CC BY
20
ДЕРЕВООБРАБОТКА
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ В КРУГЛОПИЛЬНЫХ СТАНКАХ
А.С. ТОРОПОВ, проф. каф. деревообрабатывающих производствМарГТУ, д-р техн. наук, Е.С. ШАРАПОВ, доц. каф. деревообрабатывающих производств МарГТУ, канд. техн. наук, Е.Ю. КУЗНЕЦОВ, асп. каф. деревообрабатывающих производств МарГТУ
sharapov_evgeniy@mail.ru; kuzeu@mail.ru
Одним из основных показателей качества пиления древесины является точность размеров получаемых пиломатериалов, зависящая от сил, действующих на пилу в процессе пиления, и способности пилы противодействовать этим силам - жесткости и устойчивости [1].
Существует проблема повышения точности пиления при больших скоростях подачи, связанная с воздействием на полотно пилы со стороны лесоматериала боковых сил, что приводит к снижению качества получаемых пиломатериалов, выхода готовой продукции и производительности лесопильного оборудования.
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 направлении [7].
Рациональнее использование направляющих, выполненных в виде роликов или пластин. Такие направляющие повышают точность пиления, но вследствие наличия трения и значительных напряжений в полотне пилы от изгиба приводят к ускоренному износу пилы и направляющей [1].
Перспективно применение отжимных аэростатических направляющих, 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 [2,8], в частности с автоматической регулировкой величины давления смеси в зависимости от знака и
величины отклонения пилы от заданного положения [9]. Такие направляющие повышают точность пиления, снижают износ полотна пилы, но имеют более сложную конструкцию по сравнению с другими типами направляющих. Возникает необходимость в источнике сжатого воздуха. При этом использование системы автоматического регулирования давления водо-воздушной смеси обуславливает инерционность системы управления.
Одним из возможных путей повышения точности пиления является использование электромагнитного поля, которое своим действием обеспечит стабилизацию полотна пилы за счет повышения ее жесткости и устойчивости и создаст магнитострикционный эффект, способствующий увеличению износостойкости полотна пилы [3].
Известны направляющие, рабочие поверхности которых выполнены в виде электромагнитов, обращенных к пиле, обладающей свойствами постоянного магнита, одноименными полюсами, при этом стабилизацию пилы обеспечивает сила отталкивания [10]. Применение таких направляющих ограничено сложностью изготовления, обслуживания и стоимостью таких пил.
Нами предложена конструкция отжимной электромагнитной направляющей, где повышение точности пиления достигается путем стабилизации полотна пилы силой притяжения, возникающей в воздушном зазоре между пилой и электромагнитами в зависимости от величины и знака ее отклонения за счет автоматической системы стабилизации полотна пилы [4].
Цель работы - определение взаимодействий параметров электромагнита с величиной силы притяжения полотна круглой пилы.
144
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 1. Конструкция электромагнита (а) и его зонная картина поля (б)
Решаемые задачи
Разработать математическую модель взаимодействия параметров электромагнитов с величиной силы притяжения полотна пилы, определить параметры электромагнита и пилы путем моделирования их взаимодействия в программе ANSYS 10.0, провести статистическую обработку данных и составить зависимости усилий притяжения полотна пилы от величины воздушного зазора и силы тока.
На величину силы притяжения наибольшее влияние оказывают следующие параметры электромагнитов:
1. Магнитодвижущая сила, А [5];
F = Iw, (1)
где I - сила тока, А;
w - число витков электромагнита.
2. Число витков электромагнита;
w =
2F (l +ца12 )2 'I2-S-Цо ’
(2)
где, lv l2 - длина магнитопровода и воздушного зазора, м;
р - магнитная проницаемость магнитопровода, Гн/м;
S - площадь поперечного сечения магнитопровода, м2;
ро - магнитная проницаемость воздуха, Гн/м; Ро = 0,0000004я Гн/м.
