей. Рассчитав момент инерции механизма, можно создать динамическую математическую модель механизма и определить ее динамические характеристики [5; 6]. Кроме того, аналогично при исследовании способов изготовления и обработки композитных плит методом прессования с последующим шлифованием динамическая математическая модель механизма может быть дополнена соответствующими уравнениями, описывающими дополнительные способы обработки [7-9].
Динамические характеристики и математическая модель позволяют правильно оценить нагрузки, действующие в системе главного привода системы установки, и выбрать конструктивные параметры системы так, чтобы ограничить эти нагрузки заданными пределами, а также оценить влияние факторов процесса обработки композитных плит резанием или шлифованием на устойчивость работы системы, которая является гарантом качества получаемой поверхности обработки, так система управления приводом является замкнутой динамической системой.
Библиографические ссылки
1. Вульфсон И. И. Краткий курс теории механических колебаний. М. : ВНТР, 2017. 241 с.
2. Ванин В. А., Колодин А. Н., Однолько В. Г. Расчет и исследование динамических характеристик приводов металлорежущих станков. Тамбов : ТГТУ, 2012. 120 с.
3. Кочергин А. И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование. Минск : Высш. шк., 1991. 382 с.
4. Межов В. Г., Чумаков В. Ф. Метод оценки надежности динамических параметров при проектировании механических систем // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения : материалы Всерос. науч.-практ. конф. ; СибГТУ. Красноярск, 2012. С. 25-26.
5. Решение математической модели динамики привода экспериментального стенда для исследования карданных передач / А. В. Стручков, Е. В. Кукушкин, С. П. Ереско и др. // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства : материалы Междунар. науч.-техн. конф. Тюмень : ТГНУ, 2016. С. 303-307.
6. Определение динамических параметров привода экспериментального стенда для исследования карданных передач / А. В. Стручков, Е. В. Кукушкин, С. П. Ереско и др. // Вестник СибГАУ. 2016. Т. 17, № 3. С. 638-644.
7. Кукушкин Е. В., Межов В. Г., Ушаков А. В. Конструкция деревообрабатывающего стенда для шлифования древесных композитных плит // Автоматизированное проектирование в машиностроении. 2017. № 5. С. 21-23.
8. Ермолович А. Г., Ереско С. П. Совершенствование процесса прессования строительных материалов : монография ; СибГТУ. Красноярск, 2005. 150 с.
9. Экспериментальные исследования получения плит из фрезерной стружки на лабораторном прессе и установление физико-механических характеристик / С. П. Ереско, П. С. Шастов-ский, Ю. Д. Алашкевич и др. // Хвойные бореальной зоны. 2015. № 1-2. С. 73-77.
© Ереско С. П., Межов В. Г., Ушаков А. В., 2018
