Другие журналы

научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО "МГТУ им. Н.Э. Баумана". Эл № ФС 77 - 48211.  ISSN 1994-0408

77-30569/370368 Динамическое исследование многопильного деревообрабатывающего станка нового поколения

# 04, апрель 2012
Файл статьи: Короткая_P.pdf (687.48Кб)
автор: Короткая О. В.

УДК 534.1:674.05

МГТУ им. Н.Э. Баумана

korotkaya_olga@mail.ru

В результате смены общественно-экономической формации средства производства в нашей стране оказались частными. Предприниматели всегда стремятся получить максимальную прибыль за минимальный срок, поэтому за последние 20 лет они практически не вкладывали средства в новые машины и оборудование. Россия из промышленно развитой страны превратилась в сырьевой придаток западных держав. На экспорт идут нефть, газ, металл, лес.

Понимая это, руководители нашего государства призвали к индустриализации и к развитию инноваций в технике.

В данной работе на конкретном направлении – переработке древесины, делается попытка внести посильный вклад в решение задачи государственной важности. На экспорт мы отправляем сырую деловую древесину, которую с успехом можно было бы перерабатывать у нас и поставлять за границу уже готовые изделия. Но, к сожалению, оборудование деревоперерабатывающей отрасли давно морально устарело. Японцы предлагают построить на Дальнем Востоке завод, но у нас есть свои отличные станки, производство которых можно было бы наладить и обеспечить всю деревоперерабатывающую отрасль перспективным оборудованием.

В свете решения этой задачи к.т.н. Блохиным М.А. был предложен принципиально новый вид деревообрабатывающего оборудования – многопильный станок с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен (рис. 1).

Станок объединяет в себе преимущества и исключает недостатки не только многих отечественных, но и зарубежных лесопильных станков и значительно превосходит по всем техническим и эксплуатационным показателям ныне используемое оборудование. В частности, производительность "Шершня" в пять раз больше широко используемого сегодня на предприятиях Коми американского станка Wood-Mizer LT-40 HD. Отечественный станок может вырабатывать до 1280 кубометров пиломатериалов в месяц. При этом он потребляет в три раза меньше электроэнергии и окупается всего за два месяца. Станок прост и надежен в эксплуатации, не требует установки специального фундамента, мобилен.

Особенностью данного оборудования является передача движения с ведущего (нижнего) на ведомый (верхний) вал непосредственно через пильные блоки, состоящие из эксцентриков, предварительно растянутых дереворежущих полотен, упругих элементов крепления и корпусных деталей.

 

Описание: шершень

 

Рис. 1. Опытный образец многопильного «коленчатого» станка «Шершень».

 

В период испытаний опытных образцов возникал изгиб и скручивание режущих полотен. В результате появлялись криволинейные пропилы, излом зубьев, а иногда и разрушение станка.

Причинами таких режимов могут быть:

1) сложное динамическое поведение конструкции;

2) появление при определенных условиях обычных и параметрических резонансов;

3) существенная нелинейность режимов работы.

 

Поэтому перед организацией серийного производства таких лесопильных станков необходимо комплексное исследование их динамического поведения, нахождение резонансных режимов и конструктивная доводка с учетом полученных результатов.

При выборе режимов резания важно избежать попадания пильных полотен в области резонансных режимов. Частоты резонансных колебаний определяются, в первую очередь, геометрией полотна, физико-механическими свойствами материала. Вместе с тем, собственные частоты пильного полотна существенным образом зависят от условий его закрепления и от вида предварительного напряженно-деформированного состояния полотна. Необходимо учесть, что полотна обладают различной жесткостью на растяжение - сжатие. При возможном взаимном влиянии пильных модулей друг на друга, жестко связанных на одноименных валах, в качестве основной причины динамической неустойчивости полотен следует выделить частотные резонансы. Практика показала, что выпадение одной или нескольких пил из нормального режима работы пильного блока явно зависело от различия усилия их натяжения. Возникла задача расчета и определения частот собственных поперечных и иных колебаний полотна в зависимости от силы его натяжения.

При распиловке на полотно циклически действуют силы резания со стороны бруса или бревна, которые могут существенно изменять свои величину и направление в зависимости от уровня затупления режущих кромок зубьев полотна. Инерционные силы шарнирных узлов и самого полотна накладываются на циклические силы резания. Как любая упругая механическая система, пильные полотна характеризуются определенными резонансными частотами и формами. Поэтому объективно существуют соответствующие этим частотам неблагоприятные частоты вращения валов, вызывающие нежелательные резонансы, как самих полосовых пильных полотен, так и других элементов и агрегатов станка.

Задача анализа динамического поведения рассматриваемой системы является сложной и многоплановой. Решить ее практически невозможно без использования методов математического моделирования.

