WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

1

На правах рукописи

СОЛОВЬЕВ Иван Иванович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДГОТОВКИ КРУГЛЫХ ПИЛ

Специальность 05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Архангельск - 2012

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» Научные руководители: доктор технических наук, профессор Мелехов Владимир Иванович доктор технических наук, доцент Агеев Сергей Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Копейкин Адольф Иванович ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В.

Ломоносова», профессор кафедры лесопильно –строгательных производств кандидат технических наук, доцент Шейнов Анатолий Иванович «Санкт – Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова» доцент кафедры технологии лесопиления и сушки древесины

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет»

Защита состоится 30 мая 2012 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д212.008.01 при «Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В.Ломоносова» (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины,17)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «Северного (Арктического) федерального университета имени М.В.Ломоносова»

Автореферат разослан апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Земцовский А.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Круглопильные станки применяются в деревообрабатывающих производствах, характеризуются большим разнообразием типов и широким диапазоном технических характеристик. Рабочим инструментом в узлах резания станков является круглая пила, работоспособность которой определяет качество обработки получаемой продукции. Эффективность работы узлов резания в основном зависит от правильности подготовки, установки и эксплуатации круглых пил.

В работающем пильном диске от действия центробежных сил инерции, нагрева зубчатой кромки, сил резания возникают различные сложные напряжения. Одновременно возникают и соответствующие им неравномерные, неуравновешиваемые, но взаимосвязанные удлинения кольца зубчатой кромки и радиусов пилы, которые создают сжимающие напряжения в периферийной зоне, ослабляют зубчатую кромку, выводят пилу из плоской формы равновесия и приводят к потере устойчивой формы равновесия диска пилы и работоспособности пильного узла.

Пильный диск может надёжно работать только при условии сохранения устойчивой формы плоского равновесия, которое достигается путём предварительного создания временных и остаточных напряжений в определённых зонах полотна круглой пилы. Используемые в производстве технологии создания нормированных напряжений посредством проковки, вальцевания, термонатяжения диска пилы трудоёмки, не поддаются полной механизации и автоматизации процессов; требуют высокой квалификации оператора; не позволяют регулировать напряжённое состояние полотна пилы в динамике.

Поэтому совершенствование технологий подготовки пильного диска пилы является актуальной научно-технической задачей, требует проведения научных исследований и принятия новых, научно обоснованных решений.

Цель исследований. Повышение устойчивости работы круглых пил путём совершенствования термопластической технологии создания нормированных напряжений в диске круглой пилы.

Задачи исследований:

- провести анализ существующих технологий создания нормированных напряжений в диске круглой пилы;

- теоретически обосновать возможность создания температурных остаточных напряжений в диске пилы бесконтактным методом нагрева;

- разработать и создать экспериментальную установку для создания в пильном диске круглой пилы по концентрическому следу заданного радиуса и ширины нормированных термопластических напряжений;

- выполнить экспериментальные исследования процесса создания остаточных термопластических напряжений в полотне круглой пилы методом бесконтактного индукционного нагрева;

- исследовать факторы, влияющие на процесс создания термопластических напряжений в пильном диске при бесконтактном индукционном нагреве локальной кольцевой зоны пилы;

- разработать и создать устройство для определения устойчивого плоского состояния диска пилы в статике и динамике бесконтактным способом по отклонению зубчатой кромки;

- проанализировать результаты исследований, сделать выводы и дать рекомендации.

Предмет и объект исследований. Круглая пила и технология создания нормированных термопластических напряжений бесконтактным способом в локальной кольцевой зоне круглой пилы индукционным нагревом по круговому следу заданного радиуса.

Методы исследования. При проведении теоретических и экспериментальных исследований использованы основные законы термодинамики, электродинамики, методы математического анализа и физического моделирования, математической статистики и планирования эксперимента. Использованы специально разработанная установка для создания по концентрическому следу заданного радиуса полотна круглой пилы нормированных термопластических напряжений бесконтактным индукционным нагревом и устройство для определения работоспособности диска пилы в статике и динамике бесконтактным способом по отклонению зубчатой кромки от нормального положения. Для обработки экспериментальных данных применялось современное программное обеспечение Microsoft Office 2010, Microsoft Office Visio 2010, ELCUT, Mathcad 15, Statistica v6.

