автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров установки для изготовления колотых балансов из низкокачественных кряжей

воронежский

эрдена дружбы народов лесотехнический институт

На правах рукописи

КАРАТ Н И К

Игорь Романович

УДК 634.0.363 (088.8)

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛОТЫХ БАЛАНСОВ ИЗ НИЗКОКАЧЕСТВЕННЫХ КРЯЖЕЙ

05.21.01 — Технология и машины лесного хозяйства н лесозаготовок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОРОНЕЖ — 1990

Диссертационная работа выполнена на кафедре механизации лесоразработок, лссохозяиственных работ и транспорта леса Львовского лесотехнического института.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор

ШКИРЯ Т. М.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор ПЕТРОВСКИЙ В. С.,

— кандидат технических наук, ГОМОНАИ М. В.

Ведущее предприятие — Проектно-конструкторский; технологический институт Минлеспрома УССР.

Защита состоится «<^>> . . 1990 г. на заседании

специализированного совета К. 064.00.01 в Воронежском ордена Дружбы народов лесотехническом институте.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по) адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВЛТИ. Ученому секретарю специализированного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского ордена Дружбы народов лесотехнического института.

Автореферат разослан ^^^ . . . 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат биологических наук, доиент

ПОПОВА Н. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность те:ш. Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до £000 года предусматривается значительное повышение эффективности использования лесосмрьесых ресурсов, особо подчеркивается о необходимости вовлечения в переработку низкокачественной древесины различных пород, являющейся ценным исходным сырьем для целлилоз-но-бума;,шого, гидролизного и плитного производства.

Расширение сферы использования низкосортной древесины базируется на значительных ее ресурсах, - в целом по стране около 100 млн.м3 в год, - которые к тому ;ге в ряде регионов страта имеют тенденцию к1 увеличению. Определяющая роль в обеспечении продукцией производств, нспользукшх технологическую щепу из облагороженной низкокачественной древесины, принадлежит технологическим операциям изготовления кож ък балансов.

В настояшее время приемлемыми способами выработки колотых балансов является раскапывание предварительно окоренных низкосортных прядей с выделением сердцевины, пораженной гнилья, или же поэтапное деление прямей на части вдоль волокон и последующее облагоразкивание поленьев путем удачения из них коры и гнили. Перспективным признан первый, как более прокзподителышй и менее энергоемкий. Однако серийное оборудование, на котором применен данный способ изготовления колотых балансов, обладает рядом недостатков как рабочего органа, так и привода (разделенным частям кряка может потребоваться дополнительное раскалывание ; потери здоровой древесины при полном удалении гнили саше большие ; завышенное потребление приводом электроэнергии из сети).

Долговечность, надешость и эффективность работы установок для изготовления колотых балансов во многом зависит от урс >ня изученности процесса Оесструкечного деления кряжей вдоль волокон на многононевых рабочих органах, режимов работ» привода, периодически преодолевающего резковира;кеннуо кратковременную нагрузку. Поэтому создание нового высоноэ^Лективного и более производитэль-ного оборудования для выработки колотых балансов отвечав требованиям интенсификации переработки низкокачественной древесина.

цель работы. Обоснование параметров и создание уста:;ос.<1! с многоно,.;ешм рабочим орган-м для изготовления колотых балансов из -кряжей пораженных сердцевинной гнилью с цолья повидения а-^лк-тивности использования низкокачественной дглпесмш.

Научная новизна.^ Разработана х^атематическая модель процесса бввструкечного деления древесины вдоль волокон с использованием основных положений плоско',: задачи теории упругости и теории функций комплексного переменного; аналитически определена зависимость усилий, возникающих при делении кряксей на балансы шестиноиввым работе.! органом от геометрических характеристик крякей, фиеико-ыаханических свойств древесины и размерных характеристик получаемых сортиментов, позволяющая выполнить обширный вычислительный эксперимент, результаты которого сопоставлены с исследованиями натурных замеров. Теоретически и экспериментально исследован процесс переходного ре-лка электропривода при работе в длительном режиме с преодолением циклической резковыракекной нагрузки.

Получены экспериментальные зависимости для выбора оптимальных размеров элементов шестшюкевого рабочего органа к ыаховично-го привода исполнительного механизма, оснаденного электродвигателем с повысошшм скольханкеы.

Практическая; ценность. Разработан обшй метод расчета усилия сопротивления деления кряяа на балансы различного поперечного сечения. Составлена удобная для практического применения расчетная модель переходного ре;шиа работы маховичного электропривода, позволяющая определить характеристики элементов привода оптимальных расшров. Сфорьа'лировавд рекомендации по созданию станка для выработки колотых балансов из низкокачественных крякей.

