автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами

Московский лесотехнических! институт

На правах рукописи

ПРОКОФЬЕВ ГЕННАДИЯ ЗВД0Р0К1Ч

ИНТЕНС1ШКАЦШ ПИЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ РАШШ И ЛЕНТОЧНЫМИ ПИШИ

Специальность 05.21.05 - "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств, древесиноведение"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1992

Габота выполнена в Архангельском ордена Трудового Красного Йномени лесотехническом институте им. В.В.Куйбышева

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Памфилов Е.А.

- доктор технических наук, профессор Калитеевский P.E.,

- доктор технических наук, профессор Андронов В.В.

Ведущая организация: - Головное конструкторскоз бюро по дарг

обрабатывающему оборудованию (ГКБД)

0ацнта состоится »/i " кЛМАЛ 1992 г. в /2Аас. на заседании спещйлизированного совета при Московском лесотехническом институте

Просим Ваши отзывы на автореферат обязательно в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 141001, Мытищи-I, Московской обл., Московский лесотехнический институ Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ

Автореферат разослан ^& f 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Ю.П.Семенов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Перед лесопильной промышленностью стоит цача перехода от экстенсивного пути развития к интенсивному, ко-эый означает, что прирост совокупного общественного продукта юкен быть получен главным образом за счет повышения произподи-гсьности труда, более эффективного использования основных произ-цственных фондов, рационального расходования сырья, лучшего пользования трудовых ресурсов.

В отечественной промышленности основным лесопильным оборудотаем являются лесопильные рамы. На них вырабатывается более 85% яоматериалов. Однако рамное пиление не соответствует критерию генсификаиии по следующим причинам: низкая производительность, гсыпой расход древесины в опипки, большие габариты и металлоем-:ть оборудования.

Значительного роста эффективности лесопильного производства кно ожидать при использовании ленточнопильных станков - повышали выход пиломатериалов и производительность труда, облегчается пение задачи автоматизации производства. Широкое применение в зопилении ленточнопильных станков сдерживают следукицие недостат-: низкая точность пиления, малая долговечность пил, сложность-готовления и эксплуатации станков. При создании многопильных тгочнопильных станков эти недостатки усиливаются.

Интенсификация пиления древесины в значительной степени обе-зчивается повышением качества подготовки, установки и эксплуа-жи рамных и ленточных пил; выбором рациональных режимов пиле-1; совершенствованием-лесопильных рам и ленточнопильных станков, пение этих вопросов нашло отражение в рассматриваемой работе.

Цель работы. Исходя из общей цели лесопильной промышленности шочающейся в обеспечении народного хозяйства пиломатериалами с -шмальными затратами, была поставлена следующая цель диссерта-энной работы: "Разработать эффективные средства интенсификации пения древесины рамными и ленточными пилами".

В соответствии с поставленной целью сформулированы основные лравления и задачи исследований:

I) разработать методику расчета производительности лесопиль-к рам и ленточнопильных станков с ограничением по точности пиле-

пил и дать анализ основных направлений повышения производительности этих видов оборудования; 2) разработать методику расчета выхода пиломатериалов, кусковых отходов и опилок при пилении древесины поставом пил и показать направления значительного повышения выхода пиломатериалов; 3) разработать рекомендации по рациональным методам подготовки, установки и эксплуатации рамных и ленточных пил; 4) разработать устройства и приспособления повышающие качество пиления и увеличивающие долговечность инструмента; 5) выполнить теоретические и экспериментальные исследования точности пиления древесины на лесопильных рамах и ленточнопильных станках и определить пути ее повышения; б) определить направления модернизации лесопиль ных рам и ленточнопильных станков, обосновать основные параметры узлов модернизации и выполнить их конструктивную разработку; 7) ра работать новые типы высокоэффективного лесопильного оборудования, обосновать его параметры, создать экспериментальные образцы и провести проверку эффективности их работы в производственных условия}

Новизна исследований и научных результатов. Впервые на основг нии теоретических и экспериментальных исследований дан метод расчета производительности пиления древесины рамными и ленточными пилами с ограничением по точности пиления.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования устойчивости рамных и ленточных пил с учетом распределенности и места приложения нагрузки, направляющих для пил, оптимального эксценг риситета линии натяжения пил. Получены формулы оптимального и критического относительных эксцентриситетов линии натяжения пил. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования начальной ] собственной жесткости пил.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования аэр статических опор и даны рекомендации по их использованию в конструкциях направляющих для дереворежущих пил.

Предложены новые механизмы согласования скоростей резания и подачи лесопильной рамы и выполнены теоретические исследования кривошипно-кулисного механизма согласования.

Выполнены теоретические исследования и разработана методика по определению влияния различных факторов на выход пиломатериалов кусковых отходов (щепы) и опилок, в которой впервые учитывается влияние на выход пиломатериалов точности пиления.

Выполнен комплекс исследований по обоснованию параметров узлов резания лесопильных рам с пилаки, совершающими движение в направляющих.

Выполнен комплекс исследований по обоснованию основных пара-■ров ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими [равляющими.

Для проведения экспериментальных работ созданы следующие экс-ш'ментальные установки: I) установка для исследования устойчи-:ти и жесткости дереворежущих пил; 2) устройство для исследова-[ сил резания; 3) стенд для исследования аэростатических-опор; установка для исследования пиления древесины нерастянутыми пи-01, совершающими движение в направляющих, и определения эффек-¡ности работы кривошипно-кулисного механизма с вращающейся кули-1 в качестве механизма согласования скоростей резания и подачи юпильной рамы; 5) экспериментальная лесопильная рама для прове-1ия исследований и обоснования основных параметров узлов реза-I с рамными пилами, совершающими движения в направляющих; экспериментальный ленточнопильный станок (установка) для иссле-зания и обоснования основных параметров ленточнопильного станка криволинейными аэростатическими направляющими.

Основная идея работы состоит в раскрытии закономерностей шости пиления древесины рамными и ленточными пилами в зависнем от их жесткости, устойчивости и сил сопротивления резанию.

Эти закономерности использованы при разработке режимов пиле-I, выборе параметров пил, определении рациональных режимов подковки пил и станков к работе, разработке рекомендаций по раиио-1ьному использованию сырья, создании устройств и приспособлений I повышения точности пиления, определении путей модернизации летальных рам и ленточнопильных станков, создании эксперименталь-к: образцов лесопильных станков нового поколения.

Практическая ценность работы.

I. Разработаны технологические режимы подготовки рамных пил 01-00 и РПИ 6.1-00, утвержденные Минлесбумпрсмом СССР соответ-зенно 19 января 1976 г. и 24 Января 1986 г.

■2. Методика расчетов режимов пиления древесины на лесопильных лах и ленточнопильных станках использована з РГК по определению химов пиления (посылок) бревен и брусьев хвойных и лиственных род на лесопильных рамах, утвержденных Минлесбумпромом СССР декабря 1986 года.

3. Разработаны устройства для контроля жесткости рамных ^ ленточных пил в производственных условиях- - жесткомеры.

4. Разработан комплект устройств и приспособлений для not шения точности рамного пиления - коренные струбцины пильной рг лесопильной рамы, устройство для установки направляющих ножей сопильной рамы, угольник для установки рамных пил, устройство калибровки'межпильных прокладок, новая конструкция ползунов и правляющих пильной рамки лесопильной рамы.

5. Разработан и проходит производственную проверку на ЭП; "Красный Октябрь" узел резания двухэтажной лесопильной рамы, чающий аэростатические направляющие для рамных пил.

6. Разработан узел резания короткоходозой быстроходной л пильной рамы с нерастянутыми пилами, совершающими движение в статических направляющих. Лесопильная рама с новым узлом реза .была внедрена в 1988 г. на Вельской лесоперевалочной базе ПЯО "Вельсклес".

7. Вологодским ГКЕД спроектирован и изготовлен делительь ленточнопильный станок ЛД150-1Э с пилой, движущейся по криво; ним аэростатическим направляющим. Станок создан на основании явки на производство, технических решений и результатов иссле ний, выполненных автором.

Разработанные автором способы и технические средства, н; ленные на повышение эффективности пиления древесины рамными i точными пилами, защищены 36 авторскими свидетельствами, отме> медалью ВДНХ, а творческая деятельность автора отмечена Поче' грамотой Президиума Всесоюзного Совета Научно-Технических o6i • Апробация к публикация работы. Основные положения диссе; докладывались на:

- научно-технических конференциях ЦН1М.ЮД (1973, 1975, 1980, 1989), АЛТИ >,1979, 1987, 1988, 1989, 1990 г.г.), МЛТИ 1987, 1938, 1989, 1990 г.г.);

- советско-шведском симпозиуме (Архангельск, 1937 г.);

- научно-практических семинарах по повышения эффективно эксплуатации лесопильного оборудования и дереворежущего инст та в городах Москве, Ленинграде, Архангельске, Петрозаводске логде, Кеми (I972-I98I г.г.);

- Ученых Советах ЦНИЖЮД (I97I-I985 г.г.).