Научная новизна диссертационного исследования:

- разработан и исследован бесконтактный способ создания нормированных термопластических напряжений по окружности следа заданного радиуса диска пилы бесконтактным индукционным нагревом;

- создана экспериментальная установка для создания по тепловому следу заданного радиуса и ширины полотна круглой пилы нормированных термопластических напряжений бесконтактным способом, обеспечивающих устойчивое плоское состояние пильного диска в процессе пиления;

- установлены основные параметрические факторы, влияющие на процесс термопластического натяжения в пильном диске при индукционном нагреве локальной кольцевой зоны пилы по следу заданного радиуса.

- создано измерительное устройство для определения устойчивой формы плоского состояния диска пилы в статике и динамике бесконтактным способом по отклонению зубчатой кромки.

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований термопластического способа создания нормированных натяжений в пильном диске по круговому следу заданного радиуса и ширины бесконтактным индукционным нагревом с целью повышения устойчивого состояния круглой пилы в статике и в процессе пиления;

- результаты экспериментальных исследований бесконтактного метода определения степени устойчивого плоского состояния полотна круглой пилы в процессе работы по отклонению зубчатой кромки пильного диска;

- рекомендации по применению термопластического способа создания нормированных натяжений в пильном диске по круговому следу заданного радиуса и ширины бесконтактным индукционным нагревом и бесконтактного метода определения степени устойчивого плоского состояния полотна пилы в процессе работы по отклонению зубчатой кромки пильного диска.

Достоверность результатов исследований. Достоверность результатов исследований обеспечивается применением современных методов теоретических исследований; выполнением значительного объема экспериментальных исследований; сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость. Термопластический способ создания нормированных напряжений по окружности заданного радиуса пильного диска индукционным бесконтактным нагревом позволяет выполнять натяжение полотна круглой пилы на стенде и непосредственно при работе пилы в узле резания.

Бесконтактное устройство контроля плоского состояния полотна круглой пилы по отклонению зубчатой кромки позволяет контролировать работоспособность пильного диска при работе пилы в узле резания.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на ежегодных научно-технических конференциях С(А)ФУ (АГТУ) (2008 – 20гг.), IX-й международной научно-технической конференции «Лесной комплекс:

состояние и перспективы развития» (г.Брянск, 2009 г.), на всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (г. Красноярск, 2010 г.), 6-й международной научно-технической конференции:«Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2010 г.), 7-й международной научно-технической конференции: «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (г. Вологда, 2010 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано шесть работ, в том числе одна в издании по перечню ВАК, получен патент на изобретение.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, вывода, общий объем 130 страниц машинописного текста, содержит 32 иллюстраций, 7 таблиц, список литературы, включающий 103 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, обозначено направление проведения исследований.

В первой главе приведены результаты анализа применяемых технологий и оборудования для создания нормированных напряжений в пильном диске с целью повышения устойчивости круглой пилы.

Исследованием вопросов сохранения устойчивой формы равновесия пильного диска в процессе пиления, колебаний пилы, подготовки и правки плоских круглых пил занимались С. М. Муравьев, П. И. Лапин, Н.К.Якунин, С. М.

Хасдан, Ю. М. Стахиев, Б.Ф.Орлов, А. Э. Грубе, В. И. Санёв, В. К. Пашков, Н.

А. Грубе, Г.Ф. Прокофьев, В.И. Петров, М. С. Бернштейн, М. М. Твердынина, В. И. Лашманов, В. В.Дунаева, М. Л. Короткова, Н. И. Ковзун, Л. А. Фефилов, А. Е. Рыжов, Э. М. Туриков, В. Г. Бодалев, Б. В. Арефьев и др.; за рубежом - Е.

Барц, Г. Палич, Б. Ровинский, Е. Фриббе, Ч. Берольцгеймер, С. Д. Моут, Т. Энглессон, С. Прокеш, А. Стшелецкий, Л. Глиер, Ч. Камура и др.

