CC BY
19
УДК 621.935
Г. Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин, А.А. Банников
Прокофьев Геннадий Федорович родился в 1940 г., окончил в 1964 г. Архангельский лесотехнический институт, профессор, доктор технических наук, профессор кафедры прикладной механики Архангельского государственного технического университета, действительный член РАЕН. Имеет более 200 печатных работ в области прикладной механики и интенсификации переработки древесины путем совершенствования лесопильного оборудования и дереворежущего инструмента.
Иванкин Илья Игоревич родился в 1971 г., окончил в 1994 г. Архангельский лесотехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры машин и оборудования лесного комплекса Архангельского государственного технического университета. Имеет более 30 печатных работ в области совершенствования лесопильного оборудования и инструмента.
Банников Анатолий Анатольевич родился в 1971 г., окончил в 1996 г. Архангельский лесотехнический институт, аспирант кафедры прикладной механики и основ конструирования Архангельского государственного технического университета. Имеет 5 печатных работ в области совершенствования лесопильного оборудования и инструмента.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АЭРОСТАТИЧЕСКИХ ОПОР
Рассмотрены пути совершенствования ленточнопильных станков за счет установки аэростатических опор; показана эффективность данного направления.
Ключевые слова: ленточнопильный станок, аэростатические опоры, направляющие.
Широкое применение ленточнопильных станков в промышленности сдерживается малой точностью пиления при больших скоростях подачи и недостаточной долговечностью пил. Большие габариты и металлоемкость ленточнопильных станков затрудняют создание на их основе гибких автоматизированных лесопильных линий (ГАЛЛ).
Точность пиления зависит от сил, действующих на пилу в процессе пиления, и способности пилы противодействовать этим силам. Следовательно, необходимо выполнить мероприятия, направленные на повышение
жесткости и устойчивости пил и снижение сил сопротивления резанию [3], действующих на пилу.
Для повышения жесткости и устойчивости ленточной пилы применяют направляющие, которые уменьшают свободную длину пилы I в плоскости ее наименьшей жесткости. Направляющие могут быть двухсторонние (удерживающие), установленные с зазором 5 с двух сторон пилы (рис. 1, а), или односторонние (неудерживающие) контактные, отклоняющие пилу на определенную величину (рис.1, б). Двухсторонние направляющие просты по конструкции и для их изготовления не требуются теплостойкие и износостойкие материалы. Однако при установке направляющих с зазором устойчивость пил не меняется, а жесткость возрастает незначительно. Направляющие такого типа выполняют в основном роль ограничителей предельных отклонений пилы.
Более эффективны односторонние отжимные направляющие. Они уменьшают свободную длину пилы I в плоскости наименьшей жесткости и за счет этого увеличивают ее жесткость и устойчивость, повышают точность
а б в
Рис. 1. Принципиальные схемы ленточнопильных станков: а - традиционная конструкция (с ограничителями предельных отклонений пилы); б - с отжимными аэростатическими направляющими; в - с криволинейными аэростатическими
опорами
движения пилы в зоне резания, устраняют колебания пилы. Такой тип направляющих находит все большее применение в ленточнопильных станках.
Можно значительно снизить трение пилы о направляющие, если их рабочие поверхности выполнить в виде аэростатических опор. Достоинства отжимных аэростатических направляющих состоят в том, что максимально снижается трение пилы о направляющие, происходит охлаждение пилы воздухом, отсутствует износ направляющих, не требуются дорогие теплостойкие и износостойкие материалы.
В работе [6] выполнены теоретические исследования начальной жесткости ленточных и рамных пил. Расчеты начальной жесткости показали, что установка отжимных направляющих в 4 раза повышает жесткость ленточной пилы по сравнению со случаем, когда направляющие отсутствуют. Если вместо отжимных направляющих использовать двухсторонние направляющие, установленные с зазором 0,3 мм, жесткость ленточной пилы снижается в 2 раза [3].