По материалам диссертации опубликовано 115 печатных pat включал монографию, 5 броиар, 35 авторских свидетельств на i

j.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 разделов, очения, списка литературы (200 наименований), 7 приложений, ржит 266 страниц текста, 139 рисунков, 22 таблиц, 74 страниц ожений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показана актуальность темы диссертации, кратко гается то новое, что внесено в решение проблемы интенсифика-пиления древесины рамными и ленточными пилами. Показана теоре-ская и практическая ценность выполненной работы. В первом разделе раскрыта сущность интенсификации пиления есины на лесопильных рамах и ленточнопильньгх станках; показа-юэможность и целесообразность совместного рассмотрения вопро-интенсификации пиления древесины рамными и ленточными пилами; |аны пути интенсификации и сформулированы задачи, решение кото-необходимо для решения этой проблемы.

Интенсификация пиления древесины заключается в повышении про-эдительности лесопильного оборудования, экономном расходовании зЯ, снижении габарита, металлоемкости оборудования и энергоза-г, улучшении качества пиломатериалов.

Основные направления интенсификации пиления древесины рамны-< ленточными пилами показаны на рис. I.

Стратегические вопросы интенсификации пиления древесины рамны-л ленточными пилами возможно и целесообразно рассматривать сов-гно по следующим причинам: общие ограничения производительности яков, причем основным ограничением является точность пиления; одика оценки точности пиления в зависимости от сил резания, жес-сти и устойчивости пил одинакова для рамного и ленточного пиле; рамная и ленточная пилы в зоне резания представляют тонкую льнуга растянутую полосу, на одной из кромок которой насечены зу; методы расчета жесткости и устойчивости, а также определения резания, общие для рамных и ленточных пил; основные направле-значительного повышения точности пиления древесины рамными и точными пилами - установка над и под распиливаемым материалом остатических направляющих для пил; общая методика расчета вихо-пилсматеризлоз, спилок л кусковых отходов при рамном и ленточ-I пилении и сб.тгло пути улучшения использования древесины для по-

гния пиломатериалов; общие пути снижения энергозатрат и пути зрниэаши станкои для повышения точности пиления.

Для решения поставленной проблемы были поставлены следующие «и:

- разработать методику расчета производительности лесопильных и ленточнопильных станков с ограничением по точности пиления и

з анализ основных направлений повышения производительности этих эв оборудования;

- разработать методику расчета выхода пиломатериалов, куско-отходоз и опилок при пилении древесины поставом пил и показать

равления значительного повышения выхода пиломатериалов;

- разработать рекомендации по рациональным методам подготовки, ановки и эксплуатации пил;

- разработать устройства и приспособления, повышающие качест-пиления и увеличивающие долговечность инструмента;

- выполнить теоретические и экспериментальные исследования ности пиления древесины на лесопильных рамах и ленточнопильных нках и определить пути ее повышения;

- определить направления модернизации лесопильных рам и лен-нопильных станков, обосновать основные параметры узлов модерни-ии и выполнить их конструктивную разработку;

- выполнить теоретические и экспериментальные исследования остатическкх опор и определить основные параметры аэростатичес-

направляющих для рамных .и ленточных пил;

- разработать новые типы высокоэффекривного лесопильного обо-.ования, обосновать его параметры, создать экспериментальные об-цы и провести проверку эффективности их работы в производствен: условиях.•

■Во втором разделе рассмотрены основные направления повышения >изводительности лесопильных рам и ленточнопильных станков. Она 1исит от режимов работы станка ( IX ), плана раскроя сырья ( ), ¡э станка СИ), характеристики сырья ( , И^), организации :плуатации станка ( Кр, Км).

Разработана методика расчета скорости подачи для лесопильных 1 и ленточнопильных станков с ограничением по точности пиления. * позволяет учесть различные факторы, влияющие на боковые пилы ;илы резания, жесткость и устойчивость пил. Гетодика использует для расчета скоростей подачи распиливаемого материала на летальных рамах и ленточнопильных станках; определения оптимальных эаметров пил, обеспочиаъших резлияаиию рожгс'ов пиления; оценки

эффективности мероприятий, направленных на повышение точности пи ления.

Даны рекомендации для выбора оптимального шага toriT зубьев рамных и ленточных пил. Применение стандартного шага пилы, ближа mero к цптимальному, позволяет повысить производительность лесопильных рам до 20%. Приводится формула для определения оптимальн го эксцентриситета Э0пт. линии натяжения пил. Установка пил с оп тимальным относительным эксцентриситетом 30пт. позволяет повысить устойчивость пил на 30...50% и точность пиления.

Рекомендации по выбору оснозных параметров рамных пил Суши-рения зубьев пил, шага зубьев, оптимального относительного эксце триситета линии натяжения, свободных длин I и L , минимальной с лы натяжения N^ún., минимальной толщины пилы Smín и минимально? ширины полотна пилы ¿min.), полученные на основании исследований приведены в технологических режимах "Подготовка рамных пил".

При согласовании скоростей резания и подачи лесопильной рак требуемое качество .пиломатериалов по шероховатости достигается г большей подаче на зуб .1lz Ср > что позволяет повысить скорость пс дачи и производительность рамного пиления. Выполненные теорегиче кие исследования показали эффективность применения кривошипно-к^ лисного механизма с вращающейся кулисой в качестве механизма coi ласования - на 20% уменьшается максимальная подача на зуб при р; бочеи ходе пил и на я глубин a вдавливания зубьев в

древесину при холостом ходе пил. Даны рекомендации по выбору naj метров механизма согласования и определению сил инерции, действ; щих на механизм подачи.

Производительность лесопильных рам и ленточнопильных сташи зависит от степени использования их рабочего { Кр) и машиннного ( Км) времени. Коэффициент Кр зависит от величины простоев ста] ка, вызванных организационными и техническими причинами. Наибол! частыми и внезапными отказами ленточнопильных станков являются < казы из-за усталостного разрушения пил. Даны формулы для расчет, коэффициента запаса прочности ленточных пил. Приводятся рекомен, ции по повышению долговечности ленточных пил. Показано, что про лама долговечности ленточных пил может быть полностью решена пр использовании в промышленности ленточнопильного станка с кривол нейными аэростатическими, направляющими.

Степень использования машинного времени станка характеризу ся коэффициентом КМ! зависящим от скрытых простоев. У лесопиль рам скрытые простои связаны со скольжением распиливаемого матер

в подающих вальцах, межторцовыми разрывами распиливаемых бре-1 (брусьев), неравномерностью подачи бревен (брусьев) к лесопиль-1 раме. Показаны условия пиления бревен на лесопильных рамах без зцовых разрывов.

У однопильных ленточнопильных станков для распиловки бревен — 1/3. Повысить Км можно тремя путями: автоматизацией вспомога-1ьных операций; уменьшением числа пропилов путем получения толс-с пиломатериалов с последующим раскроем их на делительных станс; использованием многопильных ленточнопильных станков.

При создании ыногопильных ленточнопильных станков, скомпан'о--шых из однопильных модулей, необходимо повысить эксплуатацион-з показатели однопильных модулей - точность пиления, точность зиционирования однопильных модулей в многопильных станках долж-быть повышена в 1,4 раза, а коэффициент запаса прочности ленточ-< пил в 1,3...1,6 раз.

В третьем разделе рассматриваются вопросы выхода пиломатериа-з, кусковых отходов (щепы) и опилок при делении древесины на летальном оборудовании. Разработана методика, позволяющая опреде-гь влияние на баласн получаемой пилопродукции характеристики рья (диаметр в вершинном торце, длина, сбег), условий.подготовки рья и станка к работе (точность сортировки бревен или точность зтройки постава пил, точность ориентирования бревна или бруса •юсительно оси постава) и условий пиления (постав, ширина пропи-, точность пиления).

При расчетах форма бревна принята в виде усеченного параболо-а вращения. Рассматривается раскрой группы бревен разных диамет-в, равномерно распределенных с градацией I мм внутри интервала р±а, с1Ср - средний диаметр бревен, а. -'точность сортировки, ны математические зависимости, по которым расчитывается выход ломатериалов (За и опилок 0оп . Выход щепы определяется Ощ, =

100? - б„ - ^п .

Выполнены расчеты по определению влияния смещения оси бревна бруса относительно оси постава £ на выход пиломатериалов. При-ты следующие условия.

Распиливаются бревна с номинальным диаметром в вершине ¿н = 160 мм, точность сортировки а - _+ 10 мм, длина бревен /. = 6,5 м, допуск толщины пиломатериалов по ГОСТ 24454-60. Постав я распиловки: перзый проход 19-100-19; второй проход 19-32-32-32. Величина £, изменялась от,0 до 20 мм и £2 от 0 до 25 мм

с интервалом 5 мм.