Работы по вопросам повышения устойчивости диска пилы проводились в двух направлениях – механическое воздействие на полотно пилы и термопластическая обработка диска. Особо следует отметить работы Стахиева Ю.М., Якунина Н.К., Орлова Б.Ф., Пашкова В.К.. Якунин Н.К. в основном исследовал способы механического воздействия на диск пилы.

Стахиев Ю.М. рассматривал и механические и различные термические способы воздействия на полотно пилы.

В результате выполненного анализа отмечено влияние на устойчивость работы диска круглой пилы центробежных сил инерции, неравномерного нагрева по радиусу пилы, действие сил сопротивления резанию и др. Показано, что основными факторами, действующими в процессе резания и снижающие устойчивость пилы, являются силы сопротивления резанию и неравномерный нагрев по радиусу диска. Для оценки устойчивости пилы Стахиевым Ю.М.

определены их критические значения. При этом учитывается положительное влияние от центробежных сил инерции и предварительной подготовки пильно- го диска, выражающейся в обязательном создании нормированных напряжений в диске пилы.

Проанализированы основные способы создания нормированных напряжений в пильном диске: механическое локальное воздействие на полотно пилы - классическая проковка-вальцевание пильного диска и термопластическая обработка посредством нагрева контактными нагревателями.

Стахиевым Ю.М. и Якуниным Н.К. всесторонне проанализированы процессы создания нормированных напряжений посредством проковки и вальцевания.

Отмечены основные недостатки механических способов воздействия на полотно пилы: невозможность полной механизации и автоматизации процессов;

контактный способ воздействия на пильный диск; требование к соответствующей квалификации оператора; невозможность регулирования напряжённого состояния полотна пилы в динамике.

Термопластический контактный способ создания напряжений в диске пилы основан на создании неравномерных по радиусу температурных напряжений, превышающих предел упругости металла и приводящих к возникновению пластических деформаций, обеспечивающих в полотне пилы нормированные остаточные напряжения. В настоящее время распространение получили две технологии – пакетный и индивидуальный нагрев. Эффективность создания нормированных остаточных термонапряжений повышается при индивидуальном нагреве за счёт оптимизации зон охлаждения или нагрева. Стахиевым выявлена взаимосвязь между шириной кольцевой зоны нагрева, выбором зоны термонатяжения, параметрами диска пилы и минимальной температурой, способной привести к образованию остаточных напряжений. В работах ЦНИИМОД отмечено, что при уменьшении ширины кольцевой зоны нагрева снижается нижний предел рабочего интервала температур термопластической обработки при создании остаточных напряжений нагревом периферийной зоны пильного диска.

В существующих технологиях создания температурных напряжений в пильном диске применяется эффект контактной теплопередачи от нагревательного устройств к поверхности диска пилы, что не позволяет обеспечить требуемый равномерный и локальный нагрев определённой зоны диска пилы по окружности заданного радиуса и с заданной шириной теплового следа, а происходит неравномерный нагрев диска на больших по площади участках, в результате не достигается конечного результата – создания равномерных нормированных напряжений в диске. Ширину кольцевой зоны оптимизировать не удалось.

Индукционный нагрев металлических деталей используется в различных отраслях машиностроения, позволяет проводить локальный и быстрый нагрев, как всей заготовки, так и отдельных её участков. Энергия при этом способе передаётся от нагревательного устройства к разогреваемой поверхности посредством электромагнитной волны бесконтактно за малый промежуток времени.

Такой подход может быть применён, по нашему мнению, для создания нормированных температурных напряжений бесконтактным равномерным нагревом локальной зоны полотна круглой пилы по круговому следу заданного радиуса, с заданной шириной следа 2 - 5 мм. Однако таких исследований применительно к круглой пиле в этом направлении не проводилось и следует провести специальные исследования по созданию нормированных напряжений в диске круглой пилы, обосновать выбор параметров процесса индукционного нагрева и технологического решения.

Контроль плоскостного состояния диска пилы осуществляется в статике на специальных установках и приспособлениях, в процессе работы круглой пилы этот параметр практически не контролируется из-за отсутствия приемлемого технического решения. Поэтому в диссертации уделено внимание разработке метода бесконтактного контроля плоскостного состояния пильного диска в динамике любой момент времени.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований по воздействию на пильный диск температурных напряжений, возникающих в результате неравномерного нагрева периферийной и средней зон полотна пилы, нарушающих состояние плоскостного равновесия диска.

