автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Исследование, разработка и создание лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен

На правах рукописи

Блохнн Михаил Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ ЛЕСОПИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ С КРУГОВЫМ ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН

Специальности: 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки»;

05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

5 АВГ 2015

005571285

Архангельск - 2015

005571285

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете

доктор технических наук, профессор Гаврюшин Сергей Сергеевич «Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана»

доктор технических наук, профессор Прокофьев Геннадий Федорович (ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова»)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор.

Антуфьев Борис Андреевич «Московский Авиационный Институт» (Технический университет)

доктор технических наук, профессор Агапов Александр Иванович «Вятский государственный университет», г. Киров

доктор технических наук, профессор, Памфилов Евгений Анатольевич ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

им. Н.Э. Баумана (Москва. Россия). Научные консультанты:

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Вологодский

государственный университет»

Защита состоится 29 сентября 2015 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д212.008.01 на базе ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17. главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», vvmv.narfu.ru. тел. 8(8182)216149, e-mail: a.zemtsovsky^narfu.ru Автореферат разослан « Л » 2015 года.

Ученый секретарь ^ , Земцовский Алексей

диссертационного Совета ^fl-iV . i t I Екимович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Повышение эффективности работы лесопильно-деревообрабатывающей промышленности теснейшим образом связано с развитием комплекса машин, обеспечивающих реаипацию основных этапов технологического процесса производства. Особое место при этом принадлежит лесопильным станкам, играющим главную роль в формировании размеров и качества пиломатериатов. В настоящее время в России большая часть пиломатериатов производится на лесопильных рамах с возвратно-поступательным движением пильных полотен. Широкое применение находят также кругпопильные станки с круглыми или дисковыми пилами, а также лесопильные станки с лезвиями в форме замкнутой ленты-пилы.

Каждая из трех упомянутых выше конструктивных схем имеет свои достоинства и недостатки. Одновременно мы вынуждены признать факт наличия предела возможностей существенного совершенствования упомянутых основных схем распиловочного оборудования. Новые, экзотические способы обработки древесины, использующие струну, лазерный луч или струю воды под высоким давлением, в настоящее время не получили промышленного освоения.

Поэтому, важной задачей является разработка новых технических решений в области создания распиловочных станков, сохраняющих преимущества и исключающих недостатки существующего оборудования.

Простота и надёжность предлагаемой конструкции позволяет повысить основные показатели, среди которых следует особо выделить: высокое качество обработанных поверхностей; снижение энергопотребления; относительно малый вес станка и динамическая сбалансированность основных узлов; повышенная мобильность оборудования; способность вести распиловку тонкомерного леса, а также вести изготовление паркетной доски и ламели после замены ватов пильного блока.

При этом необходимо отметить наличие сделанного первого шага в создании нового оборудования с перспективой его улучшения в части повышения производительности, снижения массы, уменьшения габаритов и понижения энергопотребления, а также новых научно-обоснованных инженерно-конструкторских и технологических решений.

Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью решения важной прикладной научно-технической задачи, посвященной созданию нового типа оборудования, являющегося основой вариантов целевого назначения многопилыюго станка с круговым поступательным движением пильных полотен, показатели которого соответствуют, а по некоторым позициям опережают современный мировой уровень оборудования аналогичного назначения.

Цель н задачи исследований

Цель работы - создание лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, так называемого, коленчатого станка (рис. 1), обеспечивающего динамическое уравновешивание пильного блока и отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны, для роспуска пиловочника на доски при малой металлоёмкости оборудования, простоте его обслуживания и низких энергозатратах.

С позиции современного развития науки об обработке лесоматериатов, используя новейшие достижения в области механики и численных методов расчёта, теоретически обосновать, спроектировать и довести до уровня опытно-промышленного образца новую конструкцию лесопильного оборудования с совокупными функциональными показателями, не уступающими современному мировому уровню.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований.

1. Разработать конструкцию и создать экспериментальный многопильный станок с круговым поступательным движением полосовых пил (пильных полотен).

2. Выполнить теоретические исследования условий резания, углов заточки зубьев полосовых пил в зависимости от эксцентриситета их кругового поступательного вращения устойчивости, а также прочности полосовых пил при заданных условиях нагружения в пильном модуле.

3. Провести теоретические и коленчатого станка для распиловки бревен экспериментальные исследования

и бруса динамических характеристик полосовых пил

(полотен) с учетом их геометрии и условий натяжения на основе модели пластины.

4. Провести расчёт динамической балансировки пильного модуля в совокупности с определением резонансных частот полотен при различных вариантах массовых параметров шарнирных узлов и условиях их фиксации на подшипниковых узлах.

5. Разработать конструкцию и выполнить теоретические исследования условий функционирования подшипниковых узлов пильного модуля с учётом требований долговечности.

6. Разработать конструкцию пильного блока и его основных узлов в различных вариантах функционального применения (распиловка брёвен, двухкантного бруса, изготовление паркетных дощечек или ламелей).

7. Провести расчёт ресурса работы пильного блока с оценкой потерь мощности, затрачиваемой пильным блоком на холостом ходу при заданных условиях.

8. Выполнить экспериментальные исследования качества пиления, энергозатрат при пилении на станке брусьев в зависимости от высоты пропила, скорости подачи и пути резания.

9. Дать рекомендации по созданию и эксплуатации лесопильного станка нового типа.

На защиту выносятся

1. Обоснованная на высоком научном, теоретическом, проектном и технологическом уровнях принципиально новая схема лесопильного станка (оборудования).

2. Виртуальная модель проектируемого оборудования, методология расчёта, математические модели основных узлов и агрегатов проектируемого оборудования, позволившие решить задачи анализа и синтеза нескольких модификаций многопильных станков с круговым поступательным движением пильных полотен.

3. Конструкции основных узлов и агрегатов пильных модулей: подвижные узлы крепления и упругого натяжения пильных полотен в шарнирах, а также устройства динамической балансировки.

4. Технические решения, позволившие повысить эксплуатационные характеристики многопильного станка, одновременно обеспечив динамическое уравновешивание пильного блока (пильной рамки) и отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны.

5. Новые экспериментальные результаты, относящиеся к оценке функциональных характеристик разработанных моделей станков.

6. Опытно-промышленные образцы оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, рекомендованные к серийному освоению.

7. Рекомендации по датьнейшему совершенствованию лесопильного оборудования, выполненного по схеме «коленчатой» пилы.

Научная новизна

Па защиту выносятся следующие научные положения, обладающими признаками научной новизны:

1. Доказана, на основе комплекса новых научно-технических, технологических и схемных решений, возможность пиления древесины полосовыми пилами, совершающими круговое поступательное движение.

2. Созданы опытные образцы распиловочного оборудования нового поколения с круговым поступательным движением пильных полотен.

3. Получены соотношения для определения рациональных значений углов заточки и шагов зубьев в зависимости от величины подачи на оборот для конкретных условий кругового поступательного движения пильных полотен.

4. Предложен способ динамической балансировки станка с помощью корректирующих масс, установленных в пильных модулях пильного блока.

5. Разработана численная методика отстройки из рабочей зоны резонансных режимов полосовых пильных полотен с учетом геометрических и физико-механических характеристик элементов конструкции.

6. Изучена взаимосвязь прогибов палов пильного блока и эксцентриситета вращения пильных модулей с частотами параметрических колебаний пильных полотен.

7. Предложен способ управления частотами колебаний пильных полотен за счет условий закрепления, обеспечивающих растяжение полотен с дифференцированным эксцентриситетом.

8. Теоретически обоснован и реализован в конструкции способ подвижной фиксации полотен в шарнирах пильных модулей, обеспечивающий заданные усилия натяжения посредством применения упругих элементов с нелинейной характеристикой жёсткости.

9. Разработана оригинальная конструкция впереди- и позадирамного устройства фиксации и прямолинейной, непрерывной подачи заготовки в зону её распиловки и прямолинейного отвода пиломатериала.

Методы исследования

1. При выборе направления исследования, оценке точности пиления древесины и расчёта сил резания применялись методы теории резания древесины.

2. При теоретических исследованиях жёсткости и устойчивости полосовых пил использовались классические методы теоретической механики, механики деформируемого твердого тела, теории машин и механизмов, технологии машиностроения и метрологии.

3. В основе математических методов и численных алгоритмов анализа, используемых при расчётах элементов и узлов станка были использованы:

- Метод последовательных приближений (численно, явным методом Рунге-Кутга третьего порядка точности) положен в основу проектирования пильного модуля.

- Метод конечных элементов (КЭ), используемый при расчётах определения динамических характеристик, напряжённого состояния, резонансных частот, как пильных полотен, так и пильного модуля в целом.

- Методы инженерных расчётов, положенные в основу определения прогибов валов с защемленными концами, устойчивости тонкостенных полосовых деталей при их внецентренном растяжении, прочностных проверочных расчётов.

- Метод динамического равновесия и динамической бачансировки валов в сборе с эксцентриками.

- Метод статического пространственного равновесия при проектировании и изготовлении верхнего шарнирного узла, а также нижнего шарнирного узла в сборе с пильным полотном.

Расчеты выполнялись с использованием программных комплексов АРМ WinMachine, математических пакетов MATLAB и Mathematica с параллельным расчётом в программном комплексе Wolfram Mathematika, а также ANSYS (МКЭ) и NX.

4. Полученные аналитические зависимости проверялись с использованием метода конечных элементов (программы ANSYS и NX).

5. Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается

При проведении диссертационных исследований были использованы законы и уравнения классической механики, математики, теории измерений, а также методы аппроксимации, метод конечных элементов, динамометрические исследования и исследования технологических показателей качества обработанных поверхностей пиломатериалов. Для экспериментальных исследований использовались стандартные и специально разработанные методы, осуществляемые на созданных экспериментальных стендах с помощью верифицированных стандартных приборов, устройств и элементов.