Из полученных результатов следует, что с увеличением оч О до 10 мм и £2 = 0 выход пиломатериалов уменьшается на 2,24%: при увеличении £2 от 0 до 10 мм и £., = 0 выход пиломатериалов уменьшается на 1,27$; при увеличении £, и £г от-0 до 10 ми виз пиломатериалов уменьшается на 3,73%. У лесопильных рам и кругло-пильных с'танков механизмы подачи не обеспечивают достаточной то* ности ориентирования бревен и брусьев относительно оси постава (.смещение £ достигает 10 мм и более), что является источником значительного уменьшения выхода пиломатериалов.

Рассмотрено влияние ширины пропила ^ на объемный выход ш ломатериалов <3„ , щепы Ощ, и опилок Фоп . Распиливаются бревна с номинальным диаметром в вершине с1н = 240 мм, точность сортиров: а = + 10 мм, длина бревен /• = 5,2 к, смещение оси бревна от! сительно оси постава £ = 0; точность пиления соответствует ве. чине поля расссеяния пиломатериалов = 2 мм. Распиловка прои, дится брусовым способом за два прохода. Постав первого прохода 22-22-60-60-22-22. Ширина пропила при первом и втором проходе и меняется от 2 до 6 мм через -I км. Расчеты показали, что увеличе ширины пропила на I мм дает уменьшение выхода пиломатериалов и лы соответственно, на 1,3 и 1,5% и увеличение выхода опилок на 2 Повышение точности пиления позволяет использовать тонкие пилы и увеличить выход пиломатериалов.

Выполнены расчеты по определению влияния на выходпиломаге риалов, щепы и опилок точности сортировки бревен а при следующ условиях: ¿н = 160 мм; А = 5,2 м; 6=0; и = 2,0 м-. Постав первого прохода 22-22-100-22-22, постав второго прохода 22-22-4 44-22-22. Ширина пропила изменялась от 2 до 5 мм через I мм. Пр няты следующие значения точности сортировки О. : + 5; + 10; + 2С + 30 мм.

Расчеты показали, что при изменении а от + 5 до + 10 мм изменился на 0,1$, при изменении -а от + 10 до 20 мм <3П изме? ся на 1,5%, а при изменении а от + 20 до 30 мм - на 2,1%. Эти териалы могут быть использованы не только для обоснования точнс сортировки, но и для обоснования целесообразного создания гибга автоматизированных лесопильных линий.

Выполнены расчеты по определению влияния на выход пиломате алов, щепы и опилок точности пиления. Приняты следующие условш ¿н = 240 мм; а = ± 10 мм; I = 5,2 м; £, = = 0. Постав го

^о прохода 22-22-150-22-22, постав второго прохода 22-22-50-50-22-22. Ширина пропила от 2 до 5 км через I мм и поле рассеяния ицины пиломатериалов от 0,5 до 2,5 мм через 0,5 мм.

Расчеты показали, что уменьшение величины поля рассеяния тол-ад пиломатериалов й) на I мм (что соответствует уменьшению 0,17 мм) дает увеличение выхода пиломатериалов примерно на 1,4% сод пиломатериалов с учетом припусков на усушку и обработку мется незначительно, так как при увеличении снижение выхода иоматериалов с номинальными размерами сопровождается увеличени-припусков на обработку, то есть увеличивается объем пиломате-алов неоплачиваемых при реализации. Этот дополнительный объем' поматериалоэ удаляется у потребителя путем строжки, то есть тре-эт еще дополнительных затрат. Зависимость и Оп от (х) привела на рис. 2. Полученные зависимости показывают большое значение 5от, направленных на повышение точности пиления древесины.

Приведенные в разделе

гериалы могут быть использо-ны при разработке мероприя-й по повышению выхода пило-гериалов на оборудовании адиционных конструкций и при енке эффективности создания вых видов лесопильного обо-дования и инструмента.

Четвертый раздел посвя-ется изучению точности тол-ны пиломатериалов. Она может ть определена статистическими тодами или путем аналитичес-х расчетов. Для количествен-й оценки влияния большого личества факторов на точность ления, расчетов предельных оростей подачи с ограничени-по точности пиления, разра-тки мероприятий по повыяенига чности размеров пиломатетиа-в, определения направлений вершенствозания лесопильных '

63 62 61 60 59

0,5 {.0 & 10 ЦК/1

Рис. 2. Зависимость объемного выхода пиломатериалов от величины поля рассеяния толщины пиломатериалов: I - 0„ - выход пиломатериалов с учетом припусков на усушку и строжку, 2 - Оп - выход пиломатериалов номинальных размеров, %

станков целесообразно использовать аналитические методы.

Точность толщины пиломатериалов определяется точностью наст ройки лесопильных станков на размер выпиливаемых пиломатериалов точностью пиления. Точность настройки станка на размер выпилива« мых пиломатериалов зависит от точности позиционирования пил и у! рения зубьев. Точность пиления зависит от сил, действующих на ш лу и способности пил противодействовать этим силам - жесткости 1 устойчивости.

Точность уширения зубьев пил может быть повышена путем сов( шенствования плющильно-^ормовочных станков или калибровкой зубы Точность позиционирования рамных пил может быть повышена путем увеличения точности толщины межпильных прокладок. За счет калиб ровки межпильных прокладок точность их толщины достигается + О,1 мм. Требуемая точность позиционирования однопильных модулей мно пильных ленточнопильных станков +0,25 мм достигается путем пов шения точности позиционеров или путем позиционирования по упора Точность пиления-древесины на лесопильных рамах и ленточно пильных станках характеризуется наибольшим отклонением пилы в п цессе пиления. Точность пиления обеспечивается, если отклонение пилы ^ не превышает допустимую величину Су].

■ На основании экспериментальных исследований определено уел вие точного пиления древесины полосовыми (рамными и ленточными) пилами

У=Т7Г™Рг1 4 < 1 > ■

¿Л1" ~г!

Гкр

где 0 - боковая сила, Н; Р - нормальная составляющая силы сопротивления резанию, Н; ~ начальнан жесткость пилы, Н/мл;

РКр - критическая сила пилы, Н.

Начальная жесткость рамных и ленточных пил может быть опрг лена по таблицам, полученным в результате теоретических и экеш ментальных исследований. Разработаны две конструкции жесткокэрс позволяющих определить начальную жесткость пил как в лаборатор! ■так к в производственных условиях. В результате исследований 01 делены зависимость ],. от силы натяжения N , толщины Б , ш>;р;

О V « о

полотна о и свободной длины пилы с . Установка над и под ра: лизаемым материалом направляющих для пил позволяет уменьшить практически до высоты пропила к и повысить в насколько раз Критическая сила полосовой пилы моют быть определена по

змуле 2 Г'

/. к7-

пт

г Ней,

к 2 )

а

расстояние одной из опор до места приложения силы Р, мм;

Е> - изгибная жесткость пилы, И-мм'";

С - крутильная жесткость пили, Н-мм^.

При характерных для современных лесопильных рам и ленточно-льньгх станков свооодной длине I и силе натяжения пилы М вели-ной-^гВ можно пренебречь из-за малости по сравнению с N . и центральном натяжении пил (б =0) и приложении нагрузки на редине свободной длины ( а = ^ ) может быть рекомендована упро-нная формула для расчета критической силы ленточной пилы

Ркр

[65М

I

£ +

12С

( 3 )

Оптимальный относительный эксцентриситет линии натяжения 1МН0Й пилы

3 = 0,098 + 0,3915 -^-¡г- "( 4 )

""т N 6

При Э0пт критическая сила рамной пилы может быть определена ) формуле

",N6 ■ с )

К1Г + Т/ ' ( 5 )

Ркр I

/N6

\ 12 ' 6

Из'формулы ( 4 ) следует, что Э01ХТ не постоянная величина, а ависит от размеров поперечного сечения пилы, силы натяжения и мо-уля упругости материала пилы при кручении. При Э ?Эоптустойчивость амной пилы снижается и при Э=Эцр пила может потерять устойчивость г сил натяжения даже при отсутствии сил резания. Формула для оп-еделения величины ЭКр имеет вид

Экп =>

7кр \

1

\г

С

( б )

И62 *

Экспериментальные исследования критических сил полосовых пил одтвердили правильность принятых допущений при теоретических ис-ледованиях и целесообразность применения приведенных формул для асчета рамных и ленточных пил на устойчивость. Экспериментальные начения РКр отличались от теоретических не рыме, чем на 12.%. Мак-имальная нормальная составляющая силы резания при рамном пилении

определяется по формуле

р ^2,5 кё'Кд 'max Н •

Нормальная составляющая силы резания при пилении древесины ленточными пилами определяется по формуле

f р = ^K&'/tU ( 8 )

Боковые силы, действующие на пилы в плоскости их наименьшей жесткости, зависят от погрешностей подготовки пил и станка к рат боте и сил сопротивления резанию. Величина боковой силы при изве ных погрешностях Д^ подготовки пил и станка к работе определяет по формуле

О + Ц^ ' ( 9 >

где 6 - угол между продольной осью станка и равнодействующей горизонтальной силой сопротивления резанию, рад; f ~ угол ме; вертикальной осью станка и равнодействующей вертикальной, силой < противления резанию, рад; р - угол между вертикальной осью с. нка и нормалью к образующей вальца (применительно к лесопильной раме), рад; S( и S2 - уширения зубьев на одну и другую сторону, В - ширина пилы, мм; Т6 - сила прижима вальца к распиливаемой древесине, Н; 2 - число пил в поставе; Ятал- максимальная кас! тельная составляющая силы сопротивления резанию, Н.