В процессе работы пильный диск подвергается нагреву от работы резания и других видов нагрева - от трения о направляющие – ограничители отклонения диска, выпучин о стенки пропила, от трения одной стороной диска вследствие чашеобразности, от износа и затупления зубьев или нагрева центральной зоны диска от пильного вала станка. Максимум температуры приходится непосредственно на режущую кромку или на некотором удалении от неё. Нагрев вызывает дополнительное удлинение самой зубчатой кромки, а также радиусов диска в зонах, подверженных нагреву. Суммарная длина увеличения радиусов пилы не соответствует суммарной величине удлинения кольца зубчатой кромки, что приводит к возникновению в периферийной зоне круглой пилы сжимающих напряжений, выводящих полотно пилы из состояния устойчивого состояния. В результате возникает ослабление зоны зубчатой кромки, вследствие чего способность пильного диска противостоять нагрузке сил резания снижается.

Для того, чтобы в процессе работы круглая пила работала устойчиво, требуется создать нормированные натяжения в диске пилы, которые компенсируют недостаток удлинения радиуса диска. Достигается это созданием термопластических напряжений в периферийной зоне пилы индукционным нагревом по узкому кольцевому следу.

Закон распределения температуры по радиусу диска при рассмотрении задач устойчивости пильного диска определяется степенной функцией [Стахиев Ю.М.]:

6 T TR 1 72, (1) R R T TR где, - температуры при текущем радиусе и на внешнем контуре диска с раn1 R диусом ;.

Тангенциальная и радиальная составляющие напряжения, вызванные перепадом температур по радиусу пильного диска:

4 5 - TE 1 6 , (2) R R R 4 5 - T E 1 .

R R R (3) - коэффициенты, загде - коэффициент линейного расширения стали;

Td TR d 2R Td - температура в зоне фланца; - диаметр фланца);

d висящие от и ( T TR Td.

Теоретически определённые распределение температуры и напряжений по радиусу диска пилы показаны на рис. 1, При создании экспериментальной установки определены конструктивные параметры устройства индукционного нагрева, произведён расчёт магнитных и электрических величин, характеризующих электромагнитные процессы в устройстве индукционного нагрева.

Для определения этих величин теоретически рассмотрены процессы, протекающие в электромагнитном поле индуктора экспериментального устройства во взаимодействии с диском круглой пилы.

Определены мощность индуктора и время нагрева диска пилы по концентрическому следу заданного радиуса до требуемой температуры.

Мощность индуктора определена как:

pp , (4) pгде - удельная мощность на поверхности пильного диска, Вт/м ; M - эффективная глубина проникновения тока в глубь теплового следа, в пределах которой плотность тока условно постоянна, где 2 0 - глубина проникновения то ка, м, где 2 f - угловая частота, рад/с, где - частота тока, Гц;

f 0 4 107 - абсолютная магнитная проницаемость вакуума, Гн/м; - относи тельная магнитная проницаемость нагреваемого материала; - удельная проводимость нагреваемого материала, 1 Ом м.

tк Время нагрева рассчитано по заданному отношению температур:

T0 S (, 0, ) f (t), (5) Tк S (, к, ) T0 T где - температура поверхности пилы при t 0 ; - температура поверхности к x tk S (, , ) пилы в точке в момент времени ; вспомогательная функция.

к В третьей главе представлена методика создания термопластических напряжений по окружности заданного радиуса и ширины теплового следа полотна круглой пилы индукционным нагревом, методика оценки неплоскостности диска пилы в статике и динамике по отклонению зубчатой кромки от нормального положения. Рассмотрено влияние на процесс термонатяжения выбора радиуса и ширины теплового следа на поверхности диска круглой пилы, временных, температурных и др. факторов. Приводятся характеристики методов и средств измерения, применяемого оборудования и приборов.

Термопластическое натяжение диска пилы основано на создании по круговому следу шириной 2-5 мм заданного радиуса пильного диска нормированных напряжений индукционным нагревом путём передачи энергии от индуктора к полотну пилы посредством электромагнитного поля бесконтактным способом.

Для выполнения этой задачи создана экспериментальная установка (рис.3).

