CC BY
13
УДК 621.6.09:534.1
ПАРАМЕТРЫ ОЦЕНКИ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ ДИСКОВЫХ ПИЛ
К. Ю. Филиппов, Е. В. Раменская*, Ю. А. Филиппов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассмотрены вопросы выбора параметров дисковых пил для продвижения их на рынки сбыта, разработаны математические модели для локального решения по новизне конструкции; предложены аналитические зависимости для численного анализа практической значимости конструкции дисковой пилы.
Ключевые слова: дисковая пила, моделирование, акустика, жесткость, напряжения, диаметр.
PARAMETERS ESTIMATION THE SAWS COMPETITIVENESS
K. Yu. Filippov, E. V. Ramenskaya*, Yu. A. Filippov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
Е-mail: [email protected]
The questions of choosing the parameters of circular saws to promote them to the markets are considered; mathematical models for the local solution of the design novelty are developed; analytical relationships for the numerical analysis of the practical significance of the circular saw design are proposed.
Keywords: circular saw, modeling, acoustics, stiffness, tension, diameter.
В производстве изделий авиационно-космической техники, так и в других отраслях народного хозяйства страны используются многочисленные конструкции круглых и дисковых пил. В понятие круглые пилы отнесены конструкции стальных пил, а дисковые - пилы, армированные износостойкими материалами различных марок, например: стеллита, быстрорежущей стали, твердыми сплавами, нитридом бора и алмазами. Кроме того, не исключается применение технологии упрочнения типа PVD, CVD и DLC. Дисковые пилы своим развитием революционизируют заготовительный передел машиностроительного производства. Если во времена проф. И. А. Тиме режимы точения серого чугуна не превышали 6-9 м/мин, конструкционной стали 3,9-6,0 м/мин, закаленных марок сталей 0,9-1,2 м/мин, а резания круглыми пилами и того меньше, то сейчас скорость резания металла дисковыми пилами превышают 190-250 м/мин [1].
Переход от мира приблизительности к технологии точного измерения обеспечило существенное повышение эффективности труда в промышленности. В настоящее время на основе кибернетических принципов цифровой технологии и майских указов Президента формируется плацдарм для совершения технологического прорыва в машиностроении. Для обеспечения технологической независимости машиностроения России важно определиться с параметрами, формирующими конкурентоспособность дисковых пил, устойчивость их движения. На первой стадии оценки конкурентоспособности рекомендуется проанализировать жесткость пилы и радиальные напряжения в полотне.
Цилиндрическую жесткость полотна диска пилы определяют по формуле
D = Eb3/12(1-|2), (1)
где D - цилиндрическая жесткость, Н мм; b - толщина пилы, мм; | - коэффициент Пуассона.
Секция « Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
Статическую жесткость дисковой пилы, исходя из гипотезы центрального защемления, на-гружения её статической силой на внешнем радиусе R с осевым моментом инерции Ix поперечного сечения определяют по зависимости
J = 3EIJR3. (2)
Получена графическая модель отклика технологической системы на вариацию радиуса пилы толщиной 3 мм из стали марки 9ХФМ (75Cr) (см. рисунок).
J. н/мы 160
140 120 100 80 60 40 20 О
Зависимость жесткости пилы от радиуса
Параметрическая модель изменения жесткости от вариации радиуса пилы с достоверностью аппроксимации 0,9997 имеет вид
j = 1,237R-2,046. (3)
Диаметр базового отверстия пилы указан в стандарте, и его можно рассчитать по формуле
do = (150-170) • (Nln)114, (4)
где d0 - диаметр базового отверстия пилы, мм; N - мощность привода, кВт; n - частота вращения инструмента, мин-1 [2].
Радиальные напряжения диска пилы с базовым отверстием радиусом r и внешним радиусом R определяют по уравнению [3]
бг = (рю218) • (3 + ц) • [R2 - r2], (5)
где бг - напряжение, МПа; р - плотность материала, кг/м3; ю - угловая скорость; ц - коэффициент Пуассона; R - внешний радиус пилы, м; r - радиус отверстия, м
Величину напряжения, создаваемого от вырезания полости, снижающей эмиссию шума определим, руководствуясь принципом Д'Аламбера. В качестве внешних сил введем инерционные нагрузки, распределенные по объему. Для элементарного объема полотна пилы, инерционная сила равна произведению элементарной массы р • hr • ёф • dr на нормальное ускорение ю2 • r, а возникающее напряжение анализируем по зависимости
6rS = р • asch • ro2R • nl2, (6)
где р - плотность, кг/м3; asch - ширина щели, м; ю - угловая скорость, с-1; R - радиус пилы, м.
Дисковая пила по ГОСТ Р 54490-2011 представлена на рис. 2.
Рис. 2. Дисковая пила: 1 - корпус; 2 - пластина СТМ; 3 - компенсаторы; 4 - полость минимизации эмиссии шума; 5 - отверстия для передачи вращающего момента; 6 - крепежные отверстия
Общее напряжение с учетом элементов эмиссии звука
бг = (р«2/8) • (3 + ц) [Я2 - г2] - р • а^ю2 • Я • п /2. (7)
Первичное моделирование при значениях р = 7800 кг/м3, Ь = 0,003 м, Ь = 0,02 м, а¡¡сь = 0,002 м, « = 3002, Я = 0,2 м, п = 3,14 подтвердило гипотезу снижения радиального напряжения на бг = 0,44 МПа от одного мультексного элемента акустики.
Кафедрой «Технология машиностроения» получен патент на изобретение дисковой пилы № 2624924 от 11.07.2017, по конструкции схожей с пилой изображенной на рис. 2. В 2018 г. за изобретение получен Диплом ФИПС в номинации «100 лучших изобретений России-2017».
Первичные исследования и выполненный параметрический анализ показал:
- возможность выбора параметров для оценки эффективности конструкции дисковой пилы по критериям жесткости, несмотря на не однородность результатов решений по предложенным математическим моделям (1) и (2);
- напряжения полноформатного диска пилы при использовании мультексных элементов акустики и терморегулирования снижаются на 3,8 % от одного элемента;
- динамический прогиб дисковой пилы имеет обратно квадратичную зависимость от угловой скорости вращения;
- результаты работы используются в учебном процессе подготовки бакалавров направления 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Библиографические ссылки
1. Очерки истории техники в России (1861-1917) / И. И. Аротоболевский, А. А. Благонравов, А. С. Федоров и др. М.: Наука. 1973. 404 с.
2. Критическая частота вращения дисковых пил / К. Ю. Филиппов, А. Ю. Пушкарев, Е. В. Раменская // Актуальные проблемы авиации и космонавтики [Электронный ресурс] : материалы XIII Междунар. науч.-практ. конф . в 3 т. Т. 1. С. 45-46 ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017. Режим доступа: https://apak.sibsau.ru/page/materials (дата обращения: 04.03.2019).
3. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М. : Наука. 1979. 560 с.
© Филиппов К. Ю., Раменская Е. В., Филиппов Ю. А. 2019