Снижения боковых сил, действующих на пилы в процессе пилен! можно достигнуть за счет уменьшения сил сопротивления резанию; i пользования устройств и приспособлений, позволяющих повысить то1 ность подготовки пил и станка к работе; создания новых узлов ре: ния, обеспечивающих высокую точность установки пил в станок, дв жения пил и распиливаемого материала.

Приведенные материалы использованы при разработке методики определения скорости подачи распиливаемого материала на лесопил ных рамах и ленточнопильных*станках с ограничением по точности лешя и при определении направлений повышения точности пиления древесины.

В. пятом разделе показана эффективность применения направля щих для рамных и ленточных пил. Повысить жесткость и устойчивое рамных и ленточных пил ыс.гшо путем уменьшения :ix свободных длю-;

оскости наименьшей жесткости ^ и в плоскости наибольшей жест-1сти . Основные напоавления уменьшения свободных длин С и I шведены на рис. 3 и 4.

У лесопильных .м, работающих в юмшлениости, сводная длина ^ рав-I расстоянию между ^пильными проклад-;ми, а свободная :ина 1> - расстоя-и между осями зах-,тов (рис. За). Ми-;мальное значение у вменяемых в промьш-иности лесопильных ,м равно Н+ ктси , | есть сумме хода [Л и максимальной !соты пропила. При :тановкэ направляю-гх для пил над и под опиливаемым материалом уменьшения хода пил юбодную длину можно

1еньшить на величину хода пил Н, то есть в 3...5 раз (рис. 36). :я уменьшения трения пил о направляющие рабочие поверхности пос-¡дних целесообразно выполнить в виде аэростатических опор.

Устойчивость пил ( РКр) при уменьшении I' возрастает в мень-:й степени, чем жесткость ), гораздо большее влияние на нее называет свободная длина пилы . Наибольшего эффекта в повышении юткости и устойчивости пил можно достигнуть при одновременном юньшении £ и I, (рис. Зв).

.Выпускаемые ленточнопильные станки имеют большую свободную ¡ину равную расстоянию .между осями шкивов, а поэтому низкую ясйчивость (рис. 4а). Применение отжимных направляющих для пил |ис. 46) позволяет уменьшить свободную длину I , значительно побить жесткостьи частично устойчивость пилы Я^ , но свободная [ина Ь остается большой.

Необходимо для повышения I и Р ленточных пил одновременно

о Н '\Р

-А

т

«м

| Мин

5.

V

I Н,'!!.

Ц-0

\

. &

Рис. 3. Уменьшение свободных длин рамных пил Ь и I. за счет: . а. - межпильных прокладок; <$~ - направляющих для пил; й - направляющих для пил и

уменьшить I и . \ Наибольший эффект может быть получен при создании лен-точнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими (рис. 4в).

Таким образом, применение направляющих для пил является эффективным направлением модернизации лесопильных рам и ленточнрпиль-ных станков. По инициативе автора раз- ' работаны узлы реза- . •

ния, позволяющие одновременно уменьшить свободные длины создать лесопильные станки нового поколения.

Выполнены теоретические-исследования, которые показали, что большое влияние на | н оказывает величина зазора В между пилой и направляющими. Так, при ь = 300 мм при увеличении зазора <5* от О до 0,2 мм ленточной пилы ( <3 = 40 Н; Ъ = 1,0 мм; Ь = 100 ' мм; I- = 2000 мм; N = 12 кН) уменьшилась в 1,9 раз, а рамной пилы ( Я = 40 Н; Б = 1,6 мм; Ь = 120 мм; £ = 1000 мы; N ^ 30 кН) в 3 раза. Отсюда следует, что у ленточных пил нужно применять отжимные направляющие, а у рамных пил зазор 8 должен быть уменьшен до минимума.

Выполнены теоретические исследования начальной жесткости полосовой пилы. Расчетная схема для- определения прогибов полосы (пи лы) представлена на рис. 5. Начальная жесткость определялась как отношение боковой силы 0 к прогибу пилы ТЦ^ в точке приложена

Рис. 4. Уменьшение свободных длин ленточ ных пил и I за счет: а - двухсторонних направляющих для пил; В - одност ронних отжимных направляющих; $ -линейных направляющих

криво

I иА

и

силы, то есть ¡н » 0/щ.

Для определения прогибов Щ- использовался энергетический ме тод. Для случая устойчивого равновесия потенциальная энергия системы определялась уравнением

ч

"av-^v

.19 JD_ 2

+

\ дхду) _

3V

av cLxcl

¿V

Qu

( 10 )

Для определения лро-ибов полосы (пилы) пс-ользован метод Рэлел-итца.

Решение представлено форме ряда, удозлетво-ягощего геометрическим раничным условиям и со-зржащего неопределенные араметрыак,/)к,С,<, ¿к

Граничные условия для юрных краев полосы (пилы) зедставлены в виде

Л4

к

/I

/;' И

т:

h г,

N-tJr&

Ш.

я

«

/V "AO

Рис. 5. Расчетная схема для определенияi полосовых пил

Подставив значения (II) в

)авнение полной потенциальной энергии (10) и приравнивая произ-

<)П дП дП эп >дныэд^- , -¿jf- , ,-^j— нулю, получаем систем четырех узав-

!ний относительно неизвестных параметров

к

Решив полученные системы уравнений определяв»/ прогиб пилы начальную жесткость jH . Была составлена программа на языке IPTPAH и на ЭВМ EC-I022 выполнены расчеты W^ и jH для различных :л натяжения N , свободных длин t , толщины S и ширин & . Ре-льтаты расчетов приведены в таблицах.

Расчеты показывают, что при уменьшении свободной длины £ у нточной пилы ( S = 1,2 мм; й = 150 мм; М =10 кН) от 1000 до О мм (в 5 раз) начальная жесткость возросла в 5,6 раза; при еньшении свободной длины рамной пила ( S = 2,0 мм; = 140 ил;

= 40 кН) от 1000 до 400 мм (в 2,5 раза) начальная жесткость зросла в' 2,5 раза.

Таким образом, применение направляющих для полосовых пил яв-

и

к

л>:отсл йал'Л'.ь;;.-. рсзсрзом повыасккя их начальной жесткости.

Зь:лолкс;;ы теоретические исследования устойчивости рапных и л?г.то"-:н;.;х пил в капра-

вля-одих. Расчетная схема полосовой пилы в направляющих дана на рис. 6. Критическая сила пилы РКр определялась энергетическим методом.

Было получено уравнение потенциальной энергии изгиба и кручения полосы

N____

£

/

/7 71?

Рис. 6. Расчетная схема, принятая при исследовании устойчивости полосовой пилы с контактными направляющими

и уравнение работы сил в срединной поверхности полосы

Приравняв правые части уравнения (12) и (13), выразив Р у определив по Р условия, при которых получили следующую

формулу критической силы полосы пилы при распределенной нагрузке

,( 14 )

где щ= + В - изгибная жесткость пилы, Н-ьъ С - крутильная жесткость пилы, Н-мм*'.

Формула критической силы при сосредоточенной нагрузке, при* женной на середине свободной длины

, г,., к1

р

чр тс

( 15 )

Принимая центральное натяжение пил (е = 0) и пренебрегая е личиной В ввиду ее малости по сравнению с А/ при характернь

дя практики значениях N , I , б и 5 , имеем следующую Формулу эитической силы при распределенной напузке

Ь

т2 4т1С ..

1 + Т + "РТГ "V' ( 16?

Чр (Г Ар нМ \\

*е т = 2,14 + 4,93 (У/ - I).

При сосредоточенной нагрузке пгоем аналогичную формулу

2£гЫб

ГТ1* ПТ2С ■

1 7Г *■ ТТ7Г " 1 , ( Г7 )

12 " йгМ

;е ГП. = 3,46 + 4,93 (% - I).

В частном случае, когда £ -¿ , то есть направляющие отсутствии , получаем формулу (.