Реализация УаСсш. По результатам исследований разработана конструкция шестииохезого рабочего органа и создала установка для изготовления колотах балансов кз кряней, пораженных сердцевинной гниаью, с применением иахоаичногс • лектропривода.

Апробация работ. Результаты исследований отражены в научных отчетах кадедры механизации лесоразработок ЛИИ за 1361-1984 гг. Ць Г.Р. 0X640015552 , 01870003572 , 810533-4) и докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции в Белорусском технологическом институте (1935), на республиканских научно-технических конференциях в Пвано-йранковском П10И (1365), Свалявском ЛК (1986), Львовском Ш (1Ш9), на научных конференциях ДЛИ (1984-1968) .Модель станка для изготовления колотых балансов экспонировалась на выставках ЗД1Х СССР НШ-66, ИТИ.1-88, ЩХ УССР в 1967 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ, в ток числе 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех -лая, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа содержит /¿V страниц машинописного текста, ^ рисунков, ? таблиц и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении даны обоснование актуальности темы и аннотация проделанной работы.

В первой главе кратко изложена оценка ресурсов низкокачественной древесины экономически доступной для переработки на технологическую тепу высоких сортов, показаны перспективы развития потребления колотых облагороженных сортиментов в ЦВП и плитном производстве, дана оценка существующих способов и оборудования для изготовления колотых балансов ; определены преимущества деления низкосортных крямей на балансы многоноиевыми ребочи^и органами без струккообразования; представлен анализ процесса деления древесины вдоль волокон раскатыванием с краткой характеристикой структурных изменений и напряжений материала на всех стадиях направленного разрушения древесины.

Осуществлен обзор работ, касающихся определения силовых показателей процесса раскалывания древесины в зависимости от размеров образцов и геометрических параметров колющих органов на основе теоретически;: и экспериментальных исследований деформаций и разрушений древесного материала.

Сделан краткий анализ использования установочной мощности и динамических режимов электропривода дровокольного оборудования, работающего с повторш-кратяовременнши резковыраженными нагрузками.

Изучение научных предпосылок процесса деления древесины вдоль волокон раскалыванием, а также исследований режимов работы электропривода с периодическими резковкратаннши нагрузками с целью создания высокоэффективного оборудования, совершенных технологических потоков для переработки низкосортной древе- .«щ в удовлетворение потребностей различных отраслей промышленности позволили сделать следугаие выводы:

- эффективное использование экономически доступна ресурсов Низкосортного „ревесного сырья требует реконструкции седельник технологических процессов его переработки высокопроизводительными многононевши рабочими органами ;

- параметры рабочих органов станков для изготовления колотых балансов определяются силовыми характеристиками процесса деления древесины вдоль волокон, размерами сырья и требованиями стандартов на изготовляемую продукцию ;

- описание силовых показателей процесса направленного разрушения древесины путем феноменологического подхода, позволяющего в совокупности рассматривать взаимодействие компонентов напряженного состояния структуры материала, можно получить на основе явного консервативного метода с использованием полигармонического уравнения, удовлетворяющего условиям равновесия и неразрывности деформаций для анизотропной древесины ;

- вопросы бесстружечного деления древесина вдоль волокон многонокевыми рабочими органами исследованы недостаточно ;

- привод станков для изготовления колотьк балансов следует компоновать исходя из длительного релмма его работы с периодическими резковыратеннши нагрузками, преодолевать которые можно при максимальном моменте электродвигателя е маховиком в зоне механической характеристики, близкой к критическим скоростям его вращения.

В соответствии с вышеизложенным, определены,основные задачи работы:

. - теоретически исследовать деление древесины вдоль волокон на многонокевом рабочем органе и с использованием закона развития усилий, уточнить методику расчета нелинейного переходного режима маховичшго электропривода;

- экспериментально изучить характер влияния геометрических параметров древесины и элементов рабочего органа на усилие сопротивления продольного деления кряжей ;

- установить наибольшую преодолевающую способность электродвигателей по максимальному моменту нагрузки в зависимости от момента инерции привода, оснащенного маховиком;

- обосновать оптимальные параметры и предложить конструкцию узлов .;а проектирование станка с многоножевым рабочим органом и ¡/аховичным электроприводом для изготовления колотых балансов.

Во второй главз приводятся теоретические исследования процесса делшил кряжей древесины вдоль волокон на колотые балансы тестино/чевш рабочим органом. Принципиальная схема ножевой головки станка приведена на рис. I.

Математическое описание процесса деформирования и разрушения дрозесглк при делен:::! ее вдоль волокон заключается в обосновании

? -

аналога, при помощи которого моделируется яа или иная стадия Процессг деления древесины. Полученные зависимости позволяют установить достаточно приемлемые для практики количественные показатели процесса, но при их построении принят ряд допущений в рамках положения структурно-феноменологического подхода в моделировании деформаций и разрушений микронеоднородной среды (древесины) в ограниченной объеме области V (реальные параметры кряжа).

