CC BY
11
Конструкция и принцип действия электромагнитной направляющей круглой пилы
А.С. ТОРОПОВ - профессор кафедры деревообрабатывающих производств Марийского государственного технического университета, доктор технических наук, заслуженный деятель науки республики Марий Эл; Е.С. ШАРАПОВ - доцент кафедры деревообрабатывающих производств Марийского государственного технического университета, кандидат технических наук;
Е.Ю. КУЗНЕЦОВ - студент 5 курса лесопромышленного факультета Марийского государственного технического университета
В статье проанализированы пути повышения точности пиления на лесопильном оборудовании, предложена конструкция отжимной электромагнитной направляющей круглой пилы, рассмотрен принцип действия направляющей, разработана математическая модель взаимодействия параметров полотна круглой пилы с величиной силы отталкивания.
Ключевые слова: электромагнитная направляющая; усилие притяжения полотна пилы; параметры электромагнитов; моделирование ANSYS 10.0; математическая модель.
Одним из основных показателей качества пиления древесины является точность размеров получаемых материалов. Она зависит от сил, действующих на пилу в процессе пиления, и способности пилы противодействовать этим силам - жесткости и устойчивости1.
Существует проблема повышения точности пиления при больших скоростях подачи, что связано с воздействием на полотно пилы боковых сил со стороны пиломатериала. Это приводит к снижению качества получаемых изделий и уменьшению выхода готовой продукции. В целях повышения точности пиления используют направляющие.
Применение щелевых направляющих не позволяет достичь необходимой точности пиления вследствие воздействия на пилу изгибающего момента: такие направляющие являются лишь ограничителями предельных отклонений полотна пилы в осевом направлении2.
Рациональнее использование направляющих, выполненных в виде роликов или пластин. Они повышают точность пиления, однако вследствие наличия трения и значительных напряжений в полотне пилы от изгиба при их применении велика вероятность быстрого износа3.
Перспективны отжимные аэростатические направляющие, рабочие поверхности которых выполнены в виде аэростатических опор, где стабилизирующее воздействие на полотно пилы осуществляет водо-воздушная смесь, подаваемая под давлением через специальные отверстия поддува постоянно4 или автоматически в зависимости от знака и величины отклонения пилы от заданного положения5.
Такие направляющие повышают точность пиления, снижают износ, но имеют более сложную
по сравнению с другими типами направляющих конструкцию. Возникает потребность в источнике сжатого воздуха. При внедрении системы автоматического регулирования снижаются уровень функциональных возможностей и инерционность системы управления.
Одним из возможных путей повышения точности пиления является использование электромеханического действия магнитного поля, которое способно обеспечить стабилизацию полотна пилы за счет усиления ее жесткости и устойчивости и создать магнитострикционный эффект, взывающий увеличение износостойкости полотна6.
Нами предложена конструкция отжимной электромагнитной направляющей, где требуемая точность пиления достигается путем стабилизации полотна пилы силой отталкивания, возникающей в воздушном зазоре между пилой, обладающей свойствами постоянного магнита, и электромагнитами в зависимости от величины и знака ее отклонения с применением автоматической системы стабилизации полотна7.
направляющей круглой пилы
ВЕСТНИК ИНСТИТУТА
Актуальные вопросы экономики, управления и технологии 65
/ =
10
N
ф2
т
%
/
Q
Рис. 2. Узел «Б», фиг. 1
X(w) .
№ fll(w) lii(w)
J 1 э
ад
Вг
Н-о
Рис. 3. Структурная схема системы автоматического регулирования положения полотна пилы
Автоматическая система стабилизации полотна пилы работает следующим образом. Под действием боковой силы Q на полотно пилы 1 возникает смещение пилы w вдоль пильного вала 2, например влево, индуктивный датчик перемещения 3 замеряет величину смещения полотна пилы от заданного положения ХМ и преобразует этот параметр, например, в величину электрического тока Сигнал, поступающий с датчика положения полотна пилы обрабатывается блоком управления 4, возникает сигнал рассогласования между заданной величиной тока ^ и сигналом, поступающим с датчика перемещения пилы то есть ток управления Д^)Н0-который усиливается усилителем мощности 5 до величины Д^), поступает на обмотку управления 6 электромагнита 8, вызывая увеличение магнитного потока Ф1 в воздушном зазоре. С увеличением магнитного потока Ф1 возрастает сила отталкивания полотна пилы F1(w).
