CC BY
30
ОТЖИМНАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ
Шарапов Е. С., Кузнецов Е.Ю. (МарГТУ, г. Йошкар-Ола, РФ)
The project is directed on creation squeezing electromagnetic directing raising movement accuracy of round saw at greater speeds of submission on the equipment sawing a wood, owing to increase stability and rigidity saws cloths due to influence on them of operated electromagnetic fields.
Одним из основных показателей качества пиления древесины является точность размеров получаемых пиломатериалов. Она зависит от сил, действующих на пилу в процессе пиления, и способности пилы противодействовать этим силам - жесткости и устойчивости [1].
Существует проблема низкой точности при больших скоростях подачи, связанная с воздействием на полотно пилы со стороны пиломатериала боковой силы, 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 полотно пилы изгибающего момента, такие направляющие являются лишь ограничителями предельных отклонений полотна пилы в осевом направлении [7].
Рациональнее использование направляющих выполненных в виде роликов. Такие направляющие повышают точность пиления, но вследствие наличия трения качения, больших частот вращения роликов и значительных напряжений в полотне пилы от изгиба, приводит к быстрому износу направляющих роликов [1].
Направляющие, выполненные в виде пластин, повышают точность движения пилы в зоне резания, но вследствие наличия трения скольжения и значительных напряжений в полотне пилы от изгиба, приводит к износу рабочих поверхностей направляющих [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 через специальные отверстия поддува под давлением. Такие направляющие повышают точность пиления снижают износ, но имеют более сложную конструкцию по сравнению с другими типами направляющих, возникает необходимость в источнике сжатого воздуха, отсутствует система автоматического регулирования положения полотна пилы в зависимости от интенсивности внешней нагрузки [3-5].
В настоящее время эффективнее всего применение направляющих, обеспечивающих стабилизацию полотна пилы водо-воздушной смесью автоматически в зависимости от знака и величины её отклонения от заданного положения [6].
Но такие направляющие имеют низкий уровень функциональных возможностей, инерционность системы управления положением полотна пилы.
В результате анализа существующих аналогов направляющих можно сделать вывод о том, что все они преимущественно работают в режиме фрикционного контакта с пилой. Этот контакт обуславливает быстрый износ пилы и направляющей, недостаточную точность пиления, и производительность оборудования, что в совокупности увеличивает издержки на обслуживание лесопильного оборудования, себестоимость продукции, вследствие необходимости увеличения числа технологических операций.
Одним из возможных путей повышения точности пиления является использование электромеханического действия магнитного поля, которое своим действием обеспечит стабилизацию полотна пилы за счёт повышения её жесткости и устойчивости и создаст магнитострикционный эффект, способствующий увеличению износостойкости полотна пилы [2].
Предложена конструкция отжимной электромагнитной направляющей [9] использование которой обеспечивает повышение точности пиления при больших скоростях подачи, где силовое и стабилизирующее воздействие на полотно пилы -1 (рис.1), осуществляет электромеханическая сила отталкивания - F1(w), F2(w), возникающая в воздушном зазоре - w между полотном пилы, выполненным из магнитно-твёрдого материала, и неподвижными электромагнитами - 8,9 (рис.2), вследствие изменения магнитного потока Ф1,Ф2 в зазоре при одинаковой их полярности. При этом полотно пилы стремиться занять среднее положение между неподвижными электромагнитами, тем самым обеспечивается его стабилизация.
В целях интенсификации процесса пиления возможна автоматизация процесса, в этом случае при воздействии боковой силы - Q (рис.2), полотно пилы -1 смещается вдоль пильного вала - 2, например влево, датчик перемещений, например индуктивный - 3, замеряет величину смещения полотна пилы вдоль пильного вала - Х^) (рис.3). Величина смещения в виде электрического сигнала
- обрабатывается блоком управления - 4, где формируется сигнал управления
- Дi(w)=io-i(w) [8]. Усиливаясь усилителем мощности - 5 до величины - Д^^) сигнал управления поступает на обмотку управления - 6 электромагнита - 8, вызывая увеличение магнитного потока - Ф1 в воздушном зазоре - w. С увеличением магнитного потока - Ф1 увеличивается сила отталкивания полотна пилы -F1(w) (рис.1). 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 - i(w), не будет соответствовать, заданной величине тока - = ¿0), 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 - Дi(w), через усилитель мощности - 5 поступает на 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).
