Обоснование технологических параметров механизма перемещения узла резания торцовочного станка Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 674.093 С.В. Петухов

Петухов Сергей Васильевич родился в 1959 г., окончил в 1993 г. Архангельский лесотехнический институт им. В.В. Куйбышева, кандидат технических наук, проректор по административно-хозяйственной работе, директор центра ресурсосбережения, ст. преподаватель кафедры ЭПП. Область научных интересов - конструирование систем позиционирования деревообрабатывающего оборудования.

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ УЗЛА РЕЗАНИЯ ТОРЦОВОЧНОГО СТАНКА

Обоснованы параметры движения механизма прямолинейного перемещения узла резания однопильного круглопильного станка от линейного привода.

Ключевые слова: круглопильный станок, торцовка, механизм перемещения, прямолинейное перемещение, однопильный узел резания, линейный привод.

При прямолинейной подаче узла резания в торцовочных станках реализуют две схемы перемещения суппорта: по направляющим и рычажно-шарнирную. Наиболее простые схемы осуществлены в торцовочных станках ЦПА-2, ЦТ8-4, 9-4, 10-4, 10-5, ЦМЭ-3Б, ТЦ-400, СТ-250, ЦСТ10-5 и др. Ры-чажно-шарнирные схемы подачи при перемещении суппорта используют в торцовочных станках ЦМЭ-2М, Ц2К-12, СТ-1 и др.

В торцовочном станке ЦПА-2 суппорт перемещается кареткой поворотной колонки станины, на передней его части установлен электродвигатель с пильным диском. Суппорт снабжен направляющими, которые перемещаются в роликоподшипниках каретки колонки. Электродвигатель с пилой может быть повернут в любую сторону от вертикали, что дает возможность косой распиловки. Суппорт движется с помощью гидропривода. Гидроцилиндр расположен внутри суппорта, распределитель управления - на каретке. Его шток связан с комбинированным рычагом.

Станки модели ЦТ8-4, кроме установки прецизионной каретки пильного узла, имеют электродинамическое торможение двигателя и автоматический возврат каретки в исходное положение.

В модели ЦТ10-4 пила с электродвигателем крепится на каретке, которая обеспечивает перемещение пилы параллельно плоскости стола. Пильная каретка расположена на колонне и имеет возможность поворота в горизонтальной плоскости для углового пиления и автоматического возврата в исходное положение. В двигателе предусмотрено электродинамическое торможение. Подобная конструкция реализована в станках ЦТ10-5 и 9-4.

В базовом станке ЦМЭ-3Б.04 пилу перемещают вручную параллельно плоскости стола, а станки ЦМЭ-3Б.01 и -3Б уже оснащены пневматическим приводом перемещения пилы. Модель ЦМЭ-3Б имеет электропривод перемещения заготовки. Станок укомплектован рольгангами и системой торможения пильного вала в течение не более 6 с. Автоматически дейст-

вующий прижим распиливаемой заготовки обеспечивает соблюдение требований безопасной работы. Подача материала механизирована. Регулирование скорости подачи пильного вала осуществляют с помощью пневмопривода или вручную.

В торцовочном рычажно-шарнирном станке поступательное движение суппорта обеспечено гидроцилиндром через шарнирный многозвенник.

В торцовочном рычажно-шарнирном станке Ц2К-12 поступательное движение суппорта обеспечивает система соединенных шарнирно рычагов. Подача суппорта может быть ручной или от пневмоцилиндра. В первом случае на станке монтируют прижимный механизм, а во втором - пневматический цилиндр.

Торцовочный станок СТ-1 имеет шарнирно-маятниковый направляющий механизм пильного шпинделя, обеспечивающий движение пилы параллельно столу станка.

За критерий оценки варианта и выбора структуры принимали простоту конструктивной разработки кинематической пары, отличающейся необходимой относительной подвижностью.

В целом при перемещении механизма узла резания линейный электропривод не применяют. В связи с этим решалась следующая задача: определение силовых и технологических параметров движения механизма прямолинейного перемещения узла резания.