Анализ формул (16) и (17) показывает, что принимал сосредото-знную нагрузку вместо распределенной, получаем критическую силу, 1ределенную с погрешностью порядка 18?. При точных расчетах режи-)в пиления с ограничением по точности размеров пиломатериалов рас->еделенность нагрузки необходимо учитывать. При оценке влияния »зличных.факторов на устойчивость пилы можно пользоваться формула-I критической силы для сосредоточенной нагрузки. *

Расчеты показывают, что уменьшение свободной длины пилы ^ при вменении направляющих незначительно повышает РКр , гораздо большее шяние ее на .

Большое. влияние на РКр оказывает изменение свободной длины пи-1 в направлении подачи /. . Так, для ленточной пилы при уменьшении ■от 2200 до 1000 км ( Б = 1,2 мм, & = 100 мм, N =10 кН, £ = 400 мм) РКр возросла в 2 раза, для рамной пилы при уменьшении от 100 до 600 мм ( й = 2,0 мм, 6 = 120 мм, М = 40 кН, I = 300 мм) , возросла в 1,5 раза.

Следовательно, при использовании направляющих, предельные :ритические) скорости подачи могут быть увеличены несущественно. I качество пиления по точности при скоростях меньших этих крити-юких скоростей будет значительно выше, следовательно, можно бут при использовании направляющих или увеличить скорость подачи :я достижения требуемой точности пиления или при тех же скоростях дачи повысить точность пиления. Увеличить погрешность при дости-нии критических подач при использовании направляющих будет носить лее "внезапный" характер.

На основании теоретических и экспериментальных исследований, также конструктивных разработок рекомендованы к применению конс-укпии направляющих для рамных и ленточных пил с рабочими поверх-

ностями, выполненными в виде аэростатических опор. Они могут быт: использованы при модернизации лесопильных рам и ленточнопильных станков, эксплуатируемых б промышленности.

Вестой раздел посещен разработке рекомендаций по выбору ти и основных параметров аэростатических опор, используемых в конст рукциях направлявших для пил. Выполнены экспериментальные исслед вания аэростатических опор на созданном стенде. Определялись влу ние на расход воздуха Wн и зазор К. между опорой и пилой типа с ры, нагрузки ¡2 , дазления подводимого воздуха Р и диаметра отверстий. поддува <1 . В результате экспериментальных исследований выбран тип аэростатических опоо, используемых в конструкциях на1 равляющих для дереворежущих пил, и выбрани их основные параметр1

С цель» совершенствования конструкции аэростатических опор определения влияния на эффективность опор различных факторов пр изменении их в более широких диапазонах, выбора оптимальных пар метров опор, для расчета допустимой силы натяжения пилы ленточн пильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими выполнены теоретические исследования. Расчет аэростатической оп ры выполнялся численным методом, разработанным в ЭНИЫСе.

Он основан на апроксимации поля давления в опоре разностнь алгебраическими уравнениями. Последние получаются из условия 6е ланса расхода воздуха через элементаоный прямоугольник

Разностные уравнения имеют вид

«Л ^Ч ' Ив)

где Р;^ = ^ IРа - относительное давление в точке с координатами х^у.^р.. - давление воздуха в точке с координатами и ^ , МПа. ' ^ '

Коэффициенты при неизвестных в уравнении (18) зависят от положения микроканавок и от их наличия на рассматриваемом учас Свободный член ■ в точке поддува

^ = - (19)

где - коэффициент динамической вязкости воздуха, /л- = = 17,95-10"^ Па-с; 5>а - плотность атмосферного воздуха. При i = 20°С и Ра = 9,81-Ю4 Па §а = 1,2 кГ/м3; с1 - диаметр о-верстия поддува, м; к - газор между пилой и опорой, м; Ра -

1иг воздуха в точке поддува, Па; Д, - давление подводимого воз-са, Па.

В остальных: точках = 0. Система уравнений решалась на ЭВМ -1022 методом последовательных смещений (Гаусса-Зейделя).

Теоретические и экспериментальные исследования позволили дать яомендации по выбору типа и основам параметров аэростатических эр, выполненных на рабочих поверхностях направляющих для пил. ростатические направляющие для рамных и ленточных пил целесооб-зно выполнить из секций, непосредственно примыкающих друг к дру-. Размеры одной секции показаны на рис. 7. Глубину микроканавки у аэростатических направляющих следует принять равной 0,4 мм. аметр отверстий поддува с1 принимается в пределах 0,5...0,8 мм. частности для криволи-йных-аэростатических правляющих делительного анка рекомендуется <1 = 0,6 мм. При использова-и отжимных аэростатиче-их направлявших для лен-чных пил следует принять = 0,6 мм, если направ-ющая состоит из двух кцнй, и <1 = 0,8 ли направляющая имеет ну секцию.

Расход воздуха ной секции аэростатичео-й направляющей при й -0,6 мм и избыточном дав-нии подводимого воздуха I = 0,4; 0,5 и 0,6 ::Па ответственно равен 0,026; 0,032 и 0,038 м3/'мзш. Большое влияние эффективность рабосы аэростатических направляющих (на величину дъе!/гной силы) оказызаег величина зазора К. между пилой и направ-вщими. Необходимо вести работы по повышению качества подготовка лотен пил и переходу на работу с зазорами Н = 0,02...0,03 ><;.,.

Допустимая сила натязенип ленточной пилы делительного станка криволинейным! аэростатический направлгапза® пра А =0,6 м>".. = 0,5 МПа и к = 0,04 мм равна 7,5 кН.

Зазор ¡г между лшеой и аэростатической направляющей практи-

/ /

Рис. 7. Размеры секции аэрос?г тической направляющей

чески но ллАяет на расход воздуха. Расход воздуха делительного ла точнопилъного станка при Л - 0,6 км, Ра = 0,6 МИа и К = 750 км составляет 1,672 1,:3Д:ин. При выборе компрессора расход воздуха, расчптанный теоретическим путем, необходимо увеличить на 20$.

Большое влияние на величину подъемной силы оказывает ширина опоры. Увеличение ширины аэростатических направляющих и использование широких ленточных пил является резервом повышения эффективности ленточнэпильных стан-ов с криволинейным! аэростатическими направляющими.

В седьмом разделе дается обоснование целесообразности создания быстроходной короткоходовой лесопильной рамы с нерастянутыми пилами, совершающими возвратно-поступательное движение в направля ющих. Выполнены с использованием метода Б.Г.Галеркина теоретические исследования прогибов и жесткости рамных пил в направляющих. Пила принималась как пластинка, свободно опертая двумя параллельными кромками при двух других свободных. Для случая, когда сосредоточенная сила <3 приложена на середине свободной кромки пластин ки, прогиб в этой точке (Х0 = X = 0; уо= у =%) определяется пс формуле

иг.=

П'1

~тРа-

М^-сЯгдфкгр,,- ^ск-1) - ( 20)

05

г 2М)

Рп +А

(з+у )-8Мг)

-у;2

где

а ■ А „ Л

а > а"' м--8 '

Расстояние между опорами пластинки а соответствует свободн длине пилы £ . Расчеты прогибов нерастянутых рамных пил, выполненные методом конечных элементов, дали такие же результаты. Экс периментальные исследования подтвердили правильность принятых до пущений и точность теоретических расчетов. Разность между теорет ческими и экспериментальными данными не превышала 4%. Жестность нерастянутой рамной пилы определялась из уравнения ^ =

По расчетным данным построены зависимости жесткости пилы р ее свободной длины I при ширине полотна $ = 150 мм и следув-и толщинах: S = 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 и 2,0 им. Требуемая для точ-эго пиления жесткость, равная 60 Н/мм достигается при 5 = 0,008 i + 0,5 мм.

Условие j > 60 Н/мм является необходимым для точного пиле-ля, но недостаточным. Еторое условие - критическая сила рамной ялы должна превышать максимальную горизонтальную силу резания зилу отжима) не менее, чем в 1,25 раз, то есть Ркр > 1,2sPmax. зтолнены теоретические исследования устойчивости нерастянутых амных пил в направляющих и получена следующая формула для расче-1 критической силы

%в т =4,93z/£ - z,79 .

Второе условие точного пиления выполняется следующим соотно-энием толщины пилы и высоты пропила S = 0,09К + 0,4 юл. Свобод-зя длина пилы I равна расстоянию между направляющими, установления! над и под распиливаемым материалом, и не должна быть менее аксимальной высоты пропила К , то есть 1> к.

Под руководством автора на базе тарной лесопильной рамы РТ-36 эздана экспериментальная лесопильная рама с нерастянутыми пилами, свершающими возвратно-поступательное движение в направляющих. Ра-эчие поверхности направляющих выполнены в виде аэростатических юр, Конструкция узла резания экспериментальной лесопильной рамы сказана на рис. 8.

Выполнен комплекс исследований для определения качества пиле-1Я и выбора основных параметров узла резания. Опытные распиловки эевесины на экспериментальной лесопильной раме показали высокое ачество пиломатериалов по шероховатости и точности. Максимальная зличина неровностей на поверхности пиломатериалов при LLZCp -1,86 мм и не превышала 0,73 мм.