Достоверность результатов обеспечивается:

1. Корректностью математической постановки задачи и аргументированностью принятых допущений при теоретических исследованиях.

2. Использованием классического математического аппарата и современных методов теоретической механики, механики деформируемого твердого тела, теории машин и механизмов, технологии машиностроения и метрологии при теоретических исследованиях.

3. Согласованием теоретических положений и численных расчётов с результатами экспериментальных исследований, проведённых при проектировании и испытаниях созданных моделей лесопильного оборудования.

4. Сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость работы

1. По итогам работы спроектированы и созданы опытно-промышленные образцы лесопильного оборудования нового поколения с круговым поступательным движением полотен для распиловки брёвен и двухкантного бруса, а также тонкомера (вершинника) и пиловочника т.н. сорных пород.

2. Практическая ценность созданного лесопильного оборудования заключается в энергосбережении при распиловке, при изготовлении самого оборудования (малая металлоёмкость), а также при реализации использования лесных ресурсов в труднодоступных районах с малым автономным энергопотреблением и одновременно высокими потребительскими качествами пиломатериала.

3. Опыт практического использования пилотных образцов станков М2001 и М2005 позволяет сделать вывод о правильности предлагаемых решений. Созданные модификации «коленчатого» станка являются эффективными и экономически выгодными для использования на предприятиях малого лесопиления.

4. Показано, что годовой экономический эффект от продвижения (внедрения) предложенных моделей станка (модели М2001 и М2005) по сравнению с образцами-аналогами (Р63-4Б, РМ-50 и их аналогами) и, по предварительным оценкам, может составить от 20% до 50%.

5. Ряд положений диссертационной работы, представляющих научную и методическую ценность, излагается в учебных курсах для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана. Представленные материалы могут быть использованы при подготовке специалистов для лесопильно-деревообрабатывающих предприятий.

Ценность научных работ соискателя

В диссертационной работе поставлена цель: с позиций современного развития науки об обработке лесоматериалов, используя новейшие достижения в области механики и численных методов расчёта, теоретически обосновать, спроектировать и довести до уровня опытно-промышленного образца новую конструкцию лесопильного оборудования с

совокупными функциональными показателями, не уступающими современному мировому уровню.

Ценность работы заключается в создании современного лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен - коленчатого станка, предназначенного для роспуска пиловочника на доски, которое обеспечивает динамическое уравновешивание движущихся частей станка, отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны, при малой металлоёмкости оборудования, простоте его обслуживания и низких энергозатратах.

Личное участие автора состоит в доведении до практического использования идеи коленчатого станка, разработке принципиальных и расчётных схем механизмов, разработке методик расчетов основных узлов и их испытаний, а также в создании всей конструкции станка с использованием современных научных способов проектирования. Автором найдены новые конструкторские решения, защищенные четырьмя патентами на изобретения, позволившими решить основные научные и технические задачи при разработке и испытании представленного модельного ряда коленчатого станка.

Автором созданы оригинальные, не имеющие мировых аналогов станки М2001 и М2005, предназначенные для распиловки брёвен и бруса. Станок модели М2005 является усовершенствованным вариантом модели М2001. Помимо функциональных возможностей предыдущей модели, станок позволяет производить дощечки или ламели с толщинами 4-6 мм, а также обеспечивать подачу поверхностно-активного вещества непосредственно в пропил для удаления смолистых веществ из межзубовых впадин непосредственно в процессе распиловки.

Апробация работы

Основные положения и практические результаты работы докладывались и обсуждались в 1999-2014 гг. на ряде научных конференций, научно-технических семинарах, производственно-технических совещаниях, в том числе: на Международной конференции стран СНГ «Молодые учёные - науке, технологиям и профессиональному образованию для устойчивого развития: проблемы и новые решения», г. Москва 2000 г.; на VI Международном семинаре " Современные проблемы прочности" им. В.А. Лихачева, г. Старая Русса, 2003г.; на IV Международной научно-практической конференции «Участие молодых учёных, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий», г. Москва, 2003 г.; на IV конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH, г. Москва, 2004 г.; на IV Международной научно-практической конференции «Механизмы внедрения новых направлений науки и технологий в системы образования», г. Москва, 2004 г.; на научно-технических семинарах кафедры «Прикладная механика» МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2001 и 2005г.г. и научно-технических конференциях Московского государственного университета леса в 2002 г., а также на международной конференции «МАШИНЫ, ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СОВРЕМЕННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ», посвященной 75-летию Института машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, 21 ноября 2013 года, где был заслушан и обсуждён доклад: Многопильная «коленчатая» пила - новые тенденции в деревообрабатывающем станкостроении; 08 октября 2014 года в Московском государственном университете леса был заслушан и обсуждён доклад «Создание лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, обеспечивающего динамическое уравновешивание пильного блока и отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны».

Опытно-промышленный образец многопилыюго станка «Шершень», модели М2001 экспонировался на 10-й юбилейной международной выставке «ЛЕСДРЕВМАШ-2004», где был награжден Дипломом.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано тридцать шесть печатных работ, в том числе одиннадцать в журналах по списку ВАК, три патента на изобретения и положительное решение ФИПС о выдаче патента на изобретение «Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки».

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 10 глав, заключения (основные выводы), списка литературы и приложений. Текстовая часть работы, включая рисунки и таблицы, изложена на 284-х страницах и содержит 120 рисунков и 45 таблиц. Список литературы содержит 175 наименований, в том числе 15 на иностранных языках. Приложения к диссертации представлены на 29 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, указана научная новизна, практическая значимость и изложены основные положения, выносимые на защиту', а также отмечена значимость результатов исследований для теории и практики.

История создания деревообрабатывающего оборудования знает о попытках разработки, так называемого, коленчатого лесопильного станка. Известны попытки создания такого станка в начале XIX века. Много изобретений запатентовано в XX веке. Так, например, в тематический план НИИДРЕВМАШ была включена работа по созданию «Устройства для распиловки древесины», конструктивная схема которого была заявлена в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий за №734164 от 09.06.1961. Марийский ордена Дружбы народов политехнический институт им. А.М. Горького в 1983 г подал заявку на изобретение «Лесопильная рама» за №3536885/29-15 от 11.01.83.

Однако до настоящего времени эта идея не была реализована в силу сложности и значительной наукоёмкое™ поставленной задачи. Попытки создания конструкции без привлечения современных методов расчёта и проектирования заканчивались неудачно.

Особенно наглядно это выявилось при анализе динамики, устойчивости и прочности пнльных полотен, подвижных узлов, а также некоторых других деталей и агрегатов станка. Создание нового оборудования на основе современных достижений науки и техники, как в виртуальном, так и в реальном образе, явилось основной целью работы.

В первой главе приводится обзор литературных источников, посвященных вопросам лесопиления. Приводится сравнительный анализ, оборудования, анализируются основные схемы конструкций лесопильных станков, их особенности, преимущества и недостатки.

В разное время исследованием процессов резания, разработкой конструкций лесопильного оборудования и анализом режимов пиления занимались: А.И. Агапов; В В. Амалицкий, В.И. Любченко, Н.В. Маковский; А.Л. Бершадский и др., Е М. Боровиков, С.А. Воскресенский, А.Э. Грубе, Р.В. Дерягин, , М.А. Дешевой, В.В. Любченко, И.К. Малахов, Ф.М. Манжос, О.И. Михашула, A.B. Моисеев; М.Н. Орлов, И.П. Остроумов, A.A. Пижурин, В.И. Санев, В.Р. Фергин, В.Ф. Фонкин, С.М. Хасдан и др. Вопросы надежности, долговечности машин, трения и износа непосредственно лесопильного оборудования, их ремонта, сборки и монтажа рассмотрены в работах: В.В. Амалицкого, В.Г. Бондаря и A.C. Воякина, В.В. Болотина, И.И. Вульфсона, В.П. Когаева, H.A. Махутова и А.П. Гусенкова, Е.А.Памфилова, P.E. Калитиевского, С.Б. Юдина и С.Б.Шевелева; В.И. Кливера, Л.А. Шабалина и др. ; П.И. Лапина ; A.C. Пронникова и др. Вопросы устойчивости пильных полотен лесопильных станков и тонкостенных элементов конструкций рассматривались в работах Б.А. Антуфьева, Е.М. Боровикова, А.Э. Грубе, Р.В. Дерягина, A.C. Коргушова, М.Н. Орлова, Г.Ф. Прокофьева, Б. Тунелла, С.М. Хасдан, и других ученых.

Необходимо отметить, что в настоящее время выполнен большой объём исследований, посвящённых изучению технологических, экономических, эксплуатационных, динамических и других аспектов применения лесопильных станков, но какой-либо научной информации об изучении и разработке станков по схеме коленчатой пилы не было найдено.

Анализируя сложившуюся экономическую обстановку и конъюнктуру рынка следует отметить следующие тенденции в лесопильной промышленности. Имеющая место экономическая нестабильность, деловые риски, дефицит энергоносителей, позитивный опыт таких стран, как Канада Швеция в разработке лесных ресурсов, указывают на целесообразность организации деревоперерабатывающего производства с ежедневной распиловкой не более 50 кубических метров пиловочника. Именно такой объём переработки пиловочника для одного станка - 50 кубометров в смену (в день) - характерен для

оборудования, используемого в так называемом малом лесопилении. Расчёты показывают: небольшое деревообрабатывающее предприятие, находящееся в центре лесного массива с радиусом 15. ..20 км в течение 80...100 лет, теоретически способно ежегодно с площади 200 гектаров перерабатывать от 12.000 до 15.000 кубических метров пиловочника, с последующей рекультивацией лесосеки. Такое предприятие представляется весьма рентабельным, с наибольшим экономическим эффектом.

Эти тенденции могут быть реализованы с помощью т.н. коленчатого станка. Создаваемое по его схеме новое оборудование способно быть динамически сбалансированным, не требовать массивной рамы и массивного фундамента; позволит минимизировать непроизводительные энергетические потери, уменьшить ширину пропила и улучшить качество обработки поверхности. По предварительным оценкам такое оборудование будет отвечать современным требованиям надёжности и ремонтопригодности, одновременно обеспечивая экономическую целесообразность своего применения.

