CC BY
9
УДК 674.053
А. А. Гришкевич, С. А. Гриневич, Г. В. Алифировец
Белорусский государственный технологический университет
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПИЛЫ ДИСКОВОЙ СБОРНОЙ ДЛЯ РЕЗАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ
Резание древесины и древесных материалов с использованием лезвийного инструмента является широко используемым видом обработки при изготовлении мебели, столярных изделий, получении щепы и других видов продукции. Механическая обработка древесины и древесных материалов дисковыми пилами занимает в этих видах производств одно из ведущих мест.
Технический прогресс в деревообрабатывающей промышленности, автоматизация и интенсификация технологических процессов, а также повышение качества и точности обработки древесных материалов предъявляют к режущему инструменту все более высокие требования.
Одно из основных требований - высокая производительность. Существует множество конструкций пил дисковых, увеличивающих производительность самого инструмента, однако повышение производительности за счет уменьшения времени на замену инструмента не имеет такого же многообразия конструкций.
Современный дереворежущий инструмент должен обеспечивать точность и качество обработки, обладать высокой износостойкостью, надежностью и долговечностью, быть удобным в подготовке к эксплуатации, обладать минимальным шумообразованием.
В данной работе рассматривается пила дисковая, конструкция которой предполагает уменьшение время простоя оборудования при замене инструмента. При ее проектировании проведены необходимые расчеты на ее работоспособность, разработаны чертежи.
Ключевые слова: резание, пила дисковая, производительность, силы резания, угловые параметры.
Для цитирования: Гришкевич А. А., Гриневич С. А., Алифировец Г. В. Особенности конструкции пилы дисковой сборной для резания древесины // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хоз-во, природопользование и перераб. возобновляемых ресурсов 2021. № 2 (246). С. 320-326.
A. A. Grishkevich, S. A. Grinevich, G. V. Alifirovets
Belarusian State Technological University
DESIGN FEATURES OF THE CIRCULAR SAW FOR WOOD CUTTING
Cutting wood and wood materials using a blade tool is a widely used type of processing in the manufacture of furniture, joinery, wood chips and other products. Mechanical processing of wood and wood materials with circular saws occupies one of the leading places in these types of production.
Technological progress in the woodworking industry, automation and automation of technological processes, as well as improving the quality and accuracy of processing wood materials, place ever higher demands on the cutting tool.
One of the main requirements for the tool is high performance. There are many designs of circular saws that increase the productivity of the tool itself, but increasing productivity by reducing the time to replace the tool does not have the same variety of designs.
Modern wood-cutting tools must ensure the accuracy and quality of the work, have high wear resistance, reliability and durability, be convenient in preparation for operation, and have minimal noise generation.
In this paper, we consider a circular saw, the design of which involves reducing the downtime of the equipment when replacing the tool. When designing it, the necessary calculations were made for its op-erability, and drawings were developed.
Key words: milling, profiling, cutting forces, angular parameters.
For citation: Grishkevich А. А., Grinevich S. A., Alifirovets G. A. Design features of the circular saw for wood cutting. Proceedings of BSTU, issue 1, Forestry. Nature Management. Processing of Renewable Resources, 2021, no. 2 (246), pp. 320-326 (In Russian).
Введение. Пиление древесины круглыми (дисковыми) пилами - самый распространенный процесс механической технологии, отличающийся большим разнообразием конструкций
и технологических схем станков [1]. Простота устройства станков, относительно низкая стоимость и высокая производительность способствуют их использованию на всех делительных
операциях первичной и вторичной обработки древесины.
Основная часть. Целью работы является разработка конструкции пилы дисковой со съемными сегментами, дающими возможность сохранить длительный срок службы корпуса пилы и улучшить условия ее замены на шпинделе станка. Выполнив патентный обзор: патент БУ 7982 и «Дисковая пила» [2], патент ЯИ 2690879 С1 «Круглая пила по дереву с эффектом самозатачивания» [3], патент 8И 1544558 А1 «Дисковая пила» [4], определим задачи проекта.