Устойчивость пилы характеризуется величиной критической силы Ркр. Выполненные расчеты критической силы по формулам, приведенным в работе [4], показывают, что установка отжимных направляющих позволяет повысить устойчивость пилы на 39 ... 44 %.
Для дальнейшего повышения устойчивости пилы необходимо вести работы по уменьшению свободной длины пилы в плоскости наибольшей жесткости Ь. Это может быть достигнуто при использовании ленточнопиль-иого станка с пилой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим" [3]. У станка такого типа свободная длина пилы / уменьшается в 4-6 раз и значительно повышается ее устойчивость.
На рис. 1, в приведена принципиальная схема ленточнопильного станка с пилой, движущейся по криволинейным аэростатическим опорам, а на рис. 2 - общий вид ленточнопильного станка нового типа.
Созданы опытные образцы ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими [3, 5]. Испытания их подтвердили перспективность выбранного направления совершенствования ленточно-пильных станков. Ленточнопильный станок с пилой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим, относится к ресурсосберегающему лесопильному оборудованию, так как при его использовании повышается объемный выход пиломатериалов на 1 ... 3 %, снижаются энергозатраты на 10 . 15 %, уменьшаются габариты и металлоемкость оборудования на 30 ... 50 %, повышается долговечность пил в 15-20 раз, открывается возможность использовать ленточные пилы с твердым сплавом, упрощается технология изготовления станка, устраняется такой источник шума, как пильные шкивы.
6
* Конструкция ленточнопильного станка с пилой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим, предложена, научно обоснована и технически проработана проф. Г.Ф. Прокофьевым.
Рис. 2. Ленточнопильный станок с пилой, движущейся по криволинейным аэростатическим направляющим: 1 - ограждение; 2 - пила; 3, 6 - верхняя и нижняя криволинейные аэростатические направляющие; 4 - механизм натяжения пилы; 5 - механизм подачи; 7, 8 - приводные фрикционные колеса
Высокая долговечность пил ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими обеспечивается: за счет увеличения радиуса криволинейных направляющих (уменьшения напряжения изгиба), при этом свободная длина Ь остается постоянной; за счет уменьшения силы натяжения пилы, так как имеется большой резерв по устойчивости из-за сокращения свободной длины пилы Ь в несколько раз; за счет исключения инерционности и биения шкивов. Расчеты долговечности ленточных пил ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими и их проверка приведены в работе [2].
Боковая составляющая силы резания зависит от силы резания, а также от точности подготовки, установки, движения пилы и точности подачи распиливаемого материала. Точность движения пил зависит от того, насколько точно изготовлен и выверен узел резания. Установка отжимных аэростатических направляющих для пил позволяет повысить точность движения пил.
Большое влияние на точность подачи оказывает конструкция механизма подачи. В делительных ленточнопильных станках наибольшую точность подачи можно достичь при использовании механизма подачи с приводной подающей лентой, движущейся по направляющей линейке, рабочая поверхность которой выполнена в виде аэростатической опоры [1]. Схема механизма подачи приведена на рис. 3. Применение предложенной конструкции обеспечивает надежную и точную подачу обрабатываемого материала.
Значительно повысить эффективность лесопильного производства можно при создании ГАЛЛ на базе ленточнопильных станков. С помощью
этих линии решаются вопросы не только получения пиломатериалов высокого качества при минимальном расходе пиловочного сырья и энергии, но упрощаются и удешевляются работы на складах сырья и пиломатериалов.
ГАЛЛ представляет сложную систему лесопильного и фрезерного оборудования, состоящего из модулеИ с устройствами их позиционирования; вспомогательного технологического оборудования; устройств для определения размерно-качественных характеристик поступающего сырья, ориентирования и подачи его к обрабатывающему
оборудованию; автоматизированных систем оценки качества получаемых пиломатериалов и систем управления элементами линии.
Для быстрого ционирования лен-модулей в зависимо-раскроя сырья, определяемой его размерно-качествен- ными характеристиками, могут быть использованы аэростатические опоры. Схема многопильного ленточнопильного станка приведена на рис. 4.