В качестве аналогов создаваемому оборудованию выбраны лесопильные рамы модели Р63-4Б и РМ-50, являющиеся одними из наиболее распространённых в России станков для роспуска брёвен и бруса на доски. Создание образца конкурентоспособного этим лесорамам по качеству распила и энергопотреблению рассматривается как одна из целей настоящей работы. При этом ставятся задачи по снижению энергозатрат в 1,5-4 раза, снижению веса станка в 2-4 раза с одновременным улучшением качества поверхности пиломатериала при сохранении практической производительности оборудования.

Учитывая вышеизложенное и, как было сказано ранее, целью настоящей работы является: создание лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, так называемого, «коленчатого» станка (рис. 1), обеспечивающего динамическое уравновешивание пильного блока и отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны, для роспуска пиловочника на доски при малой металлоёмкости оборудования, простоте его обслуживания и низких энергозатратах.

Вторая глава посвящена истории появления коленчатого станка и патентным исследованиям, связанным с созданием станков с круговым поступательным движением пильных полотен, а также поиску информации по созданию такого станка. Рассмотрена принципиальная схема устройства, основные узлы и элементы проектируемого оборудования. Проведена оценка основных характеристик процесса лесопиления. Представлены технико-экономические показатели станков моделей М2001, М2005 и практическая ценность разработанного оборудования.

Выявлены недостатки изученных и представленных авторских свидетельств и патентов на изобретения коленчатых станков, которые учтены автором настоящей работы, реализованы в конструкции моделей станка М2001 и зарегистрированы в патенте на изобретение ГШ 2292259 С2 от 21.02.2005. Представлена международная патентная чистота конструкции станка модели М2001, которая соответствует всем требованиям отечественной патентной службы и международной системы «РСТ».

Обосновано требование создания оборудования по схеме коленчатого станка с привлечением самых современных научных методов расчёта и конструирования. Предлагаемые автором научно-технические решения являются логическим следствием развития и реализации идей, рождаемых представителями лесопромышленного комплекса в совокупности с достижениями программирования и конструирования лесопильного оборудования в виртуальном пространстве.

Декларируемые характеристики станков представленного модельного ряда дают основания и уверенность в создании отечественного оборудования нового поколения с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками.

Принципиальная структурная схема станка, представленная на рис. 2, предполагает создание оборудования, где станина (1) является узлом, объединяющим все элементы многопилыюго станка: пильный блок (2) и, соединённый с ним, силовой электродвигатель (3); привод механизма подачи (4), обеспечивающий работу узлов подачи пиловочника в зону резания пильного блока и отвод готовой продукции; пульт управления (5) работой станка.

Механизм подачи брёвен или бруса и особенности его конструкции не столь принципиальны. В качестве такого механизма может быть использован стандартный узел, с минимально необходимыми доработками конструкции.

Сердцем станка является пильный блок (рис. 3). объединяющий в себе пильные модули, каждый из которых состоит из - пильного полотна (I), верхнего шарнирного узла (2) с элементами подвижной фиксации пильного полотна и корректирующей массой, упругих элементов (3). нижнего шарнирного узла (4) с элементами крепления пильного полотна и корректирующей массой.

Рисунок 2 - Принципиальная структурная схема станка модели М2001. Основные узлы проектируемого станка: 1- станина; 2 - пильный блок; 3 - силовой электродвигатель; 4 - привод механизма подачи; 5 - пульт управления

Рисунок 3 - Пильный блок станка модели М2001: 1- пильные полотна. 2— верхний шарнирный узел с элементами подвижной фиксации пильного полотна и корректирующей массой. 3 - упругие элементы. 4 - нижний шарнирный узел с элементами крепления пильного полотна и корректирующей массой. 5 - боковая стойка. 6 - шкив нижнего вала пильного блока, 7 - верхний вал, 8 - нижний вал. 9 - подшипниковые опоры валов. 10-эксцентрик.

Шлицевые валы (7) и (8) пильного блока снабжены эксцентриками (10). на которых установлены подшипники и шарнирные узлы (2) и (4) пильных модулей.

Валы установлены параллельно друг другу и закреплены в подшипниковых опорах (9). размещённых в боковых стойках (5) пильного блока Пильные модули синхронизируют вращение валов пильного блока.

Шарнирные узлы каждого пильного модуля размещены на эксцентриках, повёрнутых на валах друг относительно друга на заданный угол. Эксцентрики могут перемещаться вдоль оси валов и фиксироваться, обеспечивая пильным модулям строго определённые взаимные расположения для выпиливания досок различной толщины.

В базовом варианте пильный блок включает в себя шесть пильных модулей с их взаимным угловым расположением, обеспечивающим уравновешивание инерционных сил. действующих на опоры валов. Таким образом, усилие на опоры валов возникают только от сил натяжения полотен.

Крепление пильных полотен осуществляется в шарнирных узлах мильных модулей с одновременным фиксированным подвижным усилием натяжения полотен упругими элементами.

Каждый пильный модуль может быть снабжён 1-им, 2-мя или 3-мя полотнами. Таким образом, пильный блок может вести распиловку 6-ю, 12-ю или 18-ю полотнами с минимальной толщиной пиломатериала = 15 мм. Иной размер пиломатериала обеспечивается установкой на валы т.н. разлучек (не показано) между эксцентриками. Разлучки представляют собой разрезные пластинчатые пружинные кольца, фиксирующиеся сдвинутыми эксцентриками.

Третья глава представляет основные задачи, подлежащие решению в процессе проектирования станка, а также математические методы и численные алгоритмы анализа, используемые при расчётах элементов и узлов разрабатываемого оборудования. Показана возможность создания виртуальной параметрической модели разрабатываемого станка в среде программного комплекса NX. Для лучшего пространственного восприятия математической модели образец пильного блока представлен частично собранным (рис. 4).

Дан алгоритм (методология) проведения расчётов и проектирования оборудования, использующего круговое поступательное движение полосовых пильных полотен. Отмечается, что на современном этапе развития отечественной научной и производственной индустрии данная методология и инструментальная база позволяет решать задачи создания оборудования, по функциональному назначению аналогичного лесорамам, на достаточно высоком научно-техническом уровне. Также отмечается, что все представленные условия методологии анализа, расчёта и проектирования станка с круговым поступательным движением пильных полотен были реализованы при проектировании станка перспективной модели М2005.

Рисунок 4 - Виртуальная математическая модель пильного блока станка модели М2001 в среде программного комплекса ЫХ: 1 - пильное полотно, 2 -верхний шарнирный узел, 3 - нижний шарнирный узел, 4 - скоба (упругий элемент), 5 - палец, 6 - палец нижний, 7 -вал верхний, 8 - вал нижний, 9 - корпус плавающий (подшипниковые опоры валов), 10- шариковый подшипник, 11 - волчок (эксцентрик), 12 - шкив нижнего вала

В данной главе приведены обоснования применения и основные соотношения метода конечных элементов, используемого для анализа НДС (линейный статический расчёт) и динамических характеристик (определение частот и форм собственных колебаний свободной системы и системы с предварительным нагружением) пильного полотна, а также исследования движения пильного модуля (расчёт вынужденных колебаний методом разложения по собственным формам).

Представлены программные продукты и математическое обеспечение, способные реально отобразить процессы динамического характера, происходящие в пильном полотне, установленном во вращающихся по сложной траектории шарнирных узлах.

В четвёртой главе приведено обоснование рациональных функциональных параметров пильного полотна в зависимости от количества и способов установки полотен в пильный модуль. В частности, в главе четыре обосновывается выбор геометрии зуба дереворежущего полотна в зависимости от конструкции пильного модуля и характеристик процесса пиления: скорости подачи, шага зубьев и эксцентриситета вращения. Приводятся выполненные по известным методикам расчеты ряда функциональных параметров станка.

которые подтверждают правильность постановки задачи и реалистичность достижения поставленных целей.

Показано условие самовыноса продуктов резания (опилок) из зоны резания (пропила), а также условия работы и износа пильных полотен. Показы варианты заточки зубьев пильных полотен (рис. 5), где варианты исполнения «б» и «в» являются предпочтительными, но требуют дополнительных исследований.

Рисунок 5 - а - традиционная форма резца, б - резец с параллельными боковыми рёбрами боковых режущих кромок, в - резец с параллельными боковыми рёбрами боковых режущих кромок и с подшлифованными уголками передних боковых граней

Представлены варианты конструкции полотен в зависимости от количества установленных в каждый пильный модуль. На рис. 6 представлено полотно пильного модуля для распиловки двухкантного бруса толщиной до 275 мм. выполненное с учётом особенности выноса продуктов резания из области распила.

Для определения устойчивости плоской формы пильного полотна, при его внецентренном растяжении, по известным методикам рассчитывается максимальный (критический) момент Мкр:

(1)

Мкр = j х (EJ* GJT) ■

где Е - модуль упругости: Е = 2,0-2.1 ■ 106 [кГ/см2], при этом -

(2)

G = Е/2(1+ц)\ где ^ = 0.3.

G JT =[Е/2(1 +fi)] х ß И3 b (3)

- жесткость на кручение, а ß= 0,33 - является функцией отношения b/h . где b -ширина полотна, /г - толщина полотна.

Jr=ßh3b: EJ=E*-[h3b^~] — жесткость полотна на изгиб в направлении перпендикулярном к плоскости действия внешних моментов. b - варьируемая ширина полотна.

Используя и преобразуя соответствующие выражения определяется максимальный (критический) момент:

Мкр = n/{ [EJ* GJt]'^2 = М {EJx[E/2(l+u)J JT)

A4vr, = 7т// /Fxf h3h /171хГ/ТП + ,.\1

(4)

Мкр = тс/1 {Ех[113Ь/12]хЕ/2(1+ц)]хрИ3Ь11]1, (5)

В случае защемленных концов полотна в верхнем и нижнем шарнирных узлах: Мкр.защ.=2*Мкр. что даёт возможность определить максимальное усилие растяжения полотна в совокупности с его внецентренным растяжением (эксцентриситетом растяжения).