Задачами работы являются:
- рассчитать силы и мощность резания, режимы эксплуатации, конструктивные элементы и проанализировать работу пилы дисковой сборной;
- провести теоретические исследования с целью определения условий эксплуатации новой конструкции пилы.
На рис. 1 представлена схема пиления дисковыми пилами.
Рассмотрев конструкции дисковых пил, можно провести параллели с металлообработкой, где применяется пила Геллера [5]. Она используется для резки черного и цветного металла при помощи дисковых пил. Сегментная пила является режущим устройством и важной частью фрезерно-отрезного станка, ее главная задача -обработка различных заготовок из металла. Этот инструмент представляет собой диск с закрепленными по краю зубьями, которые называются сегментами. Процесс резки происходит под прямым углом диска к самой заготовке [6].
Способность обрабатывать металлические формы любых размеров возможна благодаря определенным сегментам с разными характеристиками [7].
Для проектирования пилы будем использовать многопильный станок с частотой вращения 4400 мин-1. Высота пропила составляет от 15 до 200 мм, а также данный станок имеет жесткую конструкцию, рассчитанную на тяжелые условия работы [8].
Принципиальный вид проектируемой пилы дисковой со съемными сегментами представлен на рис. 2.
Для определения режимов эксплуатации пилы дисковой сборной необходимо произвести расчет скорости резания. Для круглопиль-ного станка примем частоту вращения пилы п = 4400 мин -1, а максимальный диаметр пил В = 320 мм.
Рис. 2. Принципиальный вид проектируемой пилы дисковой сборной
Скорость главного движения V, м/с, определим по формуле [9].
V =
3,14 • 320 • 4400 60 1000
= 73,7 м/с.
О;
Рис. 1. Схема пиления дисковыми пилами: 1 - стол; 2 - распиливаемый материал; 3 - пила
Диаметр пилы и количество зубьев выбраны по конструкторским соображениям: D = 320 мм, г = 32. Расчет длины дуги контакта /к, мм, и шага t, мм, выполнено графически с помощью программы «Компас-3Б у18.1».
Определение массы и расстояния от оси вращения до центра масс съемного сегмента выполнено графически с помощью программы «Компасов у18.1» (рис. 3).
Рис. 3. Графическое определение параметров съемного сегмента
Составим схему действующих сил на сегмент в процессе пиления (рис. 4).
Определим проекции сил на ось у. Проекцию сил инерции Ри', Н, сегмента на ось у рассчитаем как произведение силы инерции Ри = 10 179 Н на косинус угла между вектором силы инерции и осью у, 0°, определенный графически с помощью программы «Компас-3Б у18.1».
Ри' = 10179 • со8(0) = 10179 Н.
Выполним расчет радиальной Рн, Н, и касательной Рд, Н, силы резания для первого зуба. Проекцию радиальной силы от первого зуба Рн рассчитаем как произведение радиальной силы Рг = 9,81 Н на синус угла между силой и плоскостью, перпендикулярной плоскости у, 11,22°, рассчитанный графически с помощью программы «Компас-3Б у18.1».
Рг1 = 9,81 • 8т(11,22) = 1,9 Н.
Проекцию касательной силы от первого зуба Ра вычислим как произведение касательной силы Р = 37,9 Н на косинус угла между силой и плоскостью у, 11,22°, найденный графически с помощью программы «Компас-3Б у18.1».
Р = 37,9 • со8(11,22) = 37,17 Н.
Расчет касательных и радиальных сил произведем аналогичным образом [10]. Значения сил составят: р2 = 35,02 Н, Рг2 = 3,75 Н, Ре = 31,52 Н, РГ3 = 5,44 Н, Р4 = 26,81 Н, р4 = 6,93 Н, р5 = 21,07 Н, РГ5 = 8,15 Н, р6 = 14,52 Н, РГ6 = 9,06 Н.
