CC BY
17
Науковий вкник НЛТУ УкраТии. - 2011. - Вип. 21.7
де ql - добуток маси на тепловмют топкових ra3iB, кДж/кг палива.
Висновки. На основi отриманих залежностей для визначення маси та ентальпп топкових ra3iB, отриманих у процесi спалювання деревного палива вщповщно! вщносно! вологост (WH %) та питомих витрат теплово! енергп на сушiння деревини, отримано формулу для визначення кшькосл палива (кг), яку потрiбно спалити, щоб випарувати 1 кг вологи з деревини.
Лггература
1. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Серговский, А.И. Расев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1987. - 360 с.
2. Билей П.В. Сушка древесины твердых лиственных пород / П.В. Билей. - М. : Изд-во "Эколгия", 2002. - 224 с.
3. Бшей П.В. Сушшня та захист деревини : пщручник / П.В. Бшей, В.М. Павлюст. -Льв1в : Вид-во "Кольорове небо", 2008. - 312 с.
Билей П.В., Приставский Б.И. Анализ использования источников тепловой энергии в процессах сушки древесины
Проведен анализ зависимости для определения массы и ентальпии топочных газов, полученных от сжигания древесного топлива, и удельных расходов тепловой энергии на испарение влаги из древесины.
BilejP.V., PrystavskyyB.I. An analysis of using thermal energy in processes of drying wood
The analysis of dependence is conducted for determination of mass and fire-box gases that were got from incineration of wood fuel and specific costs of thermal energy on evaporation of moisture from wood._
УДК 674.053:621.935 Доц. Л.Ф. Дзюба1, канд. техн. наук; доц.
О.В. Меньшикова1, канд. фiз.-мат. наук; доц. 1.Т. Ребезнюк2, д-р техн. наук
СИЛА НАТЯГУ У В1ТКАХ СТР1ЧКОВО1 ПИЛКИ П1Д ЧАС Р1ЗАННЯ ДЕРЕВИНИ
Установлено розподш сили натягу поздовж полотна с^чково! пилки пщ час рiзання деревини. Показано, що сила натягу у в^ках полотна пилки на шювах розпо-дшяеться вщповщно до купв вщносного спокою та вщносного ковзання. Визначено кут вщносного ковзання полотна пилки на тяговому та тяжному шювах з урахуван-ням вщцентрових сил.
Ключов1 слова: с^чкова пилка, сила натягу, рiзання деревини, кут вщносного ковзання.
Особливють стр1чково! пилки полягае в тому, що вона водночас е де-ревор1зальним шструментом \ гнучким тяговим органом. Стр1чкову пилку встановлюють на пилков1 шюви з певною силою попереднього натягу, яка за-безпечуе стшюсть стр1чково! пилки шд час р1зання деревини. Тому в нерухо-мш стр1чковш пилщ шсля встановлення 11 на шюви у вЫх поперечних перерь зах полотна стр1чково! пилки виникають однаков1 поздовжш сили розтягу. Однак у рухомш стр1чковш пилщ шд час р1зання деревини, коли на тяговому
1 Льв1вський ДУ БЖД;
2 НЛТУ Укра!ни, м. Льв1в
пилковому шкiвi дiе колова сила вiд обертального моменту, а на тяговiй вгг-цi - сила опору вщ головного складника сили рiзання деревини, величини си-ли натягу на окремих дшянках полотна пилки не однаковь
У схемi розподiлу сил у стрiчковiй пилцi пiд час рiзання деревини ро-боти [1] не беруть до уваги того, що на пилкових шювах тд час руху тстру-мента створюватимуться кути вiдносного ковзання та кути вщносного спо-кою [2-4]. Не визначено цих ку^в i в робот [5]. Сила натягу в тяговш вiтцi стрiчковоl пилки за [1] спадатиме вщразу пiсля контакту в^ки з тяговим шкь вом, що суперечить положенням, викладеним у [2-4].
Оскшьки вiд розподшу сили натягу вздовж стрiчковоl пилки тд час рiзан-ня деревини залежить розподiл нормального напруження в поперечних перерьзах полотна пилки i, вщповщно, встановлення небезпечного перерiзу, де напру-ження набуватиме найбшьшого значення, то потрiбно точнiше вста-новити величину сили натягу на певних дшянках стрiчковоl пилки та межi цих дшянок.
