CC BY
38
Рис. 2. Зависимость касательной силы резания от толщины срезаемого слоя при строгании кромок фанеры толщиной 6 мм: а - для продольных кромок; б - для поперечных кромок
Рис. 3. Зависимость касательной силы резания от толщины срезаемого слоя при строгании кромок фанеры толщиной 9 мм: а - для продольных кромок; б - для поперечных кромок
чета касательной силы резания в диапазоне срезаемых микрослоев. Сопоставительный анализ расчетных и экспериментальных данных показал хорошие результаты. Предлагаемая расчетная формула (12) может быть рекомендована для решения практических задач.
Библиографический список
1. ГОСТ 3916.1-96. Фанера общего назначения с наружными слоями из шпона лиственных пород. Технические условия. - ИПК Издательство стандартов, 1999.
2. Глебов, И.Т. Резание древесины: Учебное пособие / И.Т. Глебов. - СПб.: Лань, 2010. - 256 с.
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ
управления электромагнитной направляющей в круглопильных станках
Е.Ю. КУЗНЕЦОВ, асп. каф. деревообрабатывающих производств МарГТУ
В процессе пиления древесины круглая пила испытывает напряжения в результате воздействия на нее центробежных сил инерции, неравномерности нагрева, усилий резания, проковки и вальцевания. При этом круглая пила отклоняется от плоскости вращения и теряет устойчивость, что отражается на снижении точности пиления древесины.
кuzeu@mail.ru Наиболее эффективным средством ограничения отклонения диска пилы в осевом направлении являются направляющие [1].
Нами разработана конструкция отжимной электромагнитной направляющей, где снижение отклонения круглой пилы достигается за счет усилия притяжения, возникающего в воздушном зазоре между пилой и
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013
125
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
сил приложенных к диску (б)
электромагнитами в зависимости от величины и направления ее отклонения за счет автоматической системы управления [2].
Однако для системы управления электромагнитной направляющей отсутствуют зависимости между параметрами системы управления и величиной отклонения круглой пилы.
Поэтому целью работы является определение взаимодействий параметров системы управления электромагнитной направляющей с величиной отклонения круглой пилы.
Решаемые задачи: провести теоретические исследования колебаний круглой пилы, определить величину отклонений круглой пилы и действующих на нее боковых сил в процессе пиления, провести экспериментальные исследования взаимодействия параметров системы управления электромагнитной направляющей с величиной отклонения круглой пилы, определить параметры системы управления.
Система управления электромагнитной направляющей включает (рис. 1, а): 1 - датчик отклонения круглой пилы ИДА28-U-PNP; 2 - блок управления (устройство сбора данных E14-140-M, ПК); 3 - реле GDH2538VD; 4 - автотрансформатор ЛАТР-1М; 5 - электромагнит ДКМ-020; 6 - круглая пила D = 0,56 м, h = 0,0022 м; 7 - цифровой вольтметр UT-106.
План проведения исследований включает:
1. Определение величины отклонения круглой пилы w и боковой силы Q(w) на ос-
новании уравнений теории резания древесины и классической теории тонких пластин с небольшими отклонениями.
2. Определение зависимости между напряжением питания электромагнита U^(w) и усилием притяжения круглой пилы F(w), напряжением датчика отклонения U(w) и боковой силой Q(w), напряжением питания электромагнита U^(w) и напряжением управления реле U(w), напряжением управления реле U^w) и напряжением датчика отклонения U(w) на основании экспериментальных испытаний.
На рис. 1, б представлена система сил, приложенных к диску. Диск толщиной h радиусом а, зафиксирован фланцами радиусом b. Диск вращается с угловой скоростью Q, подвергается воздействию напряжений от центробежных сил инерции ог (1), неравномерного нагрева по радиусу диска от (3) и усилий резания ос (2). Напряжения от усилий резания возникают в результате воздействия на диск радиальной Py (11), касательной Pt (10) и боковой P силы резания. В этом исследовании они рассматриваются как постоянные, однако они зависят от параметров резания. Кроме того, на диск действуют упругие и демпфирующие силы, возникающие в процессе взаимодействия резца с древесиной и окружающим воздухом. Эти силы характеризуются коэффициентами жесткости K и демпфирования С. Под действием боковых усилий резания, упругих и демпфирующих сил, напряжений образуется боковая сила Q(w) (9), которая отклоняет диск от плоскости вращения на величину w (4).