Это увеличение будет происходить до тех пор, пока не произойдет изменение положения полотна пилы 1 в такой степени, что сигнал, поступающий с датчика перемещения полотна пилы будет соответствовать заданной величине тока -ОМ = у, то есть пока электромеханическая сила отталкивания F1(w) не обеспечит устойчивость полотна пилы 1 в заданном положении.
При перемещении полотна пилы в противоположную сторону происходят аналогичные действия, при этом ток управления через усилитель мощности 5 поступает на0 обмотки управления 7 электромагнита 9, вызывая увеличение магнитного потока Ф2 в воздушном зазоре. С увеличением магнитного потока Ф2 увеличивается сила отталкивания полотна пилы F2(w).
Разработана математическая модель взаимодействия параметров полотна круглой пилы с величиной силы отталкивания.
1. Величина силы отталкивания полотна пилы, Н.
I - намагниченность полотна пилы, Тл:
V - объем полотна пилы, см3;
Х - величина воздушного зазора между пилой и электромагнитом, см;
- магнитная проницаемость воздуха, Гн/м; о= 0,0000004 Гн/м.
2. Магнитодвижущая сила, А.
F= LH
с
L - длинна поперечного сечения пилы, м;
Нс - корцетивная сила, А/м.
3. Магнитный поток в воздушном зазоре, Вб.
Ф=В^
В - индукция магнитного поля, Тл; В=0.65 -Вг;
В - остаточная индукция магнитного поля, Тл; г
S - площадь поперечного сечения пилы, м2.
4. Величина энергии, создаваемой магнитом в воздушном зазоре, Дж.
W=Ф■F=(В H) -S-L
v ' max
(В H) max - максимальный выход магнитной энергии, Дж/м3.
Определены параметры электромагнита и пилы путем моделирования их взаимодействия в программе ANSYS 10.0.
Предложенная конструкция электромагнитной направляющей позволит повысить точность пиления круглопильного оборудования, а разработанная математическая модель взаимодействия параметров полотна пилы с величиной силы отталкивания и моделирование этого процесса в программе ANSYS 10.0 станут основой создания лабораторной установки и проведения последующих экспериментальных испытаний.
■ ПРИМЕЧАНИЯ
1 См.: Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами. М., 1990.
2 См.: Method for reducing the kerf with made by a circular saw blade: 5497648. United states patent: B 27b 5/00/ Richard R. Martin; appl. no.199575; filed Feb. 22, 1994; patented Jan.19, 1971; patented Mar. 12, 1996.
3 См.: Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами.
4 См.: Пат. 2307024 Российская Федерация, МПК B 27 B 13/10. Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин; заявитель и патентообладатель Архангел. гос. техн. ун-т. № 2005139674/03; Заявл. 19.12.2005; Опубл. 27.09.2007; Circular saw method: 3285302 United states patent: CI. 143-37/ E.W. Thrasher; appl. no. 486881; filed Feb. 11, 1963; patented Nov. 15, 1966; Circular resaw apparatus and method: 4210184. United states patent: B27B 1/00/McGriff; appl. no.837711; filed Jan. 30, 1978; patented Jul. 1, 1980.
5 См.: Saw stabilizing means and method: 3327696. United states patent: CI. 125-13/ H.H. Aiken Etal; appl. no. 402878; filed Oct. 9, 1964; patented June 27, 1967.
6 См.: Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования // Известия вузов. Лесной журнал. 2006. № 2.
7 См.: Пат. 94898 Российская Федерация, МПК B 27 B 13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы / Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. № 2010107641/22; Заявл. 02.03.2010; Опубл. 10.06.2010. Н
ПРЕСТУПЛЕНИЕ • НАКАЗАНИЕ • ИСПРАВЛЕНИЕ