Розглянемо, як розподшяеться сила початкового натягу у вггках стрiч-ково! пилки пiд час рiзання деревини (рис. 1). О^чкова пилка наб^ае на тя-говий шкiв у точщ а з натягом [6, 7]
^ = + 0,5^, (1)
де: ^0 - сила попереднього натягу, ^ = М /Я - тягова (колова) сила, М -обертальний момент на тяговому шюв^ Я - радiус пилкових шкiвiв. Сила натягу залишаеться незмiною на дузi аЬ [2], яка вщповщае центральному ку-ту (рсп 1. Кут (рсп 1 - це кут вщносного спокою [2-4] на тяговому шювь На дузi
аЬ передаеться незначна частина навантаження вщ моменту М. За даними [3] ця частина становить до 15 % вщ тягово! сили ^. Однак за [3] на дузi аЬ ль нiйно зростае дотична сила тертя зчеплення мiж полотном пилки та тяговим шювом. Унаслiдок цього зростають деформаци зсуву в полотш пилки. У точ-цi Ь сила зчеплення досягае значення сили тертя i полотно пилки починае проковзувати вщносно тягового шкiва на дузi Ьс. Дугу Ьс називають дугою вiдносного ковзання, а центральний кут рк1, який опираеться на цю дугу, -кутом вщносного ковзання. На дузi Ьс передаеться до 85 % тягово! сили [3, 4]. Тому сила натягу в полотш пилки спадае вщ до .
На дiлянцi её (рис. 1) натяг полотна пилки становитиме
^ = ^о - 0,5^. (2)
Сили та ^2 пов,язанi залежнiстю [2]
е^р = (3)
де ¡лзч - коефiцiент зчеплення мiж полотном пилки та шювом. За [3] М зч = М • f, де: к1 = 0,7 - коефiцiент, який враховуе наявшсть незначного попереднього змщення шарiв матерiалу по всiй плошд контакту тертя, наяв-нiсть зварного шва тощо, f - коефiцiент тертя у плоскiй парi тертя заданих матерiалiв (сталь по сталi f = 0,12...0,15 [7]).
Науковий iticiiiik- НЛТУ Украши. - 2011. - Вип. 21.7
Рис. 1. Розподт сили натягу в полотт cmpÍ4Koeo'i пилки
Натяг F2 у полотш пилки збережеться i на ,ay3Í de, впродовж яко! полотно пилки огинае тяжний шюв. Onip обертанню тяжного шюва створюють моменти тертя у тдшипниках вала цього шкiва. Момент тертя MT для одного шдшипника визначають за залежнiстю [8]
Mt = f* • Nr • d, (4)
де: f * - зведений коефщент тертя шдшипниюв кочення (f * = 0,001...0,004-для кулькових пiдшипникiв [8]), Nr = 2 • F0 - радiальне навантаження на тд-шипник; d - дiаметр вала тяжного шюва.
Момент тертя у двох тдшипниках створюватиме невелику силу опору
F 4Mt 8 • F0 • f * • d (5)
Fon = — =-D-' (5)
яка спричинятиме незначне зростання сили натягу полотна пилки на дшянщ ef до значення F{ [1]
Fi' = F2 + Fon . (6)
Сили F/ та F2 пов,язанi залежнiстю
F'
е^зч*Рк_2 = _
Fi
(7)
де: фК2 - кут вiдносного ковзання на тяжному шювь Оскiльки рiзниця мiж зна-ченнями сил i незначна, то кут фК2 буде малим. Коли сила попе-реднього натягу F0 = 4680 Н (що вщповщае напруженню анат = 180 МПа у полотнi пилки з поперечним перерiзом В1 х Б = 26 х 1, мм), дiаметр вала d = 80 мм i дiаметр пилкового шкiва Б = 510 мм, сила опору дорiвнюe Fоп = 5,8...23,4 Н. Для випадку передавання обертального моменту М = 117 Н-м, який створюе електродвигун з потужшстю Р = 11 кВт i частотою обер-тання пдв = 3000 об/хв, за наявност в механiзмi рiзання клинопасово! передачi з передатним числом ипас = 3, колова сила на пилковому шкiвi iз зазначеним дiаметром становить Ft = 459 Н. Сила натягу в тяжнш вггщ пилки F2 = F0 - 0,5Ft = 4680 - 0,5 - 459 = 4450,5 Н. Тодi за (6) F{ = 4450,5 + (5,8...23,4) =
4456,3...4473,9 Н i кут вiдносного ковзання на тяжному шюв^ визначений з використанням (7), коли ¡зч = 0,105 (f = 0,15), може перебувати в межах вiд 0,71° до 2,86°.