126
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
В этом исследовании принято, что поперечные силы приложены в одну точку. Уравнения составлены в пространственной системе координат R, ф, Z; где R=r; ф = 9 + Qt, Z = z; t - время; r, 9, z - система координат, связанная с телом.
Центробежные напряжения, Н/м2 аг = D, + DJr2 + Dj2
rr 12 3
°ГФФ = Di - D2/r2 + Df,
где arrr, аГфф - радиальные, тангентальные напряжения;
D1, D2, D3, D4 - коэффициенты центробежных напряжений.
Напряжения от усилий резания, Н/м2 ст^ = aQ/r2 + (al/r + 2b]r-2a^ /г3 +b[ /г)х хсовф + (cl/r + 2dlr-2c^/г3 + d( /г)зтф
аФФ = “ ■ао А*2 + (6 V + 2а1 /г3 + b\!r) cos Ф +
+{6dxr + 2с//г5 + d[ /г) sin ф
<ф = с01 г2 + {2ЬуГ- 2 а( /г3 +Ъ[/г) sin ф -
, / /„з , ./ '
(2)
ar
(3)
-(2 dxr - 2с/ / г+ d{/г) cos ф
- d/ - коэффициенты напряжений от усилий резания.
Температурные напряжения, Н/м2
в г Л
jTrdr - jTrdr
b b.
a г \
-1Trdr — |Trdr - Tr2
b b
где аг - коэффициент теплового расширения; Т - температура на поверхности диска, C°; E - модуль Юнга, Н/м2.
Общие радиальные агг, тангентальные ожж, касательные тгф напряжения а = аг + ас + ат
т Щ 'г2-Ъг
" Г2 Т _Еа1 2 ,2 а -Ь (г2+Ь2
фф г2 [a2-b2
фф’
= аА + аА + а
фф
фф
фф
гф
фф
В исследованиях [5] получено уравнение для расчета отклонений круглых пил;
w(r ф t) = [Cm„cosH) + SmnsinH)]Rmn(r)
m, n = 0, 1, 2, 3, ..., (4)
где Rmn(r) - радиальная собственная функция диска,
Cmn, Smn - функции времени диска, находятся из уравнений (5).
П(4) C + п(5) S = PR (г )cos(nф )
1 mn mn 1 mn mn mn4 p v ~ p
П(9) C + n(10) S = 0
mn mn mn mn
(5)
где r фр - координаты боковой силы резания, м;
П(4) , п(5)
mn m
п
(9)
, п(10) - неизвестные ко-
mn
эффициенты, определяемые с помо щью решения уравнений (6).
(4) = az2 -|- тгт
32
п(4) = a Z2 + KR
mn mn
п(5) = -aZ3 + KR
mn mn
-.(9) = pz3
m^COS2^
п
+ KR2mn(r^)sin(nфe)C0S(nфe)
(10) = aZ2mn + ^mnW^W. (6)
mn '~э mn mnv Q' ^ >Q
где m, n - число узловых окружностей и диаметров диска; а, в - коэффициенты;
Z2 , Z3 - неизвестные коэффициенты, оп-
mn mn
ределяемые решением уравнений (7, 8).
и
^>mn ~ J^Rjnn
Dr
d4 | 2 d3
dr4 r dr3 d2
1
—
Jd__
dr2 r3 dr
2n2 d2 2n2
H—— x
~2 dr2 r3
An2 n4
dr r4 r4
r
d
)~
or dr
-hdxrbdRmn + lhn2x
0ф dr r
Х^«СТфф-«2°2/гР rRm
где p - плотность материала пилы, кг/м3;
D - цилиндрическая жесткость диска, Нм.
St,
dr (7)
и
CL=fet"f’tK»
Этх
+2т r6^ML + ~Rmn 4 dr г тп Эф
(8)
Боковое усилие определяется по фор-
муле, Н
Q(w) = [P - Kw - Cw].