Техническое решение защищено патентом РФ №2434952.

Рис. 3 - Экспериментальная установка для создания нормированных термопластических напряжений по круговому следу заданного радиуса и ширины пильного диска индукционным нагревом: 1 – круглая пила; 2 – полюс индуктора; 3 – тепловой след; 4 – пильный узел; 5 – полюсный наконечник Устройство обеспечивает равномерный одновременный нагрев зоны диска по всей окружности заданного радиуса и заданной ширины теплового следа полотна пилы и термопластическое деформирование материала в обрабатываемой зоне с созданием нормированных остаточных напряжений в пильном диске. Нагрев локальной зоны пильного диска по заданному кольцевому следу осуществляется индукционным способом с помощью расположенных равномерно по всей окружности полюсных наконечников. Пила приводится во вращение, что обеспечивает равномерность нагрева по круговому следу заданного радиуса пилы.

Контроль натяжения пильного диска проводился методом определения стрелы прогиба диска круглой пилы установленной на трёх опорах индикаторной линейкой, лекальной линейкой и щупом.

Для контроля устойчивого состояния пильного диска круглой пилы в динамике разработано экспериментальное бесконтактное измерительное устройство контроля по отклонению зубчатой кромки от нормального положения (заявка на изобретение №2010149219/28, рис.4).

Рис.4 - Экспериментальное устройство для контроля устойчивого состояния пильного диска круглой пилы по отклонению зубчатой кромки: 1 – пильный диск; 2 - пильный узел; 3 – бесконтактный оптический датчик отклонения зубчатой кромки; - канал связи; 5 – регистратор отклонения зубчатой кромки С помощью устройства можно бесконтактно, непрерывно, в режиме реального времени контролировать отклонение зубчатой кромки полотна пилы в статике и в процессе пиления.

Эксперименты проводили на пяти плоских круглых пилах диаметром 4мм, толщиной 2,2 мм ГОСТ 980-80.

Рассмотрены влияние на процесс создания нормированных напряжений в полотне круглой пилы радиуса и ширины теплового следа на поверхности диска, температуры нагрева. Методическая сетка опытов приведена в четвёртой главе. Экспериментальные исследования проведены при нагреве периферийной 0,95R и средней зон (0,4 …0,85R) пильного диска с шириной теплового следа мм до температуры 100 – 200 0 С.

Для оценки влияния на процесс термонатяжения в пильном диске временных факторов рассмотрены зависимость скорости нагрева по концентрическому следу диска пилы от изменения частоты тока в индукторе, величины воздушного зазора между боковой поверхностью диска и полюсными наконечниками, мощности индуктора.

При проведении исследований применён полный факторный эксперимент с равномерным дублированием. В каждой серии опытов количество дублей 5, опытов 8 и 4, всего наблюдений 60. Воспроизводимость экспериментальных данных проверяли по критерию Кохрена, адекватность модели по критерию Фишера.

В четвёртой главе экспериментально исследован процесс создания термопластических напряжений в полотне круглой пилы нагревом локальной зоны по окружности заданного радиуса диска пилы с заданной шириной теплового следа бесконтактным индукционным способом.

Исследования проводили на круглых пилах диаметром D = 400 мм, диаметр впадин зубьев пилы Dр = 374 мм, посадочное отверстие d = 50 мм, толщина диска пилы s = 2,2 мм.

Пилу устанавливали на вал, который приводили во вращение с частотой n = 100 об/мин. Ширина полюсных наконечников а = 5 мм.

Рис. 5 - Общий вид экспериментальной установки Основной задачей опытов являлась проверка возможности создания нормированных термопластических напряжений в пильном диске при тепловом воздействии на локальный участок полотна пилы, определения влияния величины температуры нагрева локального участка, радиусов теплового следа на полотне, ширины нагреваемой зоны.

Оценочными показателями степени натяжения пильного диска круглой пиr лы являются жесткость пильного диска j, радиальные и тангенциальные напряжения. Жесткость определяли по прогибу пильного диска Напряженность полотна круглой пилы определяли после того, как нагревали зону пильного диска по следу обработки с последующим охлаждением.

Результаты экспериментальных наблюдений приведены в табл.1 и 2.