На дшянщ & вщ точки Г збiгання полотна пилки з тяжного шюва до точки к - контакту з напрямним роликом i на дшянщ кп1 вщ точки к до точки п1 входження пилки у пропил натяг полотна дорiвнюе Г .
У пропилi (дiлянка п1п2, де точка п2 - точка виходу пилки з пропилу, див. рис. 1) натяг полотна поступово зростае на величину сили Гр вщ ди головного складника сили рiзання Р2 i досягае величини Г]: Г = Г'+Гр.
Зростання натягу на дшянщ п1п2, згiдно з [1], вважають лiнiйним i пропорцшним збiльшенню кiлькостi зубцiв у пропиль
Сила натягу Г1 залишиться незмшною i на дiлянках п2п3 та п3а, тобто до точки п3 контакту з напрямним роликом i пiсля напрямного ролика до точка а наб^ання стрiчковоl пилки на тяговий шюв.
Згiдно з [2], упродовж дуг контакту пилки зi шювами виникатимуть контактнi дотичш напруження. Найбiльших значень цi напруження досягати-муть на межах дуг вщносного спокою та вiдносного ковзання. Як було вже зазначено, кут вщносного ковзання на тяжному шкiвi е малим, оскiльки цей шюв у механiзмi рiзання стрiчкопилкового верстата не передае далi оберталь-ного моменту, на вщмшу вiд тяжного шюва пасово1 передачi. Тому актуаль-ним е визначення кута вщносного ковзання на тяговому пилковому шювь
Якщо знехтувати незначною змiною кута охоплення полотном пилки тягового шюва унаслщок вщтискання напрямними роликами (рис. 1) та не брати до уваги вщцентрових сил, то величину кута рк1 можна визначити iз за-лежностi (3).
Однак рух полотна пилки на криволшшних дшянках траекторп (на шкiвах) зумовлюе появу вщцентрових сил, якi додатково навантажують полотно пилки i впливають на величину рк1. Урахувати вплив вщцентрових сил на величину кута вщносного ковзання можна аналопчно до того, як беруть до уваги щ сили в пасових передачах [6, 7]. Для цього видшимо на тяговому
шкiвi елемент полотна пилки завдовжки ё1п = Яёрк1, де Я = -2 - радiус пилко-вого шюва та розглянемо рiвновагу цього елемента (рис. 2).
Рис. 2. Схема для визначання кута вiдносного ковзання на тяговому шкш
Науковий iticiiiik- НЛТУ УкраТни. - 2011. - Вип. 21.7
Маса видшеного елемента
dm = pAdln = pÁRdpK1, (8)
де: р - густина MaTepiany полотна пилки (сталь, р = 7,85 -103 кг/м3), А = B1 • S - площа поперечного перерiзу полотна.
На видшений елемент у торцевих поперечних перерiзaх дiють сили натягу F i F + dF, сила dN реакци в,язi шюва, сила тертя мiж пилкою та шю-вом dFT, вщцентрова сила шерци dNv, прикладена в центрi ваги перерiзу i спрямована вздовж рaдiусa в протилежний бж до доцентрового прискорення видшеного елемента aдоц = v2 / R. Величина вщцентрово! сили шерци з ураху-ванням (8)
dNv = aдоц • dm = v2 pÁdpK1. (9)
Спроектувавши вс сили, що дiють на видшений елемент, на нормаль n i дотичну т, отримаемо систему двох рiвнянь
-2F sin < - dF sin < + dN + dNv = 0; ,, m
2 2 (10)
F + dF - F - dFT = 0. З першого рiвняння системи (10) за дуже малого кута dpK1
, . d^K1 dp^, • jt- • d^K1
(sin » 2 ), нехтуючи додатком другого порядку мaлостi dF sin 2 та
враховуючи (9), отримаемо
dN = FdpK1 - v2pÁdpK1 = (F - v2pÁ)dpK1. (11)
З другого рiвняння системи (10), використовуючи для сили тертя за-лежшсть dFT = ju34dN та враховуючи (11), маемо dF = ju34(F - v 1pA)d@K1. (12)
Шсля роздшення в (12) змшних та штегрування, отримаемо
и р F - v 2pA F2 - v2pÁ
Звщси центральний кут рК1, що вщповщае дузi bc вiдносного ковзання,
1 , F1 - v2pÁ 1 , F0 + 0,5Ff - v2рЛ
<р =-ln-2-=-ln-2-. (13)
j F2 - v2pA j F0 - 0,5Ft - v2pÁ Значення кута рК1 визначено для стрiчкових пилок завширшки B1 = 26 мм i B1 = 44 мм та завтовшки S = 1 мм за рiзних швидкостей рiзaння (табл. 1). У розрахунках прийнято, що сила попереднього натягу вщповщае напруженню 180 МПа у вiтцi пилки. Для пилки з полотном завширшки B1 = 26 мм, ця сила становить F0 = 4680 Н, коли B1 = 44 мм - F0 = 7920 Н. Ко-лова сила Ft = 459 Н, що вщповщае обертальному моменту M = 117 Н-м на тяговому шкiвi з дiaметром D = 510 мм. Коефщент зчеплення j = 0,105, який вщповщае коефiцiенту тертя у плоскш стaлевiй пaрi f = 0,15.