3. Напряженность электромагнитного поля в зазоре и магнитопроводе, А/м [6];
H = в / Цо; H=в / ццо. (3)
4. Индукция электромагнитного поля, Тл;
В = . (4)
(V ц. + к)
5. Магнитный поток, Вб [5];
Ф=
l
F
+А-1
(5)
VS-Ц. S-Ц0 у
6. Электромеханическая сила притяжения, Н;
F = Цо (Ц.Iw)2 S 2(l1 + Ц.12 )2
(6)
Исходя из условий проведения экспериментальных исследований путем моделирования взаимодействия электромагнита с полотном круглой пилы в программе ANSYS 10.0 [6] были определены параметры электромагнита и пилы (рис. 1а), где П - пила, С - сердечник электромагнита, О - обмотка, а также построена зонная картина поля распределения магнитной индукции в соответствующих областях пилы - П и электромагнита (рис. 1б).
На основании математического моделирования (1-6), а также моделирования
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
145
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Рис. 2. Зависимости изменения усилия притяжения от величины воздушного зазора:----за-
висимость, полученная на основании математической модели (1-6), -•-•— зависимость, полученная в результате моделирования взаимодействия пилы с электромагнитом в программе Ansys 10.0, описываемая уравнением регрессии вида Ffc = a + b / l22 (таблица)
Рис. 3. Зависимости изменения усилия притяжения от величины силы тока:------зависи-
мость, полученая на основании математической модели (1-6), -•-•— зависимость, полученная в результате моделирования взаимодействия пилы с электромагнитом в программе Ansys 10.0, описываемая уравнением регрессии вида F = a + bI (таблица)
146
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица
Результаты статистической обработки данных в программе Table Curve 2D 2.03
Параметр Величина зазора, С Сила тока, I
Уравнение регрессии Ftc = a + b / I22 Ftc = a + bI
Значения коэффициентов
a -162,827 -0,231
b 0,127 1155
r 0,9991 0,9999
Множественный r2 0,9995 0,9999
Нормированный r2 0,9990 0,9999
Стандартная ошибка 220,093 0,2637
взаимодействия полотна пилы с электромагнитом в программе Ansys 10.0 были определены зависимости усилий притяжения полотна пилы - Fansys от величины воздушного зазора между электромагнитом и пилой - l2 (рис. 2) и силы тока в обмотке электромагнита - I (рис. 3).
В программе TableCurve 2D 2.03 проведена статистическая обработка данных, полученных в программе Ansys 10.0, составлены уравнения регрессии взаимодействия усилия притяжения полотна пилы Ftc от величины воздушного зазора и силы тока (табл.).
Таким образом, на основании теоретических исследований и моделирования процесса взаимодействия параметров электромагнита с величиной силы притяжения полотна пилы усилие притяжения возрастает при уменьшении величины воздушного зазора и увеличении силы тока. Проведенные исследования послужат основой при разработке конструкции электромагнитов и проведения последующих экспериментальных испытаний.
Библиографический список
1. Прокофьев, Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г.Ф. Прокофьев. - М.: Лесная пром-сть, 1990.
2. 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.
3. Памфилов, Е.А. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования / Е.А. Памфилов, П.Г. Пыриков // Изв. вузов. Лесной журнал. - 2006. - № 2.
4. Пат. 94898 Российская Федерация МПК B 27 B 13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы / Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов; заявитель и патентообладатель Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов - № 2010107641/22 ; заявл. 02.03.2010 ; опубл. 10.06.2010.
5. Касаткин, А.С. Курс электротехники: учебник для вузов 8-е изд., стер. / А.С. Касаткин, М.В. Немцов. - М.: Высшая школа, 2005. - 542 с.
6. Буль, О.Б. Методы расчета магнитных систем электрических аппаратов. Программа ANSYS: учеб. пособие для студентов высших учебных заведений. / О.Б. Буль. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 288 с.
7. Method for reducing the kerf width 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.
8. Circular resaw apparatus and method: 4210184. United states patent: B27B 1/00/McGriff; appl. no.837711; filed Jan, 30, 1978; patented Jul. 1, 1980.
9. 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.
10. Method for straining and steering of a blade in a saw device and steering and straining devices: 0302227. United states patent: CI. 83/820/ R. Viljanen; appl. no. 11/997.337; filed Aug. 1, 2006; patented Dec. 11, 2008.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2011
147