В исследуемом диапазоне высот пропила ( к = 104, 130 и 156 а) и скоростей подачи ( U = 4,8; 7,15 и 9,75 м/мин) при П = 650 мин-* среднее квадратическое отклонение толщины пиломатериа-зв от заданной составляло 0,11...0,14 мм, что соответствует полю ассеяния 6S = 0,66...0,84 км. Такая высокая точность распиловки эзволяет не только обеспечить заданное качество пиломатериалов по

точности, но и повысить выход пиломатериала за счет уменьшения г ля допуска.

Рис. 8. Узел резания экспериментальной лесопильной рамы

Определено оптимальное уширение зубьев пил, совершающих дв жение в направляющих. Оно соответствовало минимуму температуры лы, мощности резания и удельной силы резания и находилось в пре лах 0,50...О,55 мм. Рекомендовано уширение зубьев на сторону дл пил, установленных в направляющих - 0,45...0,65 мм.

Исследовалось влияние жесткости узла резания на пиковые си отжима и скобления. Распиливались образцы, изготовленные из хвс ных брусьев ( W 40%) высотой h = 150 мм при посылке 4=1 мм/об ( П = 650 об/мин). Изменение жесткости узла резания в пр делах от 5668 до 133 Н/мм достигалось сжатием пружин. Измерялис силы резания с помощью двухкомпонентного силоизмерительного суг порта. Исследования показали, что введение упругих элементов в узел резания позволяет уменьшить пиковые силы резания и отжима ответственно в 1,5 и 2 раза.

'Выполненные работы показали возможность и целесообразное^ создания для распиловки бруса ( f]-^ 200 мм) лесопильной рамы < нерастянутыми пилами, совершающими движение в направляющих. Xcj пильной рамки выбирается из соотношения 226 мм 6 Н £ 300 мм. ' тота вращения коленчатого вала у новой лесопильной рамы может ( повышена до /7 = 800 мин"*.

Рекомендуются следующие толщины рамных пил в зависимости от эти пропила:

высота пропила ft , мм 100 125 150 175 200 толщина пилы S , мм 1,6 1,8 2,0 2,0 2,2 Основные достоинства лесопильной рамы нового типа заключаются недующем: I) обеспечивается получение пиломатериалов высокого эства по точности и шероховатости; 2) повышается выход пилома-<алов на 1,5...2,0% за счет уменьшения толщины пил, уширения ■ звв и поля допуска толщины пиломатериалов; 3) снижаются энер-»траты на 15...20%; 4) уменьшаются габарит и металлоемкость 1ка в 2...3 раза.

В восьмом разделе приведены материалы по обоснованию основных шетров ленточнопильного станка с пилой, движущейся по криволи-1ым аэростатическим направляющим. Использование в промышленнос-:танка нового типа позволяет устранить основные недостатки, :ущие ленточнопильным станкам традиционной конструкции с пиль-I шкивами, - повышается устойчивость и долговечность пил, сни-'ся габарит, металлоемкость и уровень шума.

Схема узла резания лен-юпильного станка с криво-¡йными аэростатическими твляющими дана на рис. 9. (ана экспериментальная [.новка для определения 1вных параметров узла ре-:я делительного станка;

Механизм привода пилы :ериментальной установки выполнен в виде двух ави-нных колес, из которых приводное, а другое -имноэ. Экспериментальным м определяли нормальную рмацию, жесткость фрик-ных колес и коэффициент ления приводного колеса лой. Величина деформации

с hH влияет' на напряжения в материале инны, теплообразование талостную прочность шины. Деформация колес из должна превышать

Рис. 9. Схема узла резания ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими

допустимую величину [К.|«,]40,ГИШ( Нщ. - высота профиля шины, для исследуемых колес Нц, = ПО мы). С другой стороны К к =• к . Отсюда получаем зависимость допустимой силы прижима колеса к пиле Сг от жесткости колеса [С-]

Выполнены исследования жесткости рекомендуемых к эксплуатации авиационных колес. Существенное влияние на жесткость колес оказывает давление воздуха в камере шины Рк . При =0,4 МПа ¿к = 0,20 кН/мм и [О] - 2,2 кН. При Рк = 0,5 МПа = 0,24 кН/мм и [0-] = 2,64 кН.' Для определения касательных сил, которые можно передать пиле для преодоления сил сопротивления резанию древесины и перемещению пилы по опорам, необходимо знать коэффициент сцепления V колес с пилой, представляющий отношение максимальной касательной силыТт£ив зоне контакта колеса с пилой к нормальной силе 0~ , то есть V = Ттах_

Коэффициент сцепления определялся на специальной установ! Было проведено две серии опытов. В первой серии определяли"!^* в зависимости от & и Р* , поверхность пилы и колеса - сухие. Во вт( рой серии поверхность пилы была смечена водой (имитировалось пил< ние древесины с повышенной влажностью). Наибольший коэффициент сцепления ^ = 0,73 получен для сухой поверхности пилы при б" = = 1,2...1,6 кН и Р*. = 0,4 МПа. Для мокрой поверхности пилы "Р = = 0,48 при (г = 2,0 кН и Рк = 0,2; 0,5 МПа.

На основании исследований разработана методика определения основных параметров механизма привода пилы в зависимости от уело вий пиления. Методика позволяет решить и обратную задачу - при. созданном ленточнопильном станке определить условия эффективной эксплуатации его с данным механизмом привода пилы.

Приведены экспериментальные исследования криволинейных аэрс статических направляющих. Определялось влияние силы натяжения ш лы и давления подводимого воздуха на силу 5 , необходимую для ш ремещения пилы по направляющим, и расход воздуха ^Ч, . Экспериме! показали, что увеличение давления подводимого воздуха Ри. боле( 0,6 МПа нецелесообразно, оно долтао находиться в пределах 0,5.. 0,6 МПа. Получено эмпирическое уравнение для определения расход воздуха в двух криволинейных направляющих при рекомендованном т секции аэростатических опор к в. = 0,6 мм в зависимости от ради са криволинейных направляющих и давления подводимого воздуха

■ Ц, = Зб-ю-*Я(о, 12 +Ра). ( 22 }

При выборе радиуса криволинейных направляющ!« силы натяжения 1лы и размеров ее поперечного сечения (S, $ ) необходимо учиты-1ть изгиб пилы в зоне резания. Выполнены теоретические и экспери-:нтальные- исследования, на основании которых рекомендована форму-i для определения величины изгиба пилы в зоне резание

/ = 8958^. (23)

Даны рекомендации по созданию ленточнопильных станков с кри-шинейными направляющими, у которых f = 0. Это достигается тем, ■о криволинейные направляющие выполнены состоящими из 5 участков. ia крайних участка плоские ( = 0), средний участок имеет пос->янную кривизну const) и промежуточные участки выполнены переменной кривизной (Уд ¿const). Рекомендуется в качестве пе-«одной кривой принять кубическую параболу

у ( 24 j

[е 10 - длина переходной кривой.

Для определения требований к механизмам привода пилы и пода-I, энергозатрат при пилении и силовых воздействий на элементы ■анка, выполнены исследования сил резания при пилении древесины шой, движущейся по криволинейньм аэростатическим направляющим.

Определялось с использованием двухкомпонентного силоизмери-¡льного суппорта влияние на составляющие силы резания высоты про-[ла, скорости резания и скорости подачи.

■ Выполнены исследования качества пиломатериалов, выпиливаемых i экспериментальном ленточнопильном станке. Распиливались брусья /сотой 100 и 150 мм со скоростью подачи 15...41 м/мин. Среднее ¡адратическое отклонение толщины досок S с увеличением скорости дачи возрастает. При К = 100 мм и увеличением скорости подачи ' 15 до 41 м/мин S возросло от 0,13 до 44 мм, а при h. = 150 мм

возросло от 0,15 до 0,49 мм. Для выполнения требований ГОСТ >002-83 необходимо, чтобы S не превышало 0,5 мм. Для обеспечения 1сокого качества пиломатериалов при больших высотах пропила к > i0 мм и больших скоростях подач U. 7 40 м/мин необходимо повысить ■сткость и устойчивость пил. Рекомендовано при создании промыш-нного ленточнопильного станка увеличить силу натяжения пилы до ..6,5 кН и радиуса криволинейных направляющих до 750 мм. Шерохо-.тость поверхности пиломатериалов при , всех режимах пиления удоз-творяла требованиям ГОСТ 26002-83 на экспортные пиломатериалы.