Сжатый воздух подводится от компрессора к рабочим поверхностям ползунов ленточнопильного модуля, образуя аэростатические опоры. Минимальное трение ползунов о направляющие позволяет значительно снизить
Рис. 3. Механизм подачи делительного ленточнопильного станка: 1, 3 - ведомый и ведущий шкивы; 2 - направляющая линейка, рабочая поверхность которой выполнена в виде аэростатической опоры; 4 -приводная подающая лента; 5 - пила; 6 - прижимные ролики; 7 - пружины; 8 - стойки; 9 - упоры;
10 - распиливаемый материал
и точного пози-точнопильных сти от схемы
Рис. 4. Схема многопильного ленточнопильного станка с однопильными модулями, позиционируемыми по аэростатическим направляющим: 1 - ленточнопильный модуль с ползунами, рабочие поверхности которых выполнены в виде аэростатических опор; 2 - станина ленточнопильного станка с направляющими ползунов модулей; 3 - позиционер
6*
го модуля и повысить точность позиционирования.
Для выбора рациональной конструкции аэростатических опор выполнены теоретические и экспериментальные исследования. Результаты исследований и рекомендации по использованию аэростатических опор в технике приведены в работе [5].
Выводы
1. Применение отжимных направляющих для ленточных пил позволяет в несколько раз повысить жесткость пил и частично повысить их устойчивость. Рабочие поверхности направляющих целесообразно выполнить в виде аэростатических опор. Это является важным направлением модернизации действующих ленточнопильных станков.
2. При использовании ленточнопильных станков с криволинейными аэростатическими направляющими можно достичь наибольшего эффекта в повышении долговечности, жесткости и устойчивости пил. Это перспективное направление создания ленточнопильных станков нового типа.
3. С целью повышения точности подачи распиливаемого материала в делительном ленточнопильном станке целесообразно использовать механизм подачи с подающей лентой, движущейся по аэростатической направляющей линейке.
4. Для снижения энергозатрат и повышения точности позиционирования ленточнопильных модулей в гибких автоматизированных лесопильных линиях в кинематической паре ползун-направляющая целесообразно использовать аэростатические опоры.
5. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования аэростатических опор могут быть использованы при совершенствовании ленточнопильных станков.
энергозатраты на перемещение ленточнопильно-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2141397 РФ, МКИ В 27 В 25/04, 25/00, 27/10. Механизм подачи деревообрабатывающего станка / Г.Ф. Прокофьев, А.А. Банников, Н.И. Дундин. -Опубл. 20.11.99, Бюл. № 32. - 3 с.
2. Прокофьев Г.Ф. Долговечность пилы ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими / Г.Ф. Прокофьев // Деревообраб. пром-сть. - 1991. - № 5. - С. 8 - 10.
3. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г.Ф. Прокофьев. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 240 с.
4. Прокофьев Г.Ф. Исследование устойчивости пилы ленточнопильного станка с отжимными контактными направляющими / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иван-кин, А.А. Банников // Лесн. журн. - 2002. - № 5. - С. 59-67. - (Изв. высш. учеб. заведений).
5. Прокофьев Г.Ф. Применение опор с газовой смазкой в технике: учеб. по-соб. / Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин, И.И. Иванкин. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 1999. - 65 с.
6. Прокофьев Г.Ф. Теоретические исследования начальной жесткости ленточных и рамных пил / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. тр. - Вып. 3. - 1997. -С. 20-24.
7. Прокофьев Г.Ф. Точность пиления древесины рамными и ленточными пилами / Г.Ф. Прокофьев // Лесн. журн. - 1996. - № 6. - С. 74-80. - (Изв. высш. учеб. заведений).
Архангельский государственный технический университет
Поступила 13.09.05
G.F. Prokofjev, I.I. Ivankin, A.A. Bannikov
Upgrading of Contour Band Saws by Using Aerostatic Bearings
The ways of upgrading contour band saws by using aerostatic bearings are considered. The efficiency of this development is demonstrated.