Рисунок 1- Пильный узел с электромагнитной направляющей круглой пилы
Рис. 2. Узел Б фиг. 1;
Х(Ж> Г—г—|К»») I \—| 1—=—|Л.(*»)г ,
Рисунок 2 - Структурная схема системы автоматического регулирования по-
ложением полотна пилы
Целью исследования является разработка устройства отжимной электромагнитной направляющей и исследование воздействия электромагнитных полей на повышение устойчивости и жёсткости полотен пил при пилении с большими скоростями подачи, в целях повышения точности пиления, качества получаемых пиломатериала, производительности лесопильного оборудования и износостойкости полотна пилы.
Задачами исследований являются установление зависимостей величины электромеханической силы отталкивания от физических и геометрических параметров электромагнитов, основных величин характеризующих зависимость параметров электромагнитного поля от физико-механических свойств полотна пилы, разработке экспериментальной установки отжимной электромагнитной направляющей и конструкции полотна круглой пилы.
Использование отжимной электромагнитной направляющей, исключает фрикционный контакт, а значит и износ, кроме того магнитострикционный эффект способствует повышению износостойкости пилы, вследствие чего снижается количество её переточек и время переналадки оборудования.
Непосредственное силовое воздействие электромагнитным полем, стабилизирует пилу, исключая её вибрацию, тем самым достигается повышение качества получаемого пиломатериала, производительности оборудования, снижение мощность электродвигателя.
Автоматизация процесса позволяет существенно расширить функциональные возможности оборудования, осуществлять пиление с учётом индивидуальных особенностей сырья, регулировать положением и динамическими характеристиками пилы с высокой точностью. Кроме того, уменьшение количества отходов, повышает рациональность использования распиливаемого сырья, улучшая экологическую составляющую предприятия и региона в целом.
Использование предлагаемого устройства за счёт модернизации существующего парка оборудования, или приобретения нового позволяет предприятию выпускать качественную продукцию, с необходимой производительностью при малых издержках, как на материалы, так и на оборудование. Уменьшение издержек позволяет повысить прибыль предприятия, и увеличить свою конкурентоспособность.
Устройство направляющей универсально и, тем самым, имеет широкую область применения, в основном это деревообрабатывающие и металлообрабатывающие станки, а также станки для обработки не древесных материалов.
Все вышеперечисленные преимущества в совокупности повышают экономическую эффективность предприятия, что позволяет говорить о перспективности проекта в рыночном и техническом отношении.
Литература
1. Прокофьев, Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами [Текст] / Г.Ф. Прокофьев.// - М.: Лесная промышленность, 1990.
2. Памфилов, Е.А. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования [Текст] / Е.А Памфилов, П.Г. Пыриков// Изв. вузов. Лесн. журн. - 2006. - №2.
3. Пат. 2307024 Российская Федерация МПК B 27 B 13/10. Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы [Текст] / Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И. ; заявитель и патентообладатель Архангел. гос. техн. ун-т. - № 2005139674/03 ; заявл. 19.12.2005 ; опубл. 27.09.2007.
4. Circular saw method: 3285302. United states patent: CI. 143-37/ E.W. Thrasher; appl. no. 486881; filed Feb. 11, 1963; patented Nov. 15, 1966
5. Circular resaw apparatus and method: 4210184. United states patent: B27B 1/00/McGriff; appl. no.837711; filed Jan, 30, 1978; patented Jul. 1, 1980
6. 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
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. Пат. 1606770 SU МПК F 16 C 32/04. Способ управления магнитной опорой и устройство для его осуществления [Текст] / Карпов А.А., Трегубов В.А. ; заявитель Московский энер-гет. инс-т. - № 4312189 ; заявл. 02.10.1987 ; опубл. 15.11.1990.
9. Заявка 2009117419/03 Российская Федерация, МПК7 B 27 B 13/10. Отжимная электромагнитная направляющая круглой пилы / Шарапов Е.С., Кузнецов Е.Ю.; - № 2009117419/03; заявл. 07.05.2009.