Проведены теоретические исследования долговечности пилы лен-

точнопильного станка с криволинейными направляющими. Установлено, что при рекомендуемых параметрах делительного ленточнопильного станка (= 750 мм, 60 МПа, £ = 1,0 мм, 6 = 100 мм, выполнена подшлифовка межзубовой впадины, зубья пилы оснащены твердым сплавом) коэффициент запаса прочности достигает Л = 2,94 при /7/7= 2,0. Высокая долговечность пилы ленточнопильного станка ног вого типа'достигается за счет увеличения радиуса изгиба пилы, отсутствия биения и инерционности шкивов, уменьшения силы натяжения и толщины пилы при сохранении высокой устойчивости ее. Производственные испытания станка ДЦ 150-1Э подтвердили правильность результатов теоретических исследований.

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований рекомендованы основные параметры делительного ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими направляющими. Они реализованы в конструкциях станков ЛСД 150 и ДЦ 150-1Э, Опытная эксплуатация этих станков на лесозаводе "Красный Октябрь" (г.- Архангельск) дала положительные результаты и показала перспективность данного направления совершенствования ленточнопильного оборудования.

В заключение приведены основные выводы и практические рекомендации полученные в работе.

1. Интенсификация пиления древесины проявляется в повышении производительности лесопильного оборудования, увеличении выхода пиломатериалов и снижении расхода древесины в опилки, уменьшении энергозатрат, габарита и металлоемкости оборудования. Воздействие на факторы, влияющие на эффективность получения пиломатериалов не лесопильном оборудовании, возможно на трех уровнях: первый - путем улучшения подготовки к работе и эксплуатации серийного оборудования и инструмента, второй - путем модернизации серийного оборудования и третий - путем создания лесопильного оборудования нового поколения.

2. Дан анализ основных ограничений производительности лесопильных рам и ленточнопильных станков. Разработана методика расчета скорости подачи для лесопильных рам и ленточнопильных станков с ограничением по точности пиления. Она позволяет учесть раз личные факторы, влияющие на боковые силы и силы резания, жесткос и устойчивость пил. Методика используется для расчета скоростей подачи распиливаемого материала на лесопильных рамах и ленточнопильных станках; определения оптимальных параметроз пял, обеспе< вающих реализация; режимов пиления; опенки зффектиБнссти мзропрш

тий, направленных на повышение точности пиления.

Даны рекомендации по выбору роцисномых параметров рамных и ленточных пил. Показаны причины низкой степени использования рабочего и машинного времени лекточнспильных станков и лесопильных рам и даны рекомендации по повышению полговечности ленточных пил и уменьшению скрытых простоев лесопильных рам.

Рассмотрены вопросы согласования скоростей резания и подачи лесопильных рам. Выполнены теоретические исследования кинематики и динамики механизма непрерывно-переменной подачи лесопильной рамы с кривошипно-кулисным механизмом с вращающейся кулисой. В результате исследований установлено, что применение кривошипно-кулисного механизма позволяет на 20% уменьшить максимальную подачу на зуб при рабочем ходе и на 22% уменьшить глубину вдавливания зубьев в древесину при холостом ходе пил.

3. Разработана методика, позволяющая определить влияние на баланс получаемой пилопродукпии характеристики сырья (диаметр в вершинном торце, длина, сбег), условий подготовки сырья и станка

к работе (точность сортировки бревен или точность настройки постава пил, точность ориентирования бревна или бруса относительно оси постава) и условий пиления (постав, ширина пропила, точность пиления). Выполнены расчеты пс определению влияния ширины пропила, точности сортировки, величины смещения оси бревна и бруса относительно оси постава и точности пиления на выход пилопродукции. Они позволяют разработать мероприятия по рациональному использованию сырья при переработке его на лесопильном оборудовании традиционно'-; конструкции и могут быть использованы при оценке эффективности создания новых видов лесопильного оборудования и инструмента.

4. Рассмотрены вопросы точности толщины пиломатериалов, получаемых на лесопильных рамах и ленточнспильных станках. Показано, что она определяется точностью настройки лесопильных станков на размер выпиливаемых пиломатериалов и точностью пиления,

На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана методика расчета точности пиления в зависимости от боковых сил, сил сопротивления резании, устойчивости и начальной уэсткости пил. Выполнены тзссетическке » оясперикентгльагй ягследования устойчивости и начальной »есткости а-эу^д :< .•.спто'няг-: г.ил. Даны рекомендации по расчету боковых сил я сил сгпоотивленкя рег»а—

НИЛ.

Даны рекомендации по яовшениз точнее?:: тстройпа л^спилтьт станков н-э шз!'ел выпиливаемых пилоузтесиалоч " точности пг-ошш.

Разработаны технические средства, способствующие реализации эту рекомендаций.

5. Показано, что наибольшего эффекта в повышении месткост1 устойчивости рамных и ленточных пил можно достигнуть при уменье нии их свободных длин в плоскостях наименьшей и наибольшей жес^ кости. При применении направляющих для пил их свободная длина i плоскости наименьшей жесткости может быть уменьшена практическ] до максимальной высоты пропила и за счет значительного повышен жесткости и устойчивости пил повышена точность пиления.

Выполнены теоретические исследования жесткости и устойчив рамных и ленточных пил в направляющих. Даны рекомендации по пр нению направляющих для пил при модернизации лесопильных рам и точнопильных станков.

6. Для снижения трения пил о направляющие рабочие поверх^ ти последних целесообразно выполнить в виде аэростатических ог На основании теоретических и экспериментальных исследований де рекомендации по выбору типа аэростатических опор и их основньи раметров. Разработаны конструкции аэростатических направляющи; рамных и ленточных пил.

7. Выполнены теоретические и экспериментальные исследова! жесткости и устойчивости нерастянутых рамных пил, установлен» направляющие. Исследования показали, что возможно и целесообр создать для распиловки бруса (, И - 200 им) быстроходную, корот довую (.260 мм з Н < 300 мм) лесопильную раму с нерастянутыми ми, совершающими движение в аэростатических направляющих.

На базе тарной лесопильной рамы FT-36 создана эксперимен ная лесопильная рака. Проведенные исследования и производстве испытания экспериментальной лесопильной рамы подтвердили прав ность теоретических предпосылок и целесообразность создания i пильной рамы нового типа. Определены основные параметры лесог ной рамы и условия ее эффективной работы. Конструкция лесопи; рамы нового типа защищена 5 авторскими свидетельствами.

8. Показано, что значительно повысить эффективность пил! древесины ленточными пилами можно при использовании ленточно] ного станка с криволинейными аэростатическими направляющими, нок не имеет зарубежных аналогов, его конструкция защищена 8 торскими свидетельствами.

Созданы экспериментальные установки, на которых проведе плекс исследований и определены основные параметра делительн ленточнопильного станка с криволинейными аэростатическими на

¡ими. Материалы исследований использованы при создании делимых станков ЛСД 150 и ЛД 150-1Э, описание которых приводится 1боте. Из однопильных ленточнопильных модулей с криволинейными (статическими направляющими могут быть скомпанованы многопиль-ленточнопильные станки для распиловки бревен.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих paix:

1. Прокофьев Г.Ф. Устойчивость рамных пил// Изв. вузов. Лесн. 1ал - 1970- » б - С. 81-86.

2. Прокофьев Г.Ф. Экспериментальные исследования устойчивости шх пил// Изв. вузов. Лесн. журн.- 1971.- № 6. С. 161—165.

3. Прокофьев Г.Ф. Устойчивость нерастянутых рамных пил в на-1ляющих/ ЦНИИМОД.- Архангельск, 1977.- 5 с. Деп. во ВНИПИЭИлес-10 08.12.77, № 342 л. .

4. Прокофьев Г.Ф. Исследование начальной жесткости рамных пил/ ¡МОД.- Архангельск, 1977.- 12 с. - Деп. во ВНИПИЭИлеспроме 15.77, № ЗП д.

5. Прокофьев Г.Ф. Устойчивость рамных й ленточных пил в нап-Ш0дих// Науч. тр. ЦНИИМОД.- 1977,- Совершенствование конструк-и методов подготовки и эксплуатации режущ, инструмента и дере->раб. об ору д.- С. 43-48.

6. Прокофьев Г.Ф. Влияние горизонтальной составляющей силы 1ния на жесткость рамной пилы/ ЦНИИМОД.- Архангельск, 1976.- Деп. во ВНИПИЭИлеспроме 20.01.77, № 286 д.

7. Прокофбев Г.Ф. Выбор профиля криволинейной опоры ленточно->ного станка/ ЦНИИМОД,- Архангельск, 1980.- 4 с,- Деп. во ВНИПИЭИ-|роме 04.02.80, № 515 д.

8. Прокофьев Г.Ф. Некоторые пути повышения эффективности рам->пиления// Деревообраб. прсм-сть.- 1981.- № 2,- С. 10-12.

9. Прокофьев Г.Ф. Ленточнопильный станок с пилой, движущейся ;риволинейным аэростатическим опорам// Станки и инструм.- 1982. 5.- с. 33-34.