Таблица Влияние мощности S, частоты тока f, величины воздушного зазора между полюсными наконечниками индуктора и плоскостью диска пилы h на температуру нагрева T по тепловому следу заданного радиуса диска пилы и заданной ширины теплового следа (R = 180 мм, а = 5 мм, tнаг= 30 с) Варьируемый Значения факторов фактор S, ВА f, Гц h, мм Основной уровень 1250 125 Температура, T, 0 C Интервал варьи- 450 75 рования Верхний уровень 1700 200 Нижний уровень 800 50 Номер опыта, Значения входных Номер дубля u факторов S, ВА f, Гц h, мм 1 2 3 4 u = 1 800 50 2 120 125 122 126 1 u = 2 1700 50 2 140 145 139 147 1 u = 3 800 200 2 139 152 142 157 1 u = 4 1700 200 2 162 178 168 176 1 u = 5 800 50 6 98 92 104 103 u = 6 1700 50 6 104 113 107 108 1 u = 7 800 200 6 139 142 147 143 1 u = 8 1700 200 6 158 157 149 153 1Установлена регрессионная связь параметров индуктора и температур нагрева кольцевой локальной зоны заданного радиуса диска пилы:

T = 100.41+ 0,02S + 0,24 f - 4,90h - 0,06. 10-4Sh + 8,27. 10-3fh. (6) Рис.6 - Зависимость температуры нагрева локальной зоны полотна пилы от подводимой к индуктору мощности T = f(S) при h = 2 м Рис.7 - Зависимость температуры нагрева локальной зоны полотна пилы от подводимой к индуктору мощности T = f(S) при f = 200 Гц.

Рис.8 - Зависимость температуры нагрева локальной зоны полотна пилы от величины воздушного зазора между полюсными наконечниками индуктора и плоскостью диска пилы T = f(h) при f = 200 Гц.

Коэффициенты уравнения регрессии найдены решением системы нормальных линейных уравнений.

Таблица Влияние температуры нагрева T, радиуса концентрической окружности теплового следа на поверхности диска круглой пилы R на стрелу прогиба диска круглой пилы, установленного на трёх опорах f (h = 5 мм, а = 2 мм, f = 200 Гц, S = 1700 ВА) Значения факторов Варьируемый Стрела прогиба, R, мм T C, фактор f, мм Основной уровень 150 1Интервал варьиро- 50 вания Верхний уровень 200 1Нижний уровень 100 1 Значения входных Номер дубля Номер опыта, u факторов T, R, мм 1 2 3 4 C u = 1 100 100 0,01 0,04 0,05 0,03 0, u = 2 200 100 0,02 0,04 0,01 0,05 0, u = 3 100 180 0,12 0,11 0,10 0,11 0, u = 4 200 180 0,25 0,22 0,24 0,22 0,Регрессионная связь зависимости стрелы прогиба пильного диска f от температуры нагрева T по локальному следу заданного радиуса и ширины диска пилы и радиуса теплового следа R:

(7) f 0, 299 6,1104T 1,838103 R 2,5106TR.

Рис.9 - Зависимость стрелы прогиба диска круглой пилы f от температуры нагрева локальной зоны пильного диска T.

Экспериментально доказана возможность получения термопластических напряжений в пильном диске пилы бесконтактным нагревом.

В пятой главе представлено техническое решение устройства для контроля устойчивого состояния круглой пилы и правки пильного диска в процессе работы (рис.10).

Рис. 10. Блок-схема устройства для контроля устойчивого состояния круглой пилы и правки пильного диска в процессе пиления: БОДПЗК – бесконтактный оптический датчик положения зубчатой кромки пилы (вебкамера); РПЗК – регистратор и анализатор положения зубчатой кромки; И – индуктор; БУИ – блок управления индуктором В процессе работы происходит нагрев периферийной зоны пильного диска. Если градиент температуры по полотну пилы превосходит критическое значение, диск пилы под действием испытываемых температурных напряжений деформируется и теряет плоскую форму равновесия. При этом зубчатая кромка пилы отклоняется от нормального положения (доп). Величина отклонение зубчатой кромки контролируется бесконтактным оптическим датчиком (БОДПЗК), а потом сигнал передаётся по оптоволоконному или цифровому каналу связи на регистратор и анализатор положения зубчатой кромки (РПЗК), где происходит программная обработка полученного сигнала. В анализаторе происходит обработка величины отклонения зубчатой кромки от нормального состояния. Если величина отклонения зубчатой кромки превосходит установленное допустимое значение, система подаёт команда на блок управления индуктором (БУИ), который включает индуктор. Происходит нагрев зоны диска определённого радиуса и ширины, напряжения перераспределяются, полотно пилы восстанавливает устойчивую форму равновесия, зубчатая кромка приходит в нормальное положение.