Для расчета крепления предварительно выберем винт А2.М3-6ех3,5.109 (ГОСТ 17475) [11] исходя из конструкторских соображений. Допускаемое напряжение смятия и среза для данного винта составляет [тср] = 270 МПа и [осм] = 360 МПа соответственно [12].
Схема нагружения винта представлена на рис. 5.
Рис. 4. Схема сил, действующих на сегмент Трулы БГТУ Серия 1 № 2 2021
пилы дисковой сборной при разных частотах вращения, а также при разном количестве крепежных винтов и их диаметра.
Задачей исследования является определение:
- влияния частоты вращения пилы п, мин -1, на напряжения среза Тср, МПа, и смятия Осм, МПа, винтов, а также максимально допустимой частоты ее вращения по каждому из напряжений;
- зависимости диаметра резьбы винта с1, мм, их количества от напряжения среза тф, МПа, и смятия Осм, МПа, а также минимального их количества и диаметра для выполнения условия прочности.
Данные для этого графика представлены в табл. 1.
На рис. 6 изображен график зависимости частоты вращения п, мин-1, от напряжения среза Тср, МПа, и смятия Осм, МПа [9].
Таблица 1
Зависимость частоты вращения от напряжения среза Тср, МПа, и смятия Осм, МПа
Частота вращения п, мин-1 Угловая скорость ю, рад/с Сила инерции ^и, Н Напряжение среза Тср, МПа Напряжение смятия Осм, МПа Допускаемое напряжение среза для 6 винтов [Тср]', МПа Допускаемое напряжение смятия для 6 винтов [Осм]', МПа
2000 209,4 2015,5 401,1 297,9 1620 2160
2500 261,8 3289,9 626,6 465,4
3000 314,2 4737,4 902,4 670,2
3500 366,5 6448,1 1228,2 912,2
4000 418,9 8422,1 1604,2 1191,5
4500 471,2 10659,2 2030,3 1508,0
5000 523,6 13159,5 2506,6 1861,7
5500 576,0 15923,0 3032,9 2252,6
6000 628,3 18949,6 3609,5 2680,8
Рис. 6. График зависимости частоты вращения п, мин 1 от напряжения среза тср, МПа,
и смятия Осм, МПа
Срез
Рис. 5. Схема нагружения элементов крепления сегмента
Итогом данного расчета является то, что для выполнения условия прочности каждый съемный сегмент потребуется крепить 6 винтами А2.М3^х3,5.109 (ГОСТ 17475).
Целью теоретических исследований является изучение работы новой конструкции
Графики зависимости диаметра резьбы винта й, и смятия Осм, МПа, представлены на рис. 7 и 8, мм, и их количества от напряжения среза тф, МПа, данные для этих графиков приведены в табл. 2.
Стандартные диаметры 4 винта
Нестандартные диаметры
400
300
200
100
2
2,5
3
3,5
4
с!мм
Рис. 7. График зависимости диаметра резьбы винта й, мм, и их количества от напряжения смятия осм, Мпа
Рис. 8. График зависимости диаметра резьбы винта й, мм, и их количества от напряжения среза Тср, МПа
Таблица 2
Зависимость диаметра резьбы винта й, мм, и их количества от напряжения среза Тср, МПа,
и смятия Осм, МПа
Диаметр резьбы винта d, мм Напряжение среза на 1 винт Тср', МПа Напряжение смятия на 1 винт Осм', МПа
1 2 3
4 винта
2 810,0 727
2,5 518,4 581,7
3 360,0 484,7
3,5 264,5 415,5
4 205,5 363,5
5 винтов
2 648,0 581,7
2,5 414,7 465,3
3 288,0 387,8
3,5 211,6 332,4
4 162,0 290,8
6 винтов
2 540,0 484,7
2,5 345,6 387,8
3 240,0 323,1
3,5 176,3 277,0
Заключение. В работе рассмотрен вариант конструкция пилы дисковой сборной со съемными сегментами, позволяющая уменьшить время на замену инструмента.