ЪЛнж? „

' 1 '« о . о * * 1 ' 5' 1 • 9, i 370 ff -О- о t

jfctk» гропко 80

Рисунок 6 - Конструкция пильного полотна со свободной длиной 350 мм. выполненная с учётом особенности выноса продуктов резания из области распила

Проведён расчёт и проектирование упругих элементов, обеспечивающих натяжение пильных полотен. Расчет и проектирование упругого элемента, схематически представленного в виде гибкого стержня (рис. 7), представляет собой самостоятельную техническую задачу, решенную в диссертационной работе.

здесь и,У- горизонтальное и вертикальное перемещения текущей точки, принадлежащей упругой линии стержня: 9 - угол наклона касательной к упругой линии стержня в этой точке, отсчитываемый от оси X против часовой стрелки; VУ -горизонтальная и вертикальная составляющие внутренней силы, действующей в поперечном сечении стержня; и - проекции распределенной силовой нагрузки на оси х и у; М -внутренний изгибающий момент, возникающий в поперечном сечении стержня; В - изгибная жесткость стержня; - значение угла 9 для недеформированного состояния оси.

Нелинейное поведение стержня описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений:

du -

— = cos Э ds

ClV ■ Q

— = sin S ds

Рисунок 7 - Участок упругой линии гибкого стержня, находящийся в равновесии под действием внешних и внутренних сил

ds dU ds dV ds dM ds

M dB„ В + ds

= -<7л

(6)

= -V cos 3 + U sin Э

Состояние стержня в любой точке на его упругой оси полностью определяется вектором {Х}. являющимся функцией дуговой координаты £

{Х}={х,у,9 ,и,УМ)Г (7)

Задача расчёта упругого стержня сводится к нелинейной краевой задаче для системы уравнений (I) зависящей от параметра нагрузки. Определение характеристик упругого элемента проводилось с помощью программного пакета ПУРГА, разработанного Гаврюшиным С.С. Автором были предложены и внесены некоторые программные дополнения, позволившие учесть специфику рассматриваемой проблемы. На основании проведенных расчетов был спроектирован упругий элемент с требуемой нелинейной характеристикой (рис. 8).

В процессе пиления на полотно циклически действуют силы резания, а также инерционные силы со стороны шарнирных узлов. При этом объективно существуют зоны резонансов пильных полотен, соответствующие определённым частотам вращения валов, которые вызывают резонансные явления в других элементах и агрегатах станка. Поэтому определённые частоты вращения валов, не приемлемые для работы, были определены и исключены из рабочего процесса станка.

С - [кГ/мм]

Геометрия выбранного упругого элемента и способ его фиксации

Величина смещении точки приложении усилия, мм

Рисунок 8 - Схема расчёта упругого элемента с требуемой характеристикой жёсткости (С).

Известны методики, позволяющие оценить статическую и динамическую устойчивость пильных полотен на основе стержневой модели. Однако, пильное полотно достаточной ширины следует рассматривать как пластину, поэтому анализ динамического поведения пильных полотен был проведён на основе пластинчатой модели (рис. 9).

I

90

330

3!

б

а

Рисунок 9 - Размеры, схема нагружения (а), и конечно-элементная модель одного из типоразмеров пильного полотна (б).

Практический интерес представляет оценка статической и динамической потери устойчивости полотен на основе расчётной схемы пластины, а также задача определения зон резонанса полотен с целью последующей отстройки частот за пределы рабочего диапазона.

Задача определения зон резонансных частот полотен решалась методом конечных элементов с помощью программного комплекса АЫ$У8.

Полотно (рис. 9а) представлено по схеме предварительно деформированной упругой пластины. Конечно-элементная модель полотна представлена на рис. 96.

Нижний край полотна жёстко закреплён (рис. 96). а верхний имел возможность свободно перемещаться в своей плоскости.

К верхней части полотна прикладывались нагрузки. аппроксимирующие

предварительное внецентренное растяжение полотна силой Результаты расчётов

резонансных частот полотен представлены на рис. 10 и рис. 11.

1 -я форма поперечных колебаний

1-я форма крутильных колебаний

2-я форма поперечных колебаний

2-я форма крутильных колебаний

Рисунок 10 - Поведение пильных полотен. Различные формы собственных колебаний пильных полотен шириной 80 мм, длиной 350 мм и толщиной 1,47 мм

В качестве варьируемых параметров рассматривались: величина растягивающего усилия /•'„ и значение эксцентриситета ее приложения - гр. Результаты расчета представлены на рис. I 1 в виде трехмерного графика. Так, нижняя поверхность соответствует первой изгибной форме собственных колебаний из плоскости полотна. Далее, в порядке возрастания следуют первая крутильная, вторая изгибная из плоскости полотна, первая изгибная в плоскости полотна и вторая крутильная формы собственных колебаний. Описанный порядок следования не постоянен и изменяется с увеличением эксцентриситета. На рисунке 11 этот эффект выглядит как пересечение поверхностей. В главе также приводится анализ влияния ряда дополнительных факторов на динамические характеристики полотен, среди которых следует отметить учет изменения их массы и условий закрепления.

Расчёт устойчивости и выбор пильного полотна с линией его растяжения по зоне межзубовых впадин был проведён с целью определения максимально-возможного

, ттах,

эксцентриситета натяжения пильного полотна (/ ).

Оценка прочности и долговечности полосовых пильных полотен велась на основе стандартных расчётных моделей и законов классической механики.

Рисунок 11 -Зависимость частот собственных колебаний (Р) пильного полотна от

величины эксцентриситета(X) и усилия натяжения (р0)

Пятая глава посвящена расчёту н проектированию центрального агрегата станка -пильного модуля. Приводятся разработанные автором принципиальные структурная и кинематическая схемы пильного модуля. Определяются рациональные габаритные размеры. Особое внимание уделяется проблеме балансировки пильного модуля и станка в целом, для решения которой предлагается конструктивная схема пильного модуля с использованием корректирующих масс.

Анализ причин, вызывающих потерю устойчивости полотен, привёл к необходимости проведения уточненных кинематических и прочностных расчётов, как пильного модуля в целом, так и его отдельных элементов, участвующих в круговом поступательном движении.

При проектировании станка, было принято принципиальное решение - отказаться от жёсткой синхронизации вращения валов и передавать вращение от ведущего вала к ведомому валу непосредственно через пильные полотна.

Принципиальная схема пильного модуля представлена на рис. 12. Усовершенствованная схема пильного модуля представлена на рис. 13.

Рисунок 12 - Принципиальная схема Рисунок 13 - Усовершенствованная

пильного модуля. Кривошип - I. шарнирный схема пильного модуля станка модели М2005. узел крепления полотна-2, пильное полотно 1-кривошип. 2 - шарнирный узел крепления - 3, устройство баланса - 4 полотна. 3 - пильное полотно, 4 - устройство

баланса (корректирующая масса)

Основными элементами пильного модуля являются: верхний и нижний кривошипы (1). верхний и нижний шарнирные узлы крепления полотна (2), пильное полотно (3). Кривошипы имеют равные значения эксцентриситетов е| и е2. Угловая скорость вращения (о кривошипов относительно точек О (оси валов) в первом приближении принималась равной. При проведении уточненных расчётов детально анализировалась возможность возникновения крутильных колебаний валов, при наличии которых, данное предположение выполняется приближённо.

В работе предлагается компенсировать негативное влияние инерционных сил в пильном модуле введением корректирующей массы Мб, обеспечивающей расположение общей приведённой массы на оси вращения шарнирного узла 0|.

Данное техническое решение, защищено Патентом на изобретение №2131806 от 20 июня 1999г с приоритетом от 20.04.98.

Усовершенствованная структурная схема пильного модуля с переносом компенсирующей массы с верхнего шарнирного узла на нижний (рис.13) оправдана и

создаёт предпосылки для увеличения интегрального ресурса работы пильного модуля в 1,5 раза минимум

Конструкция пильного модуля станка модели М2005 представлена на рис. 14.

Рисунок 14- Конструкция пильного модуля станка модели М2005:

1- верхний шарнирный узел, 2 -эксцентрик, 3 - кольцо, 4 - кольцо пыльник (из фторопласта), 5 -пружинное кольцо (запорное), 6-радиально-упорный подшипник, 7 -вал шлицевой, 8, 9 - крепёж верхнего шарнирного узла, 10 -упругий элемент (скоба), 11 -пильное полотно, 12, 13 - крепёж нижнего шарнирного узла, 14 -нижний шарнирный узел, 15 -устройство баланса (корректирующая масса) со шпилькой, 16 - пружинное кольцо (запорное)

В данной главе приведены результаты расчётов резонансных характеристик полотен, проведённых для условий реальной конструкции пильных модулей, где шарнирные узлы введены в программу расчёта с присущими им особенностями. Ключевое значение приобрёл расчёт резонанса полотен с учётом различных условий их вращения (рис. 15а и 156)

Результаты расчёта резонансных частот с учётом массы шарнирных узлов и без возможности их вращения вокруг двух других пространственных осей, т.е. с возможностью вращения только в плоскости полотна представлены таблицей 1. Данные условия соответствуют установке сдвоенного радиального шарикового подшипника (рис. 15а) или радиального роликового (рис.156).