Рассмотрены различные расчетные модели и методы решения данной задачи: метод конечных элементов, метод конечных разностей и метод начальных параметров. Задача решалась на основе  трех расчетных моделей: стержня, пластины и пологой оболочки. При расчете частот и форм собственных колебаний пильного полотна на основе стержневой модели применялся метод начальных параметров, при расчете пластины и пологой оболочки – метод конечных разностей и метод конечных элементов.

Рассмотрим пильное полотно как предварительно растянутую балку, совершающую свободные колебания с частотой р (рис. 2).

 

Описание: стержень

 

Рис. 2. Предварительно растянутый стержень, совершающий поперечные колебания

 

Для нахождения  частот и форм собственных колебаний с использованием метода начальных параметров на языке С++ написана программа.

Расчет проведен для пильного полотна следующих геометрических размеров: длина l = 330 мм, ширина b = 80 мм, толщина  мм  при растягивающем усилии F=1000 H.

Характер изменения частот собственных колебаний от величины усилия натяжения приведен на рис. 3.

 

Описание: стерж

 

Рис. 3. Зависимость частоты собственных колебаний стержня от величины усилия натяжения

 

Необходимо отметить, что использованная выше стержневая система не позволяет оценить влияние эффекта внецентренного растяжения пильного полотна. По этой причине точность проведенной оценки частот оказалась недостаточной для практического использования. Полученные результаты использованы в работе как оценочные.

Более подробно анализ динамического поведения полосовой пилы проведен с использованием  метода конечных элементов. Для реализации метода конечных элементов использовался программный комплекс  ANSYS. Для конечно-элементной аппроксимации использовался оболочечный четырех узловой конечный элемент SHELL63. Анализировались первые шесть  форм собственных колебаний пильного полотна. В процессе численного моделирования исследовалось влияние ряда дополнительных параметров, учет которых на моделях стержня и пластины не представлялся возможным. В первую очередь, целью расчетов являлось определение влияния усилия натяжения полотна и эксцентриситета ее приложения на собственные частоты и формы колебаний полотна.

Соответствующие графики приведены на рис. 4-6.

 

Описание: сила11

 

Рис. 4. Зависимость частоты собственных колебаний полотна от усилия натяжения при отсутствии эксцентриситета приложения нагрузки

 

Описание: эксцентриситет132

 

Рис. 5. Зависимость частоты собственных колебаний полотна от величины усилия натяжения при эксцентриситете приложения нагрузки 32 мм (40 %)

 

Описание: эксцентриситет

 

Рис. 6. Зависимость частоты собственных колебаний полотна от эксцентриситета приложения нагрузки при растягивающем усилии 4500 Н

 

В практике проектирования лесопильного оборудования традиционно полагалось, что отстройку собственных частот пильного полотна следует вести за счет увеличения усилия натяжения, смещая тем самым диапазон низших собственных частот полотна в область более высоких частот. Однако при этом не учитывалось влияние эксцентриситета растяжения пильного полотна, что зачастую приводило к неверным конструкторским решениям.

Проведенные расчеты показали, что отстройку собственной частоты от частоты, соответствующей частоте вращения ведущего вала, можно проводить, изменяя величину эксцентриситета растягивающего усилия.

 

Литература

  1. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.А. Вычислительные методы для инженеров. – М.: Высшая школа, 1994.-544 с.
  2. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний.– М.: Высшая школа, 1980.-408с.
  3. Биргер И.А., Пановко Я.Г. Прочность Устойчивость Колебания. Справочник в трех томах, т.3. – М.: Машиностроение, 1968.- 567 с.
  4. Блохин М.А., Гаврюшин С.С. Расчет и проектирование многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен: дис. канд. техн. наук.-Москва, 2005.- 151 с.

Публикации с ключевыми словами: математическое моделирование, многопильный станок, динамическая неустойчивость, резонансные режимы, технология деревопереработки, пильные полотна, лесопильное производство, деревообрабатывающее оборудование
Публикации со словами: математическое моделирование, многопильный станок, динамическая неустойчивость, резонансные режимы, технология деревопереработки, пильные полотна, лесопильное производство, деревообрабатывающее оборудование
Смотри также:

Тематические рубрики:
Поделиться:
 
ПОИСК
 
elibrary crossref ulrichsweb neicon rusycon
 
ЮБИЛЕИ
ФОТОРЕПОРТАЖИ
 
СОБЫТИЯ
 
НОВОСТНАЯ ЛЕНТА



Авторы
Пресс-релизы
Библиотека
Конференции
Выставки
О проекте
Rambler's Top100
Телефон: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)
  RSS
© 2003-2024 «Наука и образование»
Перепечатка материалов журнала без согласования с редакцией запрещена
 Тел.: +7 (915) 336-07-65 (строго: среда; пятница c 11-00 до 17-00)