Расчетная схема к определению силовых параметров движения механизма перемещения узла резания приведена на рис. 1 (А - точка входа зуба пилы в древесину; В - точка выхода зуба пилы из древесины; к - высота пропила (толщина заготовки); с - расстояние от оси пильного вала до верхней пласти доски; фвх, фвых, фср - углы входа, выхода и средний, определяющие положение зуба на дуге резания, соответствующей АВ; Ь - ширина доски; г - радиус пилы; г - выступ пилы за нижнюю пласть доски).

Рис. 1. Схема торцевания пиломатериалов при прямолинейном перемещении узла резания с помощью ЦЛАД

Так как радиус пилы

г = с + И + г, (1)

то выступ пилы за нижнюю пласть доски

г = г - с - И. (2)

С учетом принятых значений г = 0,2 м, Ь = 0,3 м, И = 0,075 м, с = 0,105 м получаем г = 0,02 м.

При пилении на заготовку (доску) действуют следующие силы резания: Рк - касательная, Рн - нормальная. Общая сила

Р = Р + Р . (3)

Схема сил, которые действуют при пилении со стороны пилы, представлена на рис. 2.

Скорость резания обычно составляет 50,0 ... 70,0 м/с, а скорость подачи - 1,2 ... 25,0 м/с. Число зубьев пил: 48, 60, 72 и 96.

При расчетах касательной силы резания принимали следующие параметры: угол косой заточки зубьев в = 40 ... 80°; подача на зуб иг = 0,014 ... 0,416 мм; высота пропила/= 10 ... 110 мм; ширина пропила Ь = 2 ... 5 мм; плотность древесины у0 = 0,4 ... 0,6 кг/см3; продолжительность чистого резания Т = 0,1 ... 180,0 мин; угол резания А = 70 ... 125°.

Нормальную силу резания выражали через касательную силу:

Рн = тРк , (4)

касательную - через мощность привода пилы:

Р = 1 N ■ 103, (5)

к V

где т - коэффициент остроты зуба, т = 0,2 ... 0,7; принято т = 0,2;

N - мощность привода механизма резания, N = 3 кВт;

^ - КПД привода механизма резания, п = 0,95;

V- скорость резания, м/с.

Г--------Рк

Рис. 2. Схема сил резания

Скорость резания рассчитывали при диаметре пилы D = 400 мм и частоте вращения пильного вала n = 3000 мин"1. Нормальная сила резания Рн = 9,0716 Н.

Согласно рис. 2, проекция силы резания на ось х

Sx = .PnSin фср - PK cos фср ; (6)

на ось у:

Sy = PKsin фср + Рн cos фср, (7)

или

Sx(x) = Рн sin фср(х) - Рк cos фср(х); (8)

Sy(y) = Рк sin фср(х) + Рн cos фср(х). (9)

При расчете параметров движения вторичного элемента (ротора) исходили из того, что его движению сопротивляется сила Fc, направленная обратно к силе Sx:

Fc = Sx; (10)

Fc(x) = Рн sin фср(х) - Рк cos фср(х). (11)

Решение задачи по определению технологических параметров движения механизма перемещения узла резания при пилении пиломатериалов на однопильном круглопильном станке сводится к следующему. Силу резания определяют в точке, соответствующей середине дуги резания. Для построения графика изменения положения точки резания при прямолинейной подаче пилы устанавливали зависимость изменения угла резания от величины перемещения вторичного элемента в разные моменты времени.

1. Зависимость угла резания от величины перемещения вторичного элемента в моменты времени, когда угол входа пилы приходится на верхнюю пласть доски, а угол выхода - на ее правую нижнюю кромку, определяют следующим образом:

a = -jr2 - (r - z - к)2 ; (12)

. a . лJr2 - (r - z - k)2

Фт = arcsin— = arcsin-; (13)

r r

b = a - x = ^r2 - (r - z - к)2 - x; (14)

. b . Vr2 - (r - z - к)2 - x

Фвых = arcsin— = arcsin- ; (15)

r r

d2 = r2 - (r - z)2; (16)

d = y¡r2 - (r - z)2 ; (17)

d + Xj = a; (18)

X = a - d = ,Jr2 - (r - z - к)2 r2 - (r - z)2 . (19) При изменении х от 0 до х1 имеем