и} Р tu

Рисунок 15 - Расчётная схема и расчётная модель определения резонансных частот пильного полотна в составе пильного модуля с различными условиями пространственного перемещения шарниров: а) - по шарнирной схеме, б) - в направляющих:

1 - верхний шарнирный узел с массой М¡, 2 - нижний шарнирный узел с массой М2, 3 -пильное полотно, Ро - усилие натяжения пильного полотна, со - частота ращения шарнирных узлов и пильного полотна с радиусом е;

в) - расчётная модель определения резонансных частот пильного полотна

Результаты расчёта резонансных частот с учётом массы шарнирных узлов и возможности их вращения вокруг двух других пространственных осей, а не только в плоскости полотна, представлены таблицей 2. Данные условия соответствуют установке однорядного радиального шарикового подшипника с защитной шайбой в каждом шарнирном узле пильного модуля. Причина резкого снижения значения резонансной частоты первого порядка (в 28 раз) - возможность разворота наружного кольца радиально-упорного шарикового подшипника равная значению угла 5 = ±15' относительно его внутреннего кольца.

Таблица 1 - Результаты расчёта резонансных частот полотен при установке сдвоенного радиального шарикового подшипника или радиального роликового в каждом шарнирном узле пильного модуля

Усилие натяжения пильного полотна /■",> н

0 1000 1500 2000

Собственные частоты Собстветые частоты Собствен«* частоты Собствен«»* частоты

N ¡¡яд/с] ¡Гц] n [рад/с] [Гц] n ¡рал/4 [Гц] N [рал/с] [Гц]

1 618.734 98.4716 2 637.141 101.404 3 1305.73 207.813 4 1707.39 271.74 5 1897.54 302.003 6 2788.31 443.773 1 639.173 101.728 2 706.037 112.369 3 1363.94 217.078 4 1820.65 289.765 5 1897.49 301.995 6 2894.67 460.701 1 640.132 101.88 2 728.177 115.893 3 1399.46 222.731 4 1848.16 294.143 5 1897.33 301.97 6 2958.03 470.784 1 641.042 102.025 2 740.081 117.738 3 1437.77 228.829 4 1861.18 296.216 5 1397.06 301.926 6 3024.0 1 481.287

Таблица 2 - Результаты расчёта резонансных частот полотен при установке однорядного радиального шарикового подшипника с защитной шайбой в каждом шарнирном узле пильного модуля

Усилие натяжения пильного полотна Гц, Н

0 1000 1500 2000

Собсгве»«* частоты Собстветае частоты Собстве*»1ые частоты Собственные частоты

к [рад/с] М N [рад/с] [Гц] N Омд/с] N [рад/с] [Гц]

1 16.071 2.55777 1 25.082 3.99193 1 26.504 4.21824

2 57.8456 9.20641 2 72,0813 11.4721 2 77.5053 12.3354 7 82.255! 13.0913

3 627.887 99.9313 3 639.173 101.728 3 640,132 101.88 3 641.042 102.025

4 637.141 101.404 4 715.012 113.798 4 736.935 117.287 4 748.562 119.137

5 1305.89 207.838 5 1364.59 217.181 5 1400.55 222.905 5 1439.39 229.087

6 1714.35 272.847 6 1827.14 290.799 6 1854.35 295.129 6 1867.04 297.149

Также было рассмотрено влияние свойств пиловочного материала и специфики процесса распиловки на устойчивость рабочего движения пильных полотен и особенности удаления продуктов резания из пропила (рис. 16).

ЪглйАтя ЯпсОи*;

Рисунок 16 - Принципиальная схема удаления продуктов резания при рабочем круговом поступательном движении пильного полотна. 1 - обрабатываемый материал (брус). 2 - пильное полотно, 3 -продукты резания (опилки). 4 - форсунка подачи сжатого воздуха или ПАВ

Одновременно проводилось исследование и расчёт влияния смещения величины эксцентриситета растяжения полотна по его длине на спектр собственных частот. Расчётная модель пильного полотна с рабочей данной 350 мм представлена на рис. 15в.

В результате анализа проведённых расчётов было принято решение введения в пильном модуле дифференцированного эксцентриситета растяжения пильного полотна. При этом точка растяжения нижней части полотна (на рис. 15в справа) находится на линии кончиков зубьев или линии межзубовых впадин, т.е. нижняя часть полотна растягивается с эксцентриситетом более 50% ширины. Точка растяжения верхней части полотна (на рис. 15в слева) находится на линии, отстоящей от срединной на расстоянии 20...30% ширины полотна, но ближе к зубьям.

Разработанная универсальная схема пильного модуля с дифференцированным эксцентриситетом растяжения пильного полотна переформатирует его напряжённое состояние и увеличивает резонансную частоту (производительность станка) более чем на 25%. Расчёты показывают возможность достижения частоты вращения валов до величины резонанса ~ 5700 оборотов в минуту, что является перспективой с использованием материалов будущего.

Шестая глава посвящена проектированию подшипниковых узлов пильного модуля как с позиции их долговечности, так и с возможностью обеспечения изоляции подшипников от внешних факторов (пыли, опилок и. т.п.).

Необходимо отметить, что актуальным является влияние частоты вращения пильных модулей, т.е. влияния инерционных сил на долговечность подшипников пильных модулей. Поэтому расчёты велись для различных величин оборотов с целью выявления динамики изменения долговечности различных подшипников в зависимости от рабочей частоты вращения пильных модулей и используемого металла шарниров, что наглядно представлено таблицами 3. 4. 5 и графиком на рис. 17.

Таблица 3 демонстрирует долговечность сдвоенных радиальных шариковых подшипников № 1000828, где материал шарнирного узла - сталь, а совокупный вес узла -4250 г. Таблица 4 демонстрирует долговечность роликовых подшипников №92124, где материал шарнирного узла - сталь, а совокупный вес узла - 4250г. Расчёты показывают значительное преимущество по долговечности роликовых радиальных подшипников перед шариковыми подшипниками. Однако перспективной является конструкция со сдвоенными шариковыми радиальными подшипниками и более лёгким материалом корпусов шарнирных узлов. Таблица 5 демонстрирует приемлемую долговечность (при N = 2500 об/мин) сдвоенных радиальных шариковых подшипников №1000828, где материал шарнирного узла - Д16Т или В95. Совокупный вес такого узла находится в пределах 3000 ... 3600 г. При этом, совокупный вес узла может быть уменьшен при обоснованном снижении габаритов полотна с соответствующим уменьшением корректирующей массы.

Таблица 3 - Результаты расчёта долговечности сдвоенных радиальных шариковых

подшипников № 1000828

Частота оборотов пильных модулей, об/мин И 1*1!) , млн.обор I./,, час

N = 2000 об/мин 10696 212.035 1,766 «10"'

N = 2500 об/мин 15586 6851 456

N=3000 об/мин 21565 2511 143

Таблица 4 - Результаты расчёта долговечности роликовых подшипников №92124

Частота оборотов пильных модулей, об/мин /=■,„, н млн.обор /./,, час

N=2000 об/мин 10696 3396,35 28,3 хЮ"

N=2500 об/мин 15586 969.258 6,46*10-'

N=3000 об/мин 21565 328 4.55x10"

Таблица 5 - Результаты расчёта долговечности (при N = 2500 об/мин) сдвоенных радиальных

- Д16Т или В95

Частота оборотов пильных модулей, об/мин /7,„, Н 1-ю, млн. обор ¿л, час минимум

N=2000 об/мин 6176,2 1101 9,2 х10-'

N=2500 об/мин 10087 252,8 1.685x10-'

N=3000 об/мин 11646 164,3 0,912x10-'

г

| 20\

о 2000 яоо за»

Чгупт эборхгб х--ь-<«1 чц,а ¿Лд/ч*.

Рисунок 17 - Зависимость долговечности подшипников от количества оборотов в минуту пильных модулей станков моделей М2001, М2002. 1- график характерный для спаренного радиального подшипника №1000828 в шарнирном узле, выполненном из материала Д16Т или В95. 2 - график характерный для спаренного радиального подшипника №1000828 в шарнирном узле, выполненном из стали

Однако выбранные подшипники не имеют защитных шайб и нуждаются в защите от продуктов резания, пыли и иных атмосферных воздействий. При отсутствии требуемых стандартных уплотнений (сальников), из-за высокой окружной скорости 13 -15 м/с и более, в конструкцию шарнирного узла был введён элемент в виде защитных шайб, задерживающих смазку, и фторопластовые кольца, выполняющие роль сальников (пыльников).

Конструкторское решение шарнирного узла представлено на рис. 18.

Вопросы выбора смазки, её количества в подшипниках шарнирных узлов, рассмотрены дополнительно, как и мероприятия по её дополнительному удержанию с помощью эпилам (специальных растворов, наносимых на поверхности подшипников). Рекомендации даны в приложении.

Рисунок 18 - Элемент шарнирного узла пильного модуля на рис. 14. Конструкторское решение запирания смазки. 16 - запорное кольцо, 4 - фторопластовое кольцо (пыльник), 3 - защитное кольцо, удерживающее смазку

Таким образом, решена задача запирания смазочного материала в подшипниковом узле, при установке радиального роликового подшипника или сдвоенного шарикового, не имеющего защитных шайб.

В данной главе рассчитана доля мощности, потребляемой шарнирными узлами пильных модулей пильного блока от общей максимальной мощности, потребляемой для распиловки древесины (при определённых усреднённых параметрах), что составляет величину - 15%.

Седьмая глава посвящена обоснованию и проработке конструктивной схемы пильного блока многопильного станка с круговым поступательным движением пильных полотен.

Основные принципы, заложенные в конструкцию пильного блока:

1. Простота изготовления, сборки и разборки на оборудовании отечественного производства:

2. Простота эксплуатации, в том числе, при установке и натяжении пильных полотен.

3. Экологичность. удобство в работе у станка при распиловке.

4. Ремонтопригодность.

5. Универсальность использования конструктивной схемы при создании оборудования аналогичного функционального назначения

6. Минимальная металлоёмкость.

Главным узлом станка является пильный блок, представленный на рис. 19.

В базовом варианте пильный блок включает в себя шесть пильных модулей с взаимным угловым расположением, обеспечивающим уравновешивание усилий, действующих на опоры коленчатых валов.