Выводы и рекомендации 1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность повышения плоской формы равновесия круглых пил путём создания термопластических напряжений в пильном диске бесконтактным нагревом;

2. Термопластическую обработку следует проводить в периферийной зоне диска по концентрическому тепловому следу, расположенному на расстоянии 0,9 – 1,0 радиуса окружности впадин зубьев пилы с шириной теплового следа – 5 мм при нижнем пределе температур 165 – 2000 С.

3. Разработана экспериментальная установка для создания в пильном диске круглой пилы нормированных температурных напряжений бесконтактным нагревом локальной зоны диска одновременно по всему кольцевому следу заданного радиуса и ширины. Техническое решение защищено патентом РФ №2434952;

4. Метод контроля состояния диска пилы позволяет поддерживать устойчивую форму равновесия диска в любой момент времени в процессе работы периодическим тепловым воздействием на локальные участки полотна пилы (заявка на изобретение № 2010149219/28);

5. Допустимые отклонения зубчатой кромки круглой пилы определяются пределами нормированной точности обработки пиломатериалов;

6. Устройства бесконтактного индукционного нагрева и контроля состояния полотна круглой пилы могут быть рекомендованы для применения на предприятиях при подготовке круглых пил.

7. Результаты исследований по обеспечению устойчивого состояния круглой пилы с помощью бесконтактного теплового воздействия могут быть использованы при разработке технологий правки круглых пил.

Основные результаты диссертации опубликованы:

в изданиях по перечню ВАК:

1.Мелехов В.И. Создание термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы [Текст] В.И. Мелехов, И.И. Соловьев // Лесной журнал, 2010. - №2. – с. 8790. – (Изв. Высш. Учеб. заведений).

патенты:

2. Пат. №2434952 РФ, МКИ С21D 9/24, H05B 6/02, Устройство для создания термопластических напряжений в пильном диске круглой пилы /Соловьев И.И., Мелехов В.И. - №2010117098/02; заявл. 29.04.2010; опубл. 27.11.2011, бюл. №33.

в прочих изданиях:

3. Соловьев И.И Создание устойчивой формы равновесия в пильном диске круглой пилы [Текст] / И.И. Соловьев, В.И. Мелехов, В.Н. Поромов // Лесной комплекс:

состояние и перспективы развития: Материалы девятой международной. науч.-техн.

конф. 1-30 ноября 2009 г. - Брянск: БГИТА, 2009. – Вып. 22. – С. 299.

4.Соловьев И.И. Создание нормированных напряжений в полотне круглой пилы индукционным нагревом [Текст] / И.И. Соловьев, В.И. Мелехов В.И // Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надёжность машин, приборов и оборудования: Материалы шестой международной. науч.-техн. конф. 24-25 ноября 2010г. – Вологда: ВоГТУ, 2006.- Т 2. - С. 126128.

5.Мелехов В.И. Термопластический способ создания натяжений в пильном диске круглой пилы [Текст] / В.И.Мелехов, И.И. Соловьев // Всерос. науч.-практич. конференция “Лесной и химический комплексы – проблемы и решения”. Сб. мат. – Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2010. – Т1. - С. 180-183.

6.Соловьев И.И. Термопластический способ натяжения полотна круглой пилы [Текст] / И.И. Соловьев, В.И. Мелехов В.И // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы международной науч.-техн. конф. 7-9 декабря 2010г. – Вологда: ВоГТУ, 2011. - С. 142-144.

Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах с заверенными подписями просим высылать по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины,17, «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» (САФУ), учёному секретарю диссертационного совета Д212.008.01.






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.