•10. Прокофьев Г.Ф. Пути повышения эффективности рамного пиле-Обзорн. информ.-М.: ВНИПИЭИлеспром, 1982.- 32 е.- (Сер. Ме-гаеская обработка древксины, вып. 6).

II. Прокофьев Г.Ф., Королев И.Ю. Узел резания лесопильной ра' Станки и инструмент,- 1982.- $ 10.- С. 27.

12.. Прокофьев Г.Ф., Королев И.Ю., Усачев В.Л. Исследование про-)в рамных пил з направляющий методом конечных элементов/ ПОД.- Архангельск, 1983.- 16 с,- Деп. по ВНИПИЭИлеспроме

01.09.83, » 1096 - Д63.

13. Прокофьев Г.Ф., Королев П.Ю. Расчет прогибов и жесткост нерастянутих рамных пил в направляющих методом Б.Г.Галеркина/ ЦНИИМОД.- Архангельск, 1983.- II с. - Деп. во ВНИПИЭИлеспроме 01.12.83, № 1132.

14. Прокофьев Г.Ф., Короткова М.Л. Влияние ширины пропила i объемный выход пиломатериалов, щепы и опилок// Научн. тр. ЦНИИМ(

- 19Э4.- Комплексное использование древесины. С. 24-33.

15. Прокофьев Г.Ф. Пути повышения эффективности пиления др< весины ленточными пилами: Обзорк информ.- М.: ВНИПИЭИлеспром, 1985,- 32 с. (Сер. Механическая обработка древесины, Вып. 9). '

16. Прокофьев Г.Ф., Ходерян Б. А.. Исследование криволинейны: аэростатических опор ленточнопильного станка конструкции ЦНИИМО, ЦНИШОД.- Архангельск, 1985.- 9 с. - Деп. во ВНИШЭИлеспроме 23.01.85, № 1402 лб.

17. Прокофьев Г.Ф., Ходерян Б.А. Исследование сил резания : качества пиления на экспериментальном ленточнопильном станке с лой, движущейся по криволинейным аэростатическим опорам/ ДНИИМЦ

- Архангельск, 1985.- 40 с; - Деп. во ВНИПИЭИлеспроме 18.06.85, № 1579 л.б.

18. Прокофьев Г.Ф., Ходерян Б.А., Ершов C.B. Начальная жес кость полосовых пил/ ЦНИИМОД,- Архангельск, 1985.- 23 с. - Деп. во ВНИШЭИлеспроме 17.06.85, № 1589 лб.

19. Прокофьев Г.Ф. Улучшение качества пиломатериалов за сч повышения точности пиления древесины рамными и ленточными пилаы Научн. тр./ ЦНИИМОД,- 1986.- Управление качеством продукции в j сопилении.- С. 70-77.

20. Прокофьев Г.Ф. Определение влияния точности размеров г ломатериалов на их выход// Научн. тр./ ЦНИИМОД,- 1986.- Перспе* тивные направления использования сырья и совершенствования прод ции в лесопилении,- С. 42-47.

21. Прокофьев Г.Ф.» Короткова М.Л., Шейнов А.И. Влияние с» щения бревен и бруса относительно оси постава на выход пиломат( риалов, щепы и опилок// Изв. вузов. Яесн. журн,- 1987.- № I.-С. 127-130.

22. Прокофьев Г.Ф. Повышение точности размеров пиломатери; при рамном пилении: Обзорк. информ.-И.: ВНИПЙЭИлзспром, 1987.• 28 с.<, (Сер. Механическая технология древесины, Вып. 5).

23. Прокофьев Г.Ф. Применение аэростатических опор г коне

кциях направляющих для дереворежущих пил// Экспресс-информация/ гаШЭИлеспром." 1987.- Вып. 3 - 20 с.

24. Прокофьев Г.Ф., Гриньков В.В. Ленточнопильный станок с иволинейными аэростатическими направляющими. Станки и инструмент. 1989.- № 6. - С. 35-36.

25. Прокофьев Г.Ф. Определение требуемой прочности пил много-льных ленточнопильных станков// Изв.вузов. Лесн. журн.- 1989.6.- С. 81-85.

26. Прокофьев Г.Ф. Применение многопильных ленточнопильных анков в лесопилении. Деревообраб. пром-сть.- 1989.- № II.-С.1-3.

27. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины на лесо-льных рамах и ленточнопильных станках// Деревообраб. пром-сть.-90.- № 9.- С. 6-10.

28. Прокофьев Г.Ф., Варфоломеев Ю.А. Применение кривошипно-лисного механизма согласования скоростей резания и подачи лесо-льной рамы// Изв. вузов. Лесн. журн.- 1990.- № 3.- С. 73-77.

29. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными ленточными пилами.- М.: Лесн. пром-сть, 1990.- 240 с.

30. Прокофьев Г.Ф. Определение скорости подачи с ограничени-по точности при пилении древесины рамными и ленточными пилами//

в. вузов. Лесн. журн.- 1990,- № 6.- С. 64-68.

31. Прокофьев Г.Ф., Гриньков В.В. Теоретические исследования иволинейных аэростатических направляющих ленточнопильного стан// Изв. вузов. Лесн. журн.- 1991,- № I.- С. 70-78.

32. Прокофьев Г.Ф. Влияние боковых сил на точность рамного ления// Деревообраб. пром-сть.- 1991.- í"0 4.- С. 7-S.

33. Прокофьев Г.Ф. Определение параметров привода пилы лен-чнопильного.станка с криволинейными аэростатическими направляю-ми// Изв. вузов. Лесн. журнал.- 1991.- № 4.- С.55~58.

34. Прокофьев Г.Ф. Долговечность пилы ленточнопильного станс криволинейными аэростатическими направляющими// Деревообраб.

ом-сть.- 1991,- № 5.- С. 8-10.

•35. A.c. 266188 (СССР). Устройство для установки пил./ Про-фьев Г.Ф., Туфанов А.Г.- Опубл. з БЛЬ, 1970, № II.

36. A.c. 392320 (СССР). Устройство для определения жесткости мных пил/ Прокофьев Г.Ф.- Опубл. б Б.И., 1973, № 32.

37. A.c. 408773 (СССР). Ленточнопильный станок/ Прокофьев Ф.- Опубл.' в Б.И., 1974, № 48.

38. A.c. 676444 (СССР). Лесопильная рама/ Прокофьев ГЛ>,-;убл. в Б.И., 1979, № 28.

jt>

39. A.c. 697318 (СССР), Механизм непрерывно-переменной под чи лесопильной рамы/ Прокофьев Г.Ф.- Опубл. в Б.И., 1979. № 42.

40. A.c. 818859 (СССР), Механизм резания лесопильной рамы/ Прокофьев Г.Ф., Носаль Б.Д., Хвиюзов А.И,- Опубл. в Б.И., 1981, № 13.

41. A.c. 818862 (СССР). Ленточнопильный станок/ Прокофьев Г.Ф.- Onjon. в Б.И., 1981, № 13.

42. A.c. 859153 (СССР). Направляющие устройство для распш ваемого материала/ Прокофьев Г.Ф., Носаль Б.Д., Кудрявин Г.В.-Опубл. в Б.И., 1981, 1.» 32.

43. A.c. 872257 (СССР). Пильная рамка лесопильной рамы / Прокофьев Г.Ф., Носаль Б.Д.- Опубл. в Б.И., 1981, № 38.

44. A.c. 914265 (СССР). Ленточнопильний станок/ Прокофьев Г.Ф., Кудрявин Г.В.- Опубл. в Б.И., 1982, № II.

45. A.c. 935265 (СССР). Направляющее устройство для распи. ваемого материала/ йро кофьвв Г.Ф»| Васкак Ю.В« t Носаль Б»Д» — Опубл. в Б.И.', 1983-, №'22.

46. А.о. 949924 (СССР). Ленточнопильный станок/ Прокофьев - Опубл. в Б.И., 1983, № 3247. A.c. 1069992 (СССР). Ленточнопильный станок/ Прокофье

Г.Ф.- Опубл. в Б.И., 1984, № 4.

48. A.c. II13245 (СССР). Узел резания лесопильного станка Прокофьев Г.Ф., Королев И.Ю.- Опубл. в Б.И., 1984, № 34.

49. A.c. II96395 (СССР), Способ термической обработки пил Прокофьев Г.Ф., Богданов Е.А., Королев И.Ю.- Опубл. в Б.И., IS »45.

50. A.c. I368I68 (СССР). Направляющее устройство для пил/ Прокофьев Г.Ф.- Опубл. в Б.И., 1983. № Я.

Сдано в произв. 14.04.92г. Подписано в печать14.04.92г. Фогшат 60x84/16. Бумага этикеточная, Усл.печ.«:,<Х>. Уч?-изд.6. Заказ 145, тираж 120. Бесплатно

Отпечатано на Ротапринте Облстат Архангельск-61, Свободы, 3