WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

СЛЕПЧЕНКО ИРИНА ВИКТОРОВНА

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ РАСПИЛОВКИ ДРЕВЕСИНЫ

НА ЦИКЛОПОЗИЦИОННЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЛЕНТОЧНОПИЛЬНЫХ СТАНКАХ ЛЕГКОГО КЛАССА

05.21.05 – Древесиноведение, технология

и оборудование деревообработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск – 2009

Работа выполнена на кафедре машин, оборудования и технологии деревообработки Томского государственного архитектурно-строительного университета

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Шилько Владимир Казимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Филиппов Юрий Александрович

кандидат технических наук, доцент

Хлебодаров Валентин Николаевич

Ведущая организация Братский государственный

университет

Защита диссертации состоится « 18 » декабря 2009 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.04 при Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 82, СибГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Автореферат разослан « 5 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Мелешко А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В отечественной деревообрабатывающей промышленности широко применяются циклопозиционные горизонтальные ленточнопильные станки легкого класса (ЦГ ЛПС ЛК). Их распространению способствуют низкие энергозатраты в процессе резания, высокий процент выхода пилопродукции из одного м3 распиливаемого сырья, мобильность и приемлемая стоимость. Однако производительность данного вида ленточнопильных станков (ЛПС) остается на низком уровне (4…12 м3 /смену), а проведеные нами измерения показали, что пиломатериалы зачастую не соответствуют действующим стандартам (ГОСТ 24454–80, ГОСТ 2695–83 и др.).

Отмеченные проблемы известны, но при этом учет влияния условий движения ленточных пил на качество распиливаемого пиломатериала осуществляется не в полном объеме. Поэтому повышение качества выпускаемой пилопродукции связано с разработкой новых условий закрепления ленточных пил (ЛП) в рабочей зоне ЛПС и технологических режимов их работы, учитывающих взаимосвязь точности распиловки с производительностью станков.

Иследования данного направления являются актуальными, поскольку решают задачи увеличения производительности распиловки и улучшения качества выпускаемой продукции за счет совершенствования функционального узла механизма резания.

Объектом исследования являются конструкции и рабочие процессы в механизмах резания циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станков легкого класса, узкие ленточные пилы шириной 30 … 40 мм, выпиливаемые пиломатериалы.

Предметом исследования являются жесткость и устойчивость ленточных пил, производительность распиловки древесины, точность получаемых пиломатериалов.

Методы исследования. Для теоретических исследований использовались теория резания древесины, теория передач гибкой связью и передач трением, теория упругости и устойчивости.

Цель работы. Повышение точности распиловки древесины на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ точности распиловки древесины на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса.

2. Разработать теоретические и экспериментальные методы оценки устойчивости узких ленточных пил в пропиле.

3. Разработать теоретические и экспериментальные методы снижения отклонений ленточных пил в пропиле как основного способа повышения точности распиловки древесины на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса.

4. Провести на базе опытных образцов практические исследования, подтверждающие теоретические предпосылки.

Научная новизна.

1. Установлены причины потери устойчивости узких ленточных пил при распиловке древесины на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса, приводящие к снижению точности выпиливаемых пиломатериалов.

2. Усовершенствована методика определения прогибов рабочего участка узкой ленточной пилы при распиловке древесины, показывающая, что нормальная составляющая результирующей силы резания для узких ленточных пил не является критической и не приводит к потере устойчивости, а является силой, сдвигающей ленточную пилу со шкивов.

3. Разработана математическая модель обеспечения устойчивого пиления узкой ленточной пилой и предложены аналитические зависимости для определения опорных параметров направляющих устройств циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станков легкого класса.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

– разработана теоретическая база для создания направляющих устройств ленточнопильных станков, обеспечивающих условия закрепления ленточных пил на рабочем участке по типу подвижной жесткой заделки и повышающих их устойчивость и, соответственно, точность и производительность распиловки;

– результаты исследований прошли промышленную проверку в ООО «Вариант» (г. Асино Томской обл.) и используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса» и 250403 «Технология деревообработки».

На защиту выносятся:

– результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволяющие установить причины потери устойчивости узких ленточных пил при распиловке древесины на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса;

– условия обеспечения устойчивости узких ленточных пил при распиловке древесины, позволяющие повысить точность выпиливаемых пиломатериалов на циклопозиционных горизонтальных ленточнопильных станках легкого класса;

– обоснование условий формирования устойчивых опорных реакций на рабочем участке узкой ленточной пилы, противодействующих усилию подачи со стороны распиливаемого материала, исключающих поперечные смещения пилы относительно шкивов и повышающих устойчивость ленточных пил.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на НТК лесотехнического института и семинарах кафедры машин, оборудования и технологии деревообработки ТГАСУ (г. Томск, 2004–2007); на II МНТК «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2004); на Х МНТК в Томском политехническом университете (2005), на ХI МНПК в Томском политехническом университете (г. Томск, 2005), на МНПК в СибГТУ и в СибГАУ (г. Красноярск, 2009)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, включая 5 патентов Российской Федерации, и 3 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, выводов, списка литературы из 159 наименований, 5 приложений, имеет объем 171 страницы машинописного текста, содержит 66 рисунков и 38 таблиц.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечены актуальность темы, сформулированы цель, задачи иследований, положения, выносимые на защиту, изложены результаты проделанной работы.