Анапиз основных параметров создаваемого станка М2001 по сравнению со станком аналогом - Р63-4Б позволил выявить ряд особенностей предлагаемой конструкции. При существенно меньших затратах энергии на единицу распиливаемого материала (см. рис. 20), время работы между перезаточками увеличивается в 1.5-2 раза (см. рис. 21).

Пильный блок - важный и ответственный узел, как с точки зрения функциональной нагрузки, так и с точки зрения обеспечения требований техники безопасности. Поэтому в рамках работы проведён анализ напряженно-деформированного состояния наиболее ответственных деталей конструкции, в частности - валов пильного блока.

Расчёт проводился методом конечных элементов. В частности, была проведена оценка влияния схемы закрепления валов на их прогибы в местах расположения пильных модулей.

Результаты расчётов прогибов и углового перемещения точек расположения пильных модулей демонстрирует приоритет схемы с консольно-закреплёнными концами (рис. 22) перед схемой с шарнирно-закреплёнными концами валов (рис. 3), где прочностные характеристики выше в 2.8 раза (175,3/61,39). а величины прогибов меньше и отличаются также в 3 раза (1,63/0.525).

Уменьшение прогибов вапов преследовало цель - исключить угловой поворот шарнирных узлов в общей плоскости валов, поскольку это может также провоцировать параметрические колебания пильных полотен, что недопустимо.

Натяжение пильных полотен, в самом простом и рекомендуемом варианте, показан на

Рисунок 19 - Пильный блок: 1- пильные полотна, 2- верхний шарнирный узел с элементами подвижной фиксации пильного полотна и корректирующей массой, 3 -упругие элементы, 4 - нижний шарнирный узел с элементами крепления пильного полотна и корректирующей массой. 5 — боковая стойка, 6 - шкив нижнего вала пильного блока, 7 - верхний вал, 8 -нижний вал, 9 - подшипниковые опоры валов

рис. 23, где рычаги (4) опираясь на подставку (3) боковины механизма подачи (2), под воздействием груза весом «Р». разворачиваются на подставке и приподнимают верхний вал (6) с верхними шарнирными узлами и опорными подшипниковыми узлами (1) на заданную величину.

Отмечается, что отсутствие необходимости возведения массивного фундамента (Р63-4Б) и сопутствующих работ (СМР) позволяет снизить общую стоимость станка примерно на 25-35%. Мобильность станка модели М2001 позволяет вести распиловку, приближаясь к запасам пиловочника и сокращая транспортные и параллельные с ними расходы.

101952

Рисунок 22 - Конструкция пильного блока станка модели М2005 (вид спереди). 1 -пильные полотна, 2 - верхние шарнирные узлы, 3 - нижние шарнирные узлы с корректирующими массами. 4 - шлицевой верхний вал, 5 - шлицевой нижний вал. 6 -шкив нижнего шлицевого вала, 7 - опорный подшипниковый узел, 8 - боковая стойка механизма подачи

Рисунок 23 - Схема натяжения пильных полотен станка модели М2005.

1 - опорный подшипниковый узел

2 - боковина механизма подачи,

3 - подставка. 4 - натяжитель, 5 - груз весом 10 кГ (по 1-му полотну в каждом пильном модуле) или 20 кГ (по 2 или 3 полотна в каждом пильном модуле). 6 - верхний вал в сборе

В настоящей главе особое внимание уделено долговечности работы шлицевых валов. Расчетная схема нагрузки нижнего вала станка модели М2005 представлена рис. 24.

н, Рисунок 24 - Расчетная схема нагрузки

нижнего вала станка модели М2005. ■,мо н эпюры силовых факторов. - сила

натяжения пильного полотна (полотен). М- крутящий момент на шкиве нижнего вала /•> — сила натяжения ремённой передачи, точки А. В. С. О - места установки радиальных подшипников опорных узлов

Руководствуясь идеей многокритериальной оптимизации, был проведён анализ параметров управления долговечностью нижнего вала пильного блока. После чего были

проведены необходимые расчёты значения реакций в программе АЫ5У8 и ЫХ, при соответствующих значениях внутренних силовых факторов самого слабого сечения и имеющихся концентраторов напряжений. Полученные зависимости ресурса вала от изменения расстояния между внутренними опорными подшипниками (см. рис. 23 и рис. 24: В и С) опорных подшипниковых узлов нижнего вала пильного блока представлены таблицей 6.

Таблица 6 - Зависимости ресурса вала от расстояния между внхтренними опорами

Вариант Р-р между В и С, мм «д.Н Яв.Н Кс.Н Яо.Н Ресурс, циклов/ часов

1 646 6731.21 12731.02 12737.1 6803.09 9.163x107/ 610

2 596 4664.82 10665.03 10670.17 4754.85 1.722хЮ9/ 11480

3 546 3292.82 9292.84 9297.35 3407.4 4.75хЮ10/ 19х 106

Согласно алгоритму расчёта ресурса работы вала была выявлена существенная зависимость выносливости (долговечности) от его длины (рис. 25).

I ¥

о яь ¡к бч

Рхсвюыие чехду опорам В. С. ни

Рисунок 25 - Зависимость ресурса вала (количество оборотов /V) от размера между опорами валов В и С (см. рисунок 24)

Дапее в главе определены общие непродуктивные потери мощности пильного блока, которые составляет величину 3,796 кВт. при частоте вращения валов пильного блока IV = 2500об/мин и усилии натяжения полотен каждого пильного модуля /"о = 2000 Н.

Представлено разработанное впередирамное устройство фиксации и прямолинейной, непрерывной подачи заготовки в зону её обработки (распиловки) и прямолинейного отвода пиломатериала.

Глава 8 посвящена экспериментальной проверке и оценке рабочих характеристик многопильного станка с круговым поступательным движением пильных полотен. В главе формулируются основные задачи, излагается программа испытаний.

Эксперимент проводился по «Рабочей программе и методике испытаний, разработанной в соответствии и на основании "Типовой программы и методики испытаний деревообрабатывающего оборудования", М.. ВНИИДМАШ. 1988г.» Программа и методика испытаний не представлена в рамках настоящей диссертационной работы так. как обширна по объёму и отражает традиционные требования, существующие в лесопильной промышленности. Разработанная программа и методика испытаний в будущем могут рассматриваться как основа рабочей программы испытаний серийных образцов станков.

Приводятся результаты испытаний, полученные на макетном и опытно-промышленных образцах многопильных станков (М2001 и М2002). На основе критического анализа экспериментальных результатов делается вывод о правильности предлагаемых решений. Оцениваются перспективы применения и дальнейшие пути совершенствования конструкции пильных модулей и всего станка.

Особое внимание было уделено экспериментальным исследованиям по определению частот вращения коленчатого вала, при которых существуют нежелательные резонансные режимы колебаний пильных полотен. Изменение частоты вращения проводилось с помощью

специального оборудования - частотного преобразователя фирмы «Веспер» мощностью 11 кВт.

Для обнаружения резонансных частот использовался ламповый стробоскоп. Однако, в связи с нестандартным видом движения полотен, использование стробоскопа оказалось непригодным.

Попытки зафиксировать момент возникновения колебаний полотен 1-й формы контактным способом также оказались бесплодными. Поэтому был предложен оптический метод, использующий отражённый от полотен луч света, для определения момента возникновения резонансных частот пильных полотен, представленный на рис. 26. Он заключается в регистрации резонансных и иных колебаний пильного гюлона(тен) на холостом ходу с помощью отражённого луча света от плоскости движущихся полотен. Испытания велись в затемнённом помещении.

Как показано на рис. 26 (вид сверху), источник света (2), находящийся на расстоянии 5. ..6 метров от установки, освещает боковые поверхности полотен (1). Боковые поверхности имеют ровную плоскость, высокую чистоту обработки (полированные) и необходимую отражательную способность. Отражённый от полотен луч попадает в регистрирующий орган (3), который представляет собой, в данном случае, глаз регистратора (испытателя). При круговом поступательном движении полотен, без отклонения их от плоскости вращения, отражённый луч спокоен и устойчив по мощности. В случае возникновения каких-либо колебаний, в плоскости перпендикулярной плоскости полотна, отражённый луч отклоняется на угол «5» от первоначального направления. Регистратор это системное отклонение видит как дрожание отражённого луча. Результаты проведенных испытаний оформлены в отчёте «Разработка высокопроизводительного энергосберегающего технологического модуля для распиловки древесины, отчёт по ОКР. М. Минпромнауки РФ. 2003.-54с».

сбрт . |

2 7

.'4ч/ от истгнхв ¿*А*>о

1 I I

йггаженуе \ч ~~ I

Рисунок 26 - Схема регистрации резонансных колебаний пильного полона(тен) с помощью отражённого луча на холостом ходу. Вид сверху. 1 - пильные полотна, 2- источник светового луча, 3 - регистратор отражённого луча (например - глаз испытателя), ¡; - угол поворота пильного полотна при резонансных поперечных, крутильных колебаниях или иных колебаниях

Представлены результаты экспериментальных исследований энергозатрат и качества пиления древесины на экспериментальном лесопильном станке (рис. 27) с полосовыми пилами, совершающими круговое поступательное движение.

Методическая сетка опытов приведена в таблице 7. Характерные результаты исследований качества пиления древесины и энергозатрат на лесопильном станке даны в табл. 8. За оценочный показатель точности пиления принята разнотолщинность досок, оцениваемая среднеквадратическим отклонением 5 и полем рассеяния 6«. Зависимости толщины й,-- и разнотолщинности досок от высоты пропила й, а также величины подачи на оборот Д. приведены соответственно на рис. 29 и 30. Во всех опытах поле рассеяния толщины досок не превышало 0.81 мм при поле допуска 3,0 мм.