. д/г2 - (г - г - И)2 - х . д/г2 - (г - г - И)2

arcsin--ъ arcsin

Фф1 (х) = =-г---г-.(20)

2. Зависимость угла резания от величины перемещения вторичного элемента в моменты времени, когда угол входа пилы приходится на верхнюю пласть доски, а угол выхода - на ее нижнюю кромку, определяют следующим образом:

Х2 = Ь; (21)

1Г2 - (г - г - И)2 Фвх = атгот-; (22)

г

. й . л/г2 - (г - г)2 Фшх = arcsin — = arcsin-. (23)

г г

При изменении х от х1 до х2 получаем

А г2 - (г - г )2 л/г2 - (г - г - И)2 arcsln--ъ arcsln-

Фср 2 (х) = =-г-2-г-. (24)

3. Зависимость угла резания от величины перемещения вторичного элемента в моменты времени, когда угол входа пилы приходится на левую пласть доски, а угол выхода - на ее нижнюю кромку, определяют следующим образом:

. л/г2 - (г - г)2 Фвых =arcsln-; (25)

вых

г

I = а - х'; (26)

х' = х - Ь; (27)

I = а - (х - Ь) = а - х + Ь = ^г2 - (г - г - И)2 - х + Ь; (28)

. I . Уг2 - (г - г - И)2 - х + Ь

^ = arcsln — = arcsln-; (29)

г г

/2 = г2 - (г - г)2; (30)

/ = ^г2 - (г - г)2 ; (31)

х3 = Ь + х{; (32)

х! = а - / = ,1 г2 - (г - г - И)2 г2 - (г - г)2 ; (33)

х; = Ь + ^г2 - (г - г - И)2 -д/г2 - (г - г)2 . (34)

При изменении х от х2 до х3 имеем

Фсрз(x) =

Фвых + Фвх

arcsin

. Jr2 - (r - z)2 . д/r2 - (r - z - h)2 - x + L

+ arcsin

r

r

..(35)

2 2 Общая зависимость изменения угла резания от величины перемещения вторичного элемента линейного асинхронного электродвигателя имеет вид:

f (x) = Фср1 (Х)(ф(x) - Ф(x - xx)) + фСр2 (ж)(ф(x - - Ф(x - x2 )) + + Фср3 (x)(Ф(x - x2) - ф(x - x3 )).

(36)

График зависимости угла резания от величины перемещения вторичного элемента представлен на рис. 3.

С учетом изменения угла резания сила сопротивления

Fc(x) = PH sin fx) - PK cos fx). (37)

Скорость подачи пилы на заготовку будет в данном случае равна скорости движения вторичного элемента линейного асинхронного двигателя. Продолжительность пиления доски для принятых данных составляет t = 2,33 c. При этом перемещение x = 0,38 м, а скорость вторичного элемента V = 0,35 м/с. Необходимость прижима заготовки к столу во время резания зависит от направления проекции сил резания Sx и Sy. В рассматриваемом случае эти силы прижимают заготовку к установочной и направляющей базам, поэтому дополнительных базирующих механизмов для создания силового замыкания не требуется.

В ходе эксперимента с учетом параметров усилий резания определены технологические параметры движения механизма перемещения узла резания при пилении пиломатериалов на одно-пильном круглопильном станке, а также привода механизма перемещения узла резания. Для согласования механических характеристик двигателя линейного электропривода с характеристиками исполнительного механизма в процессе торцевания пиломатериалов получены зависимости углов входа и выхода зубьев пилы из зоны пропила древесины и изменения угла резания от величины перемещения вторичного элемента. Полученные зависимости позволяют определять технологические параметры привода механизма перемещения узла резания, в частности, с линейным двигателем.

Поступила 4.04.05

Архангельский государственный технический университет

Рис. 3. Изменение угла резания /(.х) от перемещения х вторичного элемента

S.V. Petukhov

Substantiation of Operational Parameters for Mechanism of Cutting Angle Transfer in Butt Saw

The parameters of transfer mechanism for in-line motion of the cutting angle of a single-blade circular saw from a linear drive are substantiated.