Первый раздел посвящен анализу проблем точности распиловки древесины и существующих методов оценки устойчивости ленточных пил на ленточнопильных станках. Расмотрены существующие конструкции горизонтальных ленточнопильных станков легкого класса отечественного и зарубежного производства. Проанализированы причины формирования погрешностей пиломатериалов, выпиливаемых на станках.

Анализ ранее выполненых работ показал, что точность распиловки древесины на ленточнопильных станках зависит:

а) от жесткости отрезка ленточной пилы между направляющими;

б) боковых сил, на величину которых оказывают влияние точность подготовки, установки, движения пил и точность подачи распиливаемого материала;

в) силы резания, зависящей от скорости подачи, высоты и ширины пропила, угловых и линейных параметров зубьев;

г) устойчивости пил, на величину которых оказывают влияние размеры, сила натяжения, конструктивные особенности ЛПС.

Особое внимание авторы уделяют причинам погрешностей распиловки, возникающих в результате потери устойчивости пилы в зоне резания. А существующие направляющие устройства не способны обеспечить необходимую устойчивость полотна пилы.

Исследования разнотолщинности пил показали, что толщина пилы по всей длине изменяется и превышает требования стандартов, но на точность пиломатериалов влияет несущественно.

Погрешности в геометрии получаемых пиломатериалов форми-руются значительным количеством факторов, которые проанализированы нами методом графов и представлены на рисунке 1. Анализ показал, что для повышения устойчивости ЛП необходимо в первую очередь придать им необходимые опорные реакции на действие нормальной составляющей силы резания возле пропила и на шкивах. Достигается это за счет снижения в 2…3 раза действующих сил резания либо за счет увеличения в 2…3 раза сцепления ленточной пилы с направляющими и шкивами, изменив конструктивную схему направляющих роликов ЛПС.

Второй раздел посвящен аналитическим исследованиям влияния: критических сил на устойчивость ЛП; их установки и настройки; условий закрепления рабочего участка ЛП на формирование погрешностей распиловки; условиям сохранения устойчивости узких ЛП в пропиле. Общая теория устойчивости пластин говорит о том, что изгиб пилы происходит потому, что пила не сохраняет той формы, которая ей придана вследствие изменения характера напряженного состояния. Критическая сила Рк вызывает в пиле напряжение, называемое критическим напряжением и обозначаемое к= Fкр /bs.

Критические напряжения являются опасными напряжениями для пилы. Поэтому, чтобы обеспечить устойчивость прямолинейной формы пилы, сжатой силой Р, необходимо к условию прочности (= P/ bs []) добавить еще условие устойчивости распиловки древесины на ЦГ ЛПС ЛК

Рисунок 1. Упрощенный граф причин возникновения погрешностей

где [ у] – допускаемое напряжение на устойчивость, равное критическому, деленному на коэффициент запаса на устойчивость, т. е. [у]= к/kу.

Для осуществления проверки на устойчивость определяем к и выбираем коэффициент запаса kу(1,5…2):

,

где – переменный модуль упругости; b – ширина пилы; s – толщина пилы; – гибкость; – коэффициент длины.

Теоретический расчет критических сил проведен нами по методу Л. Эйлера для условий: Lb – ширина пилы; Lb = 30, 150, 270 мм; Е – модуль упругости; Е = 2,2 105 МПа; s – толщина пилы; s = 0,9; 1,0; 1,1 мм; – толщина пиломатериала 25 мм.

Критические силы Fкр, Н, определим по формуле

(2)

моменты инерции I, мм4, определим по формуле

(3)

Значения критических сил представлены на графике (рис. 2) (гипербола Эйлера).

Рисунок 2. Изменение критических сил в зависимости от ширины пилы

Из этого следует, что критические силы Fкр для узких пил (до 60 мм) на порядок превышают значения нормальной составляющей силы резания Ру, формирующейся от усилия подачи Ps. Поэтому при определении устойчивости узких ЛП не следует ориентироваться на расчеты критических сил Fкр. Так, при подаче Uz= 0,5 мм, ширине пропила B = 2 мм, удельной силе резания (давлении резания) k = 15 МПа, числе зубьев, участвующих в работе, z` = 20 шт. (ширина распиливаемых пиломатериалов 440 мм при шаге зубьев 22 мм), нормальная составляющая силы резания составит по формуле (4) 120 Н:

Н.

(4)

Для пилы шириной 60 мм это более чем в 50 раз меньше расчетных значений критических сил, представленных на гиперболе Эйлера. Из нее видно, что учет действия критических сил необходимо проводить при ширине пилы, равной 120 мм и более. Поэтому для узких пил шириной 30…60 мм надо ориентироваться на расчеты, связанные с потерей жесткости, поперечным сдвигом и общей дисторсией траектории резания, а небольшими параметрами действующих критических сил Fкр для случая узких ЛП можно пренебречь.

К числу неучтенных факторов в теории устойчивости упругих систем принадлежат скольжение ленточной пилы относительно шкивов и ее поперечное смещение по шкивам, вызывающее дисторсию траектории резания. Это обстоятельство будет оказывать решающее влияние на величину прогибов ленточной пилы в зависимости от условий ее закрепления в направляющих опорах. Поскольку аналитически учесть это довольно трудно, то необходимо проведение специальных экспериментальных исследований, которые позволяли бы сравнить разные условия закрепления ленточной пилы в направляющих опорах и получить эмпирические зависимости для учета высказанных положений.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»