Таблица 7 - Методическая сетка опытов

Рисунок 28 - Многопильный станок мод. М2001 для распиловки брёвен и двухкантного бруса (без кожуха)

Рисунок 27 - Станок модели М2002 для распиловки 2-х кантного бруса с частично снятым кожухом

№ п/ п Наименование факторов Обоз-нач. Ед. измер. Числовое значение факторов

Первая серия Вторая серия Третья серия

1 Эксцентриситет кругового постулат, движения е мм 29

2 Порода древесины - ель

3 Толщина отпиливаем ых досок h„ мм 54

4 Влажность бруса W % 40±5

5 Длина бруса и мм 3200

6 Свободн. длина пил { мм 250

7 Толщина пил S мм 1,47

8 Ширина пил h мм 80,0

9 Шаг зубьев пил 1 мм 25

10 Уширение зубьев на сторону s' мм 0,5

11 Высота зубьев ft' мм 12

12 Передний угол зубьев У градус 20

13 Задний угол зубьев а градус 25

14 Тип зуба/материал лопат стеллит с параллельными режущими кромками

15 Высота пропила Л мм 100 | 125 | 150 | 175 | 150

16 Частота враш. валов пильного бока N об/мин 1500 2000 2500

1? Эксцентриситет растяжения пил Z мм Z= 0,56b=45

18 Количество пил в пильном блоке шт 6

19 Величина подачи на оборот валов Л мм/обор 0.25 0,5 1,0

20 Скорость подачи и м/мин 0,375 0,75 1,5

Номер опыта 1 | 2 | 3 | 4 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |

Оценочные показатели

] Среднее значение толщины досок у мм

2 Среднее квадратичное отклонение 5 мм

3 Шероховатость Лт„м, мм

4 Мощность резания Рре, кВт

Высокая точность пиления объясняется значительной величиной эксцентриситета растяжения пильного полотна (0,56/;), т.е. устойчивость полотна обеспечивается обратной отрицательной связью с силами, выводящими пилу/ы из траектории её заданного движения.

Резерв по точности размеров пиломатериалов может быть реализован двумя путями: путем увеличения эксцентриситета нагруэкения пильного полотна в пределах значений устойчивости задней кромки, а также снижением полей допусков изготовления деталей пильных модулей.

Шероховатость поверхности досок оцениватась максимальными глубинами неровностей. Зависимости Яттал от /г и Д приведены, соответственно, на рис. 31 и 32.

я.в к

Ья. ММ

/ь, ММ

Ж

~5Г

Ц мм/мин 0.5 1.0 А, мм/обор

/г ММ 0,25

Рисунок 29 - Зависимость толщины и Рисунок 30 - Зависимость толщины и

разнотолщинности досок от высоты пропила разнотолщинности досок от величины

(Ы= 1500 об/мин; Л=0,5 мм/обор)

подачи на оборот (/г=125 мм, N=1500 об/мин)

ММ

// '//л

'////,

-А

А ч\\

\\ \\ ^ \

■ —

Ъ- 5— —ж

мм

Рисунок 31 - Зависимость шероховатости досок от высоты пропила (N=1500 об/мин, Д=0,5 мм/обор)

4 мм/од

Рисунок 32 - Зависимость шероховатости досок от величины подачи (/¡=125 мм, N=2000 об/мин. Д=0,5 мм/обор, и = 1,0 м/мин)

Во всех опытах максимальная глубина неровностей на поверхностях досок не превышала 0.09 мм при допустимой (0,75 мм) для экспортных пиломатериалов. Высокое качество поверхности пиломатериалов объясняется многократным скоблением пропила боковыми режущими кромками и, как следствие, - полным отсутствием кинематических неровностей в виде рисок.

Таблица 8 - Результаты исследований качества пиления и энергозатрат на лесопильном станке

Наименование факторов Обоз-нач Ед измер. Числовое значение факторов

Первая серия Вторая серия Третья серия

Высота пропила 2х-кантиого бруса Л мм 100 125 150 175 150

Частота вращения валов пильного бока /V об мин 1500

Величина подачи на оборот валов Л мм О бор 0,25 0,5 1,0

Скорость подачи и м мин 0,375 0,75 1,5

Номер опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Среднее значение толщины досок у мм 54,4 54.2 54,6 54,5 54,3 54,4 54.6 54,0 54,4 54,6

Среднее квадратичное отклонение мм 0,121 0.113 0.120 0,141 0,130 0,141 0,122 0,113 0,124 0,135

Максимальное отклонение [1И.ГМ .И мм 0,363 0,339 0,360 0,423 0.390 0,223 0.366 0,339 0,372 0,405

Шероховатость Кт„„„ мм 0,06 0.08 0.07 0.09 0.09 0.08 0.08 0.08 0.09 0,09

Среднее квадратичное отклонение 5 мм 0.012 0.011 0,015 0,014 0.032 0,037 0.021 0,028 0,038 0,035

Максимальное отклонение шероховатости ЗБ мм 0.036 0.033 0,045 0.042 0.096 0.111 0.063 0.084 0,114 0.105

Мощность резания /V кВт 1,2 1.5 1.5 1.8 4.2 4,2 3,9 7,2 7,2 7.2

Удельная работа резания, приходящаяся на 1 пилу Ау Н/мм* 128 192 192 230.4 448 448 416 768 768 768

Энергозатраты при пилении древесины оценивались по мощности, затрачиваемой на резание />,„,,. Она определялась по формуле:

=(Рг-Рхх)'}*1 х Чгр - ' (8)

где Р„ - подведенная мощность при резании по показаниям частотного преобразователя «Веспер», кВт;

Р хх - мощность холостого хода, кВт; //„ = 0.9 - к.п.д. электродвигателя; //„,, = 0.93 - к.п.д. механизма резания.

Удельная работа резания определялась по формуле:

= <9>

где / - число пил в поставе (в опытах участвовало 6 пил); Ь- ширина пропила мм; Л - высота пропила мм; и - скорость подачи, м/мин.

Полученные материалы по определению удельной работы, приходящейся на одну пилу, могут быть использованы для определения мощности резания при создании производства по выпуску образца станка малой серии с учетом количества пил в поставе, ширины пропила скорости подачи и высоты пропила.

На рис. 33 представлены графические результаты ориентировочных расчётов энергозатрат на единицу объема распиливаемого материала для станка М2001 и лесорамы Р63-4Б в зависимости от диаметра распиливаемого бревна. Характер износа срединной части полосовой пилы (рис.34) отличен от износа полотна при его круговом поступательном движении с эксцентриситетом значительно меньшим, нежели величина возвратно поступательного движения пильной рамки Р63-4Б. Данное обстоятельство обуславливает

увеличение стойкости полотен станка модели М2001 в 1,5.. .2 раза по сравнению с лесорамой Р63-4Б.

р63-4б — V/

/ у

- м2001

sco 330 430 6d0

Рисунок 33 - Сравнительные энергозатраты на единицу объема распиливаемого материала для станка М2001 и лесорамы Р63-4Б.

М2001

м

5 - Ьалшига имоса

Рисунок 34 - Примерные эпюры износа зубьев вдоль пильных полотен для станка М2001 и лесорамы Р63-4Б, РМ-50.

Принципиальные и отличительные характеристики (по сравнению с Р63-4Б, РМ-

50) и особенности станка, как обоснование и реализация целевых параметров.

1. Снижение в 1,5. ..4 раза (в зависимости от характерного размера бревна, заготовки) энергозатрат на распиловку единицы обрабатываемого материала по сравнению с отечественными и зарубежными образцами (пилорамами с возвратно-поступательным движением пильной рамки), что обеспечивается принципиально иной технологией задания движения резания.

2. Снижение энергопотребления в 2,5...4 раза, поскольку, в любой момент времени, процесс пиления осуществляется только одним (из шести) пильным модулем, снабжённым одним, двумя или тремя пильными полотнами. При этом общее количество пил, соответственно, - 6, 12 или 18.

3. Снижение веса самого станка в 3...4 раза за счет замены возвратно-поступательных движений пильных полотен на их круговое поступательное движение и обеспечения динамического баланса действующих инерционных сил, появляющихся в результате вращения валов пильного блока.

4. Улучшение качества поверхности распила за счет 2-х кратной обработки каждой единицы поверхности 3-мя рядом расположенными зубьями (режу щими элементами).

5. Повышение коэффициента использования древесины более чем на 10%, при повышении точности распиловки (разнотолшинности по длине доски) с параметра ± 1,0...2,0 мм (средняя толщина доски = 23 мм) до значения ± 0,1...0,3 мм, т.е. в пределах зоны упругости обрабатываемого материала. При этом толщина пильного полотна =1,47 мм.

6. Вес и габариты станка, практическое отсутствие динамических сил в опорах позволяет осуществлять рабочий монтаж станка на барже, железнодорожной платформе, ином немассивном фундаменте, или без него, а также использовать его при разработке лесных ресурсов в труднодоступных районах с малым автономным энергопотреблением и, одновременно, высокими потребительскими качествами пиломатериала.

7. В любой момент времени силы резания прижимают брус или бревно к нижним подающим вальцам, у величивая эффект верхних прижимных вальцов и, поэтому, не требует дополнительного оборудования гидравлики, компрессора, а также соответствующего обслуживающего персонала.

8. Возможно изготовление модели, которая позволяет осуществить достаточно быстрый (8... 12 часов) перевод станка из режима пиления бруса в режим пиления маломерного леса или брёвен. Перевод осуществляется заменой пильных модулей с иными

пильными полотнами, при использовании имеющегося (ранее приобретённого) стандартного механизма подачи, присоединяемого к станку.

Практическая ценность представленного станка заключается в энергосбережении при распиловке, при изготовлении самого оборудования (малая металлоемкость), а также при реализации использования лесных ресурсов в труднодоступных районах с малым автономным энергопотреблением и одновременно высокими потребительскими качествами пиломатериала.

Станок модели М2001 предназначен для распиловки брёвен и бруса, а станок модели М2005 является станком второго ряда, вобравшим в себя все последующие аналитические и конструкторские решения. На его базе можно, заменив пильные модули, производить дощечки или ламель толщиной 4...6 мм, а также обеспечивать подачу ПАВ непосредственно в пропил для удаления смолистых веществ из межзубовых впадин полотен в процессе распиловки.