Табл. Значення Kymie вiдносного ковзання
V , м/с B1, мм (Рк1, ° V , м/с Б1, мм Рк1, °
30 26 55,78 30 44 32,94
40 26 57,615 40 44 34
50 26 60,16 50 44 35,52
Як видно з табл., 3i збшьшенням швидкост руху пилки зростае i кут вщносного ковзання, оскiльки зростае величина вщцентрово! сили. Наприк-лад, для пилки з полотном завширшки Б1 = 44 мм кут вщносного ковзання на 41 % менший, нiж для пилки з полотном завширшки Б\ = 26 мм.
Висновки. 1. Установлено розподш сили натягу поздовж полотна с^чково! пилки шд час рiзання деревини. Напруження розтягу на дшянках полотна с^чково! пилки потрiбно визначати вiдповiдно до цього розподшу.
2. Визначено кут вщносного ковзання полотна пилки на тяговому та тяжно-
му шювах з урахуванням вiдцентрових сил.
3. Показано вплив ширини полотна пилки та швидкост i'i' перемiщування
на величину кута вiдносного ковзання на тяговому шшв^
Л1тература
1. Дешевой М.А. Механическая технология дерева. - Ч. 2. Орудия и инструменты для обработки дерева / М.А. Дешевой. - Л.-М. : Изд-во ОНТИ, 1936. - 429 с.
2. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия : пер. с англ. / К. Джонсон. - М. : Изд-во "Мир", 1989. - 510 с.
3. Андреев А.В. Расчет деталей машин при сложном напряженном состоянии / А.В. Андреев. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1981. - 216 с.
4. Бир^гер И.А. Расчет на прочность деталей машин: справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Йосилевич. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1979. - 702 с.
5. Феоктистов А.Е. Ленточнопильные станки : монография / Александр Ефимович Феоктистов. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть",, 1976. - 152 с.
6. Гузенков П.Г. Детали машин : учебник [для студ. ВУЗов] / П. Г. Гузенков. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1975. - 464 с.
7. Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин : тдручник / В Т. Павлище. - Львiв : Вид-во "Афта", 2003. - 560 с.
8. Юдин В.А. Теория механизмов и машин : учебн. пособ. [для студ. ВУЗов] / В. А. Юдин, Л.В. Петрокас. - Изд. 2-е, [перераб. и доп.]. - М. : Изд-во "Высш. шк.", 1977. - 527 с.
ДзюбаЛ.Ф., Меньшикова О.В., РебезнюкИ.Т. Сила натяжения в ветвях ленточной пилы при резании древесины
Установлено распределение силы натяжения вдоль полотна ленточной пилы при резании древесины. Показано, что сила натяжения в ветвях полотна пилы на шкивах распределяется с учетом углов относительного покоя и относительного скольжения. Определен угол относительного скольжения полотна пилы на ведущем и ведомом шкивах с учетом центробежных сил.
Ключевые слова: ленточная пила, сила натяжения, резание древесины, угол относительного скольжения.
DzjubaL.F., Menshikova O.V., RebeznjukI.T. Strength of tension in branches of band saw during the wood cutting
It is established distribution of Tension Power longitudinal the Blade of Band Saw during the wood cutting. It is shown that the strength of the Tension in the branches of the Saw Blade pulley is divided according to the relative inactivity state angle and the relative sliding angle. It is determined the angle of the relative Saw Blade slip to traction and pulled pulley including centrifugal forces.
Keywords: Band Saw, the Power of tension, Wood Cutting, the Angle relative Sliding.