Определено максимальное значение силы, приходящейся на крепежные элементы, достигаемой при вращении пилы на холостом ходу и равной силе инерции сегмента ^и = 10 179 Н, а также максимальная скорость подачи при полной загрузке привода, которая составила = = 14,08 м/мин.
По результатам расчета крепежных элементов на смятие и срез определено, что для
крепления сегментов потребуются винты А2.М3^х3,5.109 (ГОСТ 17475) в количестве 6 шт.
Проведены исследования по определению зависимости напряжения среза Тср, МПа, и смятия Осм, МПа от частоты вращения п, мин- \ а также зависимости напряжения среза Тср, МПа, и смятия Осм, МПа, от диаметра резьбы винта с1, мм, и их количества. Максимально возможная допустимая частота вращения пилы составила п = 4664 мин-1, а наилучшим вариантом крепежных элементов будет 6 винтов А2.М3^х3,5.109 (ГОСТ 17475).
Список литературы
1. Глебов И. Т. Резание древесины. Екатеринбург: УГЛТУ, 2001. 151 с.
2. Дисковая пила: пат. 7982 Респ. Беларусь, МПК B 23 D 47/00, B 23 D 61/02, C 23 C 14/32 / И. В. Мурашова, В. А. Хлебцевич, И. Л. Поболь, Ю. В. Соколов, А. Э. Паршуто // Нац центр интеллектуал. собственности. 2020. С. 5.
3. Круглая пила для древесины с эффектом самозаточки: пат. 2690879 Рос. Федерация, МПК B 27 B 33/08, B 23 D 61/02 / В. П. Ивановский, А. Д. Платонов, А. М. Волганкин, Р. А. Недиков; заявитель Воронежский гос. лесотехн. ун-т имени Г. Ф. Морозова. № 2018145389; заявл. 19.12.2018; опубл. 06.06.2019 // Регистр интеллектуал. промышл. собственности. 2020. С. 6.
4. Дисковая пила: пат. 1544558 СССР, МПК B27 B 33/08, B23 D 61/02, B23 D 61/04 / Т. А. Носовский, В. И. Белошицкий, И. М. Пишник, С. В. Зубик; заявитель Львовский лесотехн. ин-т № 4390994; заявл. 20.01.1988; опубл. 23.02.1990 // Нац центр интеллектуал. собственности. 1990. С. 2.
5. Строй-подсказка / Особенности пилы Геллера. М.,2015. URL: https://stroy-podskazka.ru (дата обращения: 28.11.2020).
6. Завойских Г. И., Протас Г. И., Лой В. Н. Первичная переработка древесного сырья на лесозаготовительных предприятиях: учеб.-метод. пособие. Минск: БГТУ, 2010. 133 с.
7. BBK-C / Многопильные станки. Минск, 2020. URL: https://vvks.by (дата обращения: 28.11.2020).
8. Детали из древесины и древесных материалов. Припуски на механическую обработку: ГОСТ 7307-2016. Введ. 01.10.2018. Минск: Гос. ком. по стандартизации Респ. Беларусь, 2018. 20 с.
9. Гришкевич А. А. Механическая обработка древесины и древесных материалов, управление процессами резания: учеб.-метод. пособие. Минск: БГТУ, 2012. 111 с.
10. Бурносов Н. В., Гриневич С. А. Проектирование и производство деревообрабатывающего оборудования. Лабораторный практикум. Минск: БГТУ, 2008. 143 с.
11. Винты с потайной головкой точности А и В. Конструкция и размеры: ГОСТ 17475-80. Введ. 01.01.1982. Минск: Гос. ком. по стандартизации Респ. Беларусь, 2008. 10 с.
12. Детали машин / Расчет болтовых соединений. Уфа, 2020. URL: http://www.detalmach.ru (дата обращения: 28.11.2020).