(9)
Рис. 2. Зависимость отклонения круглой пилы от времени распиловки (а) и боковой силы (б)
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013
127
rr
rr
rr
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Q(w), F(w), Н
Рис. 3. Зависимость напряжения датчика отклонения и напряжения питания электромагнита от величины боковой силы
00 0\ 'П 00
СО 'П \0 00
оу °v ©„ ©„ ©„ ©„ ©„
СП СП 'Tf 'Tf 'Tf 'Tf 'Tf
<N CH 'Л Ю Ю h 50 OO
Uy(w), В б
Рис. 4. Зависимость напряжения питания электромагнита от напряжения управления реле (а) и напряжения управления реле от напряжения датчика отклонения (б)
а
128
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
Касательная составляющая силы резания, Н [1]
Pt = apb1 + uzsin01(kb2 + 2Я1), (10)
где p - удельная касательная составляющая по задней грани, Н/м; к - фиктивное касательное давление на стружку по передней грани, Н/м2; b1, b2 - ширина стружки и пропила, м; ар - коэффициент затупления; aT - коэффициент трения стружки о стенки пропила;
01 - кинематический угол встречи, рад;
Н1 - текущая глубина реза, м.
Радиальная составляющая силы резания, Н [3]
Pr = PJf - Pntg(70 - 81), (11)
где РП - окружное усилие по передней грани, Н;
Р3 - усилие по задней грани, Н; f - коэффициент трения;
81 - угол резания, рад.
Для средних условий резания боковое усилие резания можно принять P = 0,25Pt [1].
Решение уравнений осуществлялась с помощью математического пакета MathCAD14.
Исходные данные: a=0,28 м; b=0,035 м; h = 0,022 м; r, rQ, rp = 0,28 м; ф = 130 рад; фр, фе = 0,414 рад; 0 = 0,419 рад; Q = 145 рад/с; P = 6,5Н; Pt = 26,2 Н; Pr = 1,34 Н; |д = 0,3; E = = 2,24 х 1011 Н/м2;р = 7850 кг/м3;аг = 0,000011; m = 0, n = 2; а, в = 1; К = 40000Н/м; C = 0; t = = 0-0,5 сек; p = 639 Н/м; к = 1,53 х 106 Н/м2; b. = 0,022 м; b = 0,034 м; a = 1; a_ = 0,072; Я1 = 0,05м; 01 = 1,157 рад; Рп = 21,69 Н; Рз = 4,5 Н; f = 0,7; 81 = 1,05 рад.
В результате решения уравнений построена зависимость величины отклонения круглой пилы от времени распиловки (рис. 2,
а) и боковой силы (рис. 2, б). Знак перед величиной отклонения пилы w показывает направление действия боковой силы Q(w). В этом исследовании рассматриваются абсолютные величины отклонений пилы и боковых сил.
Для определения зависимости между напряжением питания электромагнита U (w) и усилием притяжения пилы F(w), были проведены экспериментальные испытания по методике, приведенной в работе [4]. Для каждой величины отклонения пилы w и боковой
силы Q(w), c помощью автотрансформатора 4 (рис. 1, а) устанавливалось напряжение U^w), контролируемое по показаниям вольтметра 7, способное создать усилие притяжения, равное по величине боковой силе F(w) = Q(w). Диапазон варьирования величины отклонения пилы составлял от 0 до 0,002 м, при шаге 0,0001 м. Варьирование величины отклонения пилы осуществлялось изменением величины воздушного зазора между электромагнитом и пилой х от 0,003 м до 0,005 м, при помощи измерительных щупов. В программе TableCurve 2D
2.03 составлена регрессионная зависимость напряжения питания электромагнита U^w) от усилия притяжения F(w), графическое отображение этой зависимости и уравнение регрессии представлено на рис. 3.
Величина напряжения датчика отклонения U(w) (В) равна отклонению пилы w (мм), U(w) = w. Регрессионная зависимость между напряжением датчика U(w) и боковой силой Q(w) определялась с помощью программы TableCurve 2D 2.03 на данных, полученных в результате теоретических исследований боковых сил (рис. 2, б). Графическое отображение этой зависимости и уравнение регрессии представлено на рис. 3.