В работе приведены сравнительные расчетные технико-экономические характеристики отечественного и импортного оборудования для «малого» лесопиления, в том числе ленточнопильного.

Основные сравнительные технические характеристики моделей М2001, М2002, Р63-4Б (Р63-8), РМ-50 представлены таблицей 9.

На основе критического анализа экспериментальных результатов можно сделать вывод о правильности предлагаемых решений. Созданные модификации «коленчатого» станка (рис. 27, 28) зарекомендовал себя как эффективный, экономически выгодный и перспективный для предприятий малого лесопиления.

Таблица 9 - Основные сравнительные технические характеристики моделей М2001, М2002,

Р63-4Б (Р63-8). РМ-50

№ п/п Параметры М2001; М2002 Р63-4Б РМ-50.

1. Ширина просвета пильной рамки, мм 580 650 450

2. Максимальная толщина бруса (бревна), мм 175x560; 275x560 560 240

3. Толщина полотна мм 1.47-1.6 2.0-3.0 1.2-1.47

4. Число пил (полотен), шт 6-12-18 3-12 до 19

5. Количество зубьев с твёрдым сплавом на одном полотне: 8 (брус 175 мм) 12 (брус 275мм) Не менее 30 Не менее 15

6. Время работы между перезаточками, час 40-60 4-6 Данных нет

7. Количество режущих импульсов в минуту 2500- 1500 285 265

8. Подача бревна, бруса, м/мин 0.1 -2.0 1 - 10 0.42-1.6

9. Кол-во электродвигателей, шт 2 4 2 + компрессор

10. Общая установленная мощность электродвиг., кВт 8.75... 11.75.... ...15,75 43,0 - 52,4 11-15

11. Габариты.м 1.3x1.0x0,9 2.18х2,55ххЗ,0 2.42x1.2x2.02

12. Масса станка, лесорамы). кг до 900; до 500 3500 1900

13. Наличие фундамента Без фу ндамента Обязателен Легкий

В главе девять представлены перспективы использования созданного станка и вопросы дальнейшего совершенствования узлов и деталей пильного модуля в составе пильного блока.

Глава 10 посвящена основным выводам представленной работы.

ВЫВОДЫ II РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Исследована, разработана, предложена и реализована новая схема универсального лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, обеспечивающего динамическое уравновешивание пильного блока и отстройку резонансных частот пильных полотен за пределы рабочей зоны. Созданное оборудование предназначено для роспуска пиловочника на доски, при его малой металлоёмкости, простоте обслуживания и низких энергозатратах процесса распиловки.

2. Предложены математические модели узлов и агрегатов лесопильного оборудования, позволившие провести:

- динамический баланс и расчёт корректирующих масс пильных модулей с одновременной разработкой технологии балансировки пильных модулей с помощью корректирующих масс;

- расчёт резонансных частот возможных форм колебаний для пильных полотен различной геометрии, нагруженных растягивающими силами с изменяемыми эксцентриситетами по длине полотен;

- расчёт упругих элементов с нелинейной характеристикой жёсткости и заланной величиной жёсткости;

- расчёт долговечности валов пильного блока и соответствующую корректировку размеров пильного блока и самого станка.

3. На основе теоретических, аналитических и экспериментальных исследований спроектированы и созданы в металле узлы шарнирных креплений пильных модулей с механизмами натяжения пильных полотен, а также пильный блок с динамическим уравновешиванием действующих инерционных сил.

4. С целью отстройки от резонансных режимов проведены экспериментальные исследования станков при различных частотах вращения валов пильного блока. Экспериментально найденные частоты резонансных колебаний пильных полотен показали качественное согласование с частотами предсказанными теоретически.

5. Разработана универсальная схема пильного модуля с дифференцированным эксцентриситетом растяжения пильного полотна. Показана принципиальная возможность увеличения частоты вращения валов пильного блока до значений ~ 5700 оборотов в минуту.

6. Проведён комплексный, многовариантный расчёт долговечности работы узлов пильного блока с последующей корректировкой его конструктивных характеристик.

7. Получены новые экспериментальные результаты, относящиеся к оценке функциональных характеристик станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен.

8. Найдены и устранены иные причины, вызывающие параметрические колебания полотен, аналогичные (схожие) по форме колебаниям собственной (резонансной) частоты.

9. Созданы опытно-промышленные образцы оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен. Станок модели М2001 был представлен на международной выставке «ЛЕСДРЕВМАШ-2004». Созданная конструкция технологически готова к мелкосерийному производству.

10. Проведены испытания опытно-промышленных образцов новой схемы лесопильного оборудования с круговым поступательным движением пильных полотен, подтвердившие теоретические расчёты, а также его высокие функциональные и эксплуатационные характеристики.

11. Предложены технические решения, позволяющие повысить эксплуатационные и динамические характеристики многопильного • станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен, реализованные в конструкторской документации станка модели М2005 литеры «О», по результатам испытаний образца модели М2002.

12. По совокупности основных технико-экономических показателей разработанное оборудование соответствует лучшим образцам отечественных и зарубежных устройств аналогичного функционального назначения, а по некоторым показателям - превосходит.

13. Высокая точность пиления объясняется значительной величиной эксцентриситета растяжения пильного полотна (0,56Ь), т.е. устойчивость полотна обеспечивается обратной отрицательной связью с силами, выводящими пилу/ы из траектории её заданного движения.

14. Во всех опытах максимальная глубина неровностей на поверхностях досок не превышала 0.4 мм при допустимой - 0,75 мм. Высокое качество поверхности пиломатериалов объясняется многократным скоблением пропила боковыми режущими кромками и. как следствие, - полным отсутствием кинематических неровностей в виде рисок.

15. Резерв по точности размеров пиломатериалов может быть реализован двумя путями: путем увеличения эксцентриситета нагружения пильного полотна в пределах значений устойчивости задней кромки, а также снижением полей допусков изготовления деталей пильных модулей.

16. Намечена программа работ по дальнейшему совершенствованию технико-экономических показателей конструкции многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах (по списку ВАК) п патентах на изобретения:

1. Патент на изобретение № 2131806 РФ, 6 В27 В 3/00. Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки/ М.А. Блохин. - 98106906/13: Заявл. 20.04.98; Опубл. 20.06.99, Бюл. №17.

2. Патент на изобретение 2221692 РФ, 7 В27 В 3/00, В 28 D 1/06. Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки / М.А. Блохин. - №2002104543/12; Заявл. 22.02.2002; Опубл. 20.01.2004, Бюл. №2.

3. Блохин М.А., Прокопов B.C. «Шершень» - Принципиально новый станок для распиловки брёвен и бруса //Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 1. - 2006. - С. -24-27.

4. Патент на изобретение № 2292259 РФ. 6 В27 В 3/00. Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки / М.А. Блохин. - 2005104554/03; Заявл. 21.02.2005; Опубл. 27.01.2007, Бюл. №3.

5. Гаврюшин С. С., Прокопов В. С., Блохин М. А. Разработка методики численного анализа динамических характеристик многопильного станка с круговым поступательным движением дереворежущих полотен //Вестник МГТУ. Машиностроение. 2010. №4(81). С. 108-118.

6. Гаврюшин С. С., Блохин М. А.. Прокопов В. С. Численное исследование динамического поведения базового элемента и конструкции многопилыюго станка с круговым поступательным движением дереворежущих полотен // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2011. №10. URL: Imp: iccliniiinaii.eiln rirdne;2.349S6.html (датаобращения 5.11.2011).

7. Блохин М.А., Прокопов B.C. Конечно-элементный динамический анализ пильных полотен многопилыюго коленчатого станка. //Технология и оборудование для

переработки древесины / Науч.тр,- Вып. 331.-М.: МГУЛ, 2005. (УДК 621.933.6:539.3)

8. Блохин М.А., Вигская К.Б., Прокопов B.C. Высокопроизводительный энергосберегающий технологический блок для распиловки древесины //Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 4. - 2013. - С. -12-17.

9. Блохин М.А., Прокопов B.C., Карпаков A.C. Исследование, расчёт и конструирование лесопильного модуля в станках с поступательно-круговым движением режущего инстру мента //Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 9. - 2013. - С. 2027.

10. Блохин М.А., Вигская К.Б., Карпаков A.C. Лесопильный модуль с дифференцированным эксцентриситетом растяжения рабочего полотна //Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 10. - 2013. - С. -10-15.

11. Бломш М.А., Карпакова К.Б. Оценка ресурса, обоснование и выбор подшипников пильных модулей станка «Шершень» //Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 11.-2014.-С,- 4-9.

12. Блохин М.А., Гавриленков С.И. Анализ, расчёт долговечности и выбор габаритных размеров валов пильного блока многопильного станка «Шершень» //Строительные и дорожные машины : ж-л — Вып. 12 — 2014. — С. -16-20 .

13. Блохин М.А., Гаврюшин С.С., Р1шгщ Уап ВшИ. Анализ лесопильного станка с использованием виртуальной параметрической модели (Виртуальная параметрическая модель станка «Шершень» в среде программного комплекса ипщгарЫсв ЫХ) // Наука п образование: электронное научно-техническое издание МГТУ им. Н.Э.Баумана 2014, №12, С. - 128-136. http://technomaR.bmstu.ru/doc/743119.html.

14. Блохин М.А., Гаврюшин С.С. Проектирование «коленчатого» станка в рамках концепции жизненного цикла продукции // Строительные и дорожные машины : ж-л - Вып. 3.-2015. -С. 11-17.

15. Блохин М.А., Гаврюшин С.С. . Пильный модуль, пильный блок и устройство для распиловки/ М.А. Блохин, С.С.Гаврюшин. - заявка № 2013157088/13(088998) от 24.12.2013; Решение Федеральной службы по интеллектуальной собственности (РОСПАТЕНТ) о выдаче патента на изобретение от 17.04.2015.