References
1. Glebov I. T. Rezaniye drevesiny [Cutting wood]. Yekaterinburg, UGLTU Publ., 2001. 151 p.
2. Diskovayapila [Circular saw]. Patent 7982 BY, no. u 20110634, 2012.
3. Kruglayapila dlya drevesiny s effektom samozatochki [Round wood saw with self-sharpening effect]. Patent 2690879 RF, no. 2018145389, 2019.
4. Diskovaya pila [Disk saw]. Patent 1544558, No. 43990994, 1990.
5. Stroy-podskazka. Osobennosti pily Gellera [Stroy tip. Features of the Geller saw]. Moscow, 2015. Available at: https://stroy-podskazka.ru (accessed 28.11.2020).
6. Zavoyskikh G. I., Protas P. A., Loy V. N. Pervichnaya pererabotka drevesnogo syr'ya na leso-zagotovitel'nykhpredpriyatiyakh [Primary processing of wood raw materials at logging enterprises: studies]. Minsk, BGTU Publ., 2010. 133 p.
7. BBK-C Mnogopilnyye stanki [Multi-saw machines]. Minsk, 2020. Available at: https://vvks.by (accessed 28.11.2020).
8. GOST 7307-2016. Detali iz drevesiny i drevesnykh materialov. Pripuski na mekhanicheskuyu obrabotku [Parts made of wood and wood materials. Allowances for mechanical processing]. Minsk, Gosu-darstvennyy komitet po standartizactsii Resp. Belarus' Publ., 2018. 20 p. (In Russian).
9. Grishkevich A. A. Mekhanicheskaya obrabotka drevesiny i drevesnykh materialov, upravlenyie protsessami rezaniya [Mechanical processing of wood and wood materials, control of cutting processes]. Minsk, BGTU Publ., 2012. 111 p.
10. Burnosov N. V. Grinevich S. A. Proyektirovaniye i proizvodstvo derevoobrabatyvayushchego obo-rudovaniya [Design and production of woodworking equipment]. Minsk, BGTU Publ., 2008. 143 p.
11. GOST 17475-80. Vinty s potaynoy golovkoy tochnosti A i V. Konstruktsiya i razmery [Countersunk head screws of precision A and B. Design and dimensions]. Minsk: Gosudarstvennyy komitet po standarti-zatsii Resp. Belarus' Publ., 2008. 10 p. (In Russian).
12. Detali mashin. Raschet boltovykh soyedineniy [Details of machines. Calculation of bolted connections]. Ufa, 2020. Available at: http://www.detalmach.ru (accessed 28.11.2020) (In Russian).
Информация об авторах
Гришкевич Александр Александрович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой деревообрабатывающих станков и инструментов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: dosy@belstu.by
Гриневич Сергей Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры деревообрабатывающих станков и инструментов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: gres410a@ya.ru
Алифировец Григорий Васильевич - инженер кафедры деревообрабатывающих станков и инструментов. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: alifirovez@tut.by
Information about the authors
Grishkevich Aleksandr Aleksandrovich - PhD (Engineering), Associate Professor, Head of the Department of Woodworking Machines and Tools. Belarusian State Technological University (13a, Sverdlo-va str., 220006, Minsk, Republk of Belarus). E-mail: dosy@belstu.by
Grinevich Sergey Anatol'yevich - PhD (Engineering), Associate Professor, Assistant Professor, the Department of Woodworking Machines and Tools. Belarusian State Technological University (13a, Sverd-lova str., 220006, Minsk, Republic of Belarus). E-mail: gres410a@ya.ru
Alifirovets Grigoriy Vasil'yevich - engineer, the Department of Woodworking Machines and Tools. Belarusian State Technological University (13a, Sverdlova str., 220006, Minsk, Republic of Belarus). E-mail: alifirovez@tut.by
Поступила 23.03.2021