С целью определения зависимости между напряжением питания электромагнита U^w) и напряжением управления реле U/(w) была проведена серия опытов, в которых с помощью ПК варьировалось напряжение управления реле U/(w), и посредством вольтметра измерялась величина напряжения питания электромагнита U^w). Диапазон варьирования напряжения составлял от 3,8 до 4,2 В, при шаге 0,005 В. На основании полученных данных в программе TableCurve 2D 2.03 составлена регрессионная зависимость между напряжением питания электромагнита U^(w) и напряжением управления реле U/(w). Графическое отображение этой зависимости и уравнение регрессии представлено на рис. 4, а.
Для разработки программного обеспечения электромагнитной направляющей в программе TableCurve 2D 2.03 составлена регрессионная зависимость между напряжением управления реле U^(w) и напряжением датчика отклонения U(w) (рис. 4, б). Уравнение рег-
ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013
129
ДЕРЕВООБРАБОТКА И ХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
рессии составлено на основании зависимости напряжения питания электромагнита /Уу1(щ) от напряжения его управления U/(w) (рис. 4, а) и величины боковой силы Q(w) (рис. 3).
В результате выполненной работы получены зависимости для определения параметров системы управления электромагнитной направляющей от величины отклонения круглой пилы. Разработана методика определения этих параметров.
Выявлено, что отклонение круглой пилы диаметром 0,56 м толщиной 0,0022 м в процессе пиления древесины составляет 0-0,0005 м (рис. 2, а), отклонение вызвано действием боковой силы величиной 0-24,4 Н (рис. 2, б). При такой величине боковой силы напряжение датчика отклонения составляет 0-0,5 В (рис. 3). При поступлении на блок управления с датчика отклонения напряжения такой величины напряжение управления реле составляет 3,8-4,0 В (рис.4, б). При этом реле создаст напряжение питания электромагнита величиной 0-3,5 В (рис. 4, а). Такое напряжение питания электромагнита создаст усилие
притяжения величиной 0-24,4 Н (рис. 3), под действием которого пила вернется в исходное до начала отклонения состояние.
Библиографический список
1. Стахиев, Ю.М. Устойчивость и колебания плоских круглых пил / Ю.М. Стахиев. - М.: Лесная пром-сть, 1977. - 267 с.
2. Пат. 94898 Российская Федерация МПК B 27 B13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю.; заявитель и патентообладатель Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю. - № 2010107641/22 ; заявл. 02.03.2010; опубл. 10.06.2010.
3. Бершадский, А.Л. Расчет режимов резания древесины: учеб. для вузов / А.Л. Бершадский - М.: Лесная пром-сть, 1967. - 173 с.
4. Торопов, А.С. Экспериментальные исследования взаимодействия электромагнитной опоры с диском круглой пилы / А.С. Торопов, Е.С. Шарапов, Е.Ю. Кузнецов // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2011. - № 5(81). - С. 122-124.
5. Longxiang Yang. Supercritical speed response of circular saws: A thesis for the degree master of applied science, Department of Mechanical Engineering, The University of British Columbia, Vancouver, Canada, 30 of April, 1990.
МЕТОДОЛОГИЯ КОМПЛЕКСНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОБОрудОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
процессов лесопильно-деревообрабатывающих производств в направлении снижения шума
Н.Н. ЧЕРЕМНЫХ, проф., зав. каф. начертательной геометрии и маш.черчения УГЛТУ, д-р техн. наук, засл. изобр. РФ
Акустическая составляющая экологической проблемы в лесопильно-деревообрабатывающих производствах продолжает оставаться заметной в отрасли.
Качественный скачок в производстве технологического оборудования, пневмотранспорте, разработке технологических планировок, в строительстве промышленных зданий, в разработке генеральных планов ДОКа или нижнего склада до определенного времени не сопровождались заметным изменением к проблеме шума.
Напомним, что общей тенденцией развития техники в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем является создание
ugltungmh@yandex.ru
машин с непрерывно увеличивающимися параметрами. Машины становятся мощнее; скорости, напряжение, давление, температура, при которой они работают, выше. Так, в частности, деревообрабатывающие машины характеризуются высокой производительностью, для достижения которой приходится обеспечивать рабочие скорости 60,80,100 и даже более м/с; а скорости подачи до (100.. .150) м/мин. Применение более прочных материалов, совершенствование методов расчетов на прочность приводит к тому, что масса новых машин на единицу мощности уменьшается, т.е. машины становятся относительно легче.
130
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013