Рис. I. Схема ножевой головки для изготовления колотых балансов: а,б - расположение ножей при делении кряжа, соответственно, на шесть частей, и с удалением сердцевинной гнили

Теоретические исследования с привлечением строгих аксиоматических положений теории упругости и математической физики базируются на решении бигармонического уравнения

Ш + 0 Ё1£ -л

ду*

(I)

с определением силовой функции Ф , последующим отысканием вида оператора у*/ и определением коэффициентов этого оператор 0.1 , Позволяющих прогнозировать (определять) критические макроскопические прочностные характеристики А'и исследуемой ограниченной области " V для предетаатения конкретных условий разрушения определенного размера Зл^ :

где

области '/

Решаемая задача с краевыми условиями представлена при описании эволюция нелрзрур.-.'ой система - процесса деления кр.чча, клли-

( 2 )

макроэлемента"«!'© напряжения структуры дровесюо! а

чественные характерней и которого заданы оператором в частных производных для следующих друг за другом во времени состояний системы через однофакторную разность ее геометрии ДХ . Согласно условию Куранта-Фрид.рихса-Леви в исследуемом процессе физическая скорость меньше скорости изменения состояния систем ( ), поэтому позиционные физико-механические характерис-

тики процесса определяются решением эллиптических уравнений при постоянной привязке координат КО!/ к точкам разделения области (кряжа).

При описании напряженного состояния области V заданной структуру основным являетоя характер поля напряжений, т.е. явный виц и численное выражс :ие функции напряжений Ф , существование которой проявляется на границе $ области I/ , что и обеспечивает ее однозначное представление граничными значениями по конуру 5 . Последнее выражает центральную теорему Кош в постановке двумерной краевой задачи Дирихле, решение которой получено методом функции Грина:

где

Фи ,У)~ значение бигармонической в области V функции на границе ; - функция Грина; П - внешняя нормаль к границе 5 области Л .

Изучение и анализ распределения напряжений в процессе деления древесины вдоль волокон поз; злили установить взаимосвязь мекду внешними нагрузками и внутренними силами, для которой из-гибно-схжмаядиэ напряжения отделяегой части кряжа представлены интегральной суммой по ее поперечному сечению, находясь в равновесии при этом с нагрузкой ее стороны опоры:

. 2Цах¡ки а'У {¿/¿г/*0хс№ *2Рз'К, ( 4 ) 0 0 "о 0 )

где б* а и 0Хе - нормальные напряжения по отношению сзчения /7/77 (рис. 2а) от воздействия, соответственно, составляющих Р$ и Рг ; 2Р$ 'у* - усилш приложенное со стороны опоры.

Структура отыскания силовой функции т(Х,У)в виде аналитического выражения предопределяет для решения задачи информации о др&евик условиях на аналитическом уровне. Геодатрическая часть этой информации учтенч построением уравнений контура области

(0 + $ ). Значения краевых условий определены на основе их аналитического продолжения внутрь области, осуществляемого с помощью оператора дифференцирования четвертого поряд-а по нормали (в смысле задачи Коши-Римана) и по касательной на границе £ области V , в силу однозначного определения возмущений области по отношению к гюзмушашим внешним нагрузкам. На основе этого краевые условия найдены по рамной аналогии построением

эпюры моментов (рис. 26) от сил, приложенных на раму, как статически неопределимую систему:

№ «/д^/& ¿V ;

где (Вя'У * Си) * СОт1 - линейный двучлен интегрирования по контуру (границе) области.

I

Рис. Z. Расчетная схема и эпюры моментов /И , продольных сил у по контуру односвязной области й

Установление хар> .(тера распределения напряжений в области с заданными граничными условиями согласно (3) осуществляется решением частной задачи Дирихле - определение функции Грина в явном виде для произвольной оо'ласти Л . Для этого по положениям геометрической теории функций комплексного переменного граница $ области В приведена к полигональной, для -оторой доказано существование положительной, аналитической и регулярной функции Грина (г , удовлетворяющей условиям определяемое™ в односвязной области ограниченной нежордановой кривой. Поскольку функция Грина известна лишь для небольиого числа простых областей, то для ее построения полигональная область конформно о-^гпучт на круг единичного радиуса ¡1*1 ¿1 -область, содоругс~п нпобходж/ые

предпосылки для определения функции Грина. Геометрическая задача конформного отображения исходной области Р на вспомогательную 31 равносильна построению аналитической в прообразе Е< функции со свойствами однозначного соответствия континуумов областей. Таким образом, бигармоническая в области () функция выражается через функцию Грина.

•КПК

У

-Л"

Г

чс

кнк

У

м

Л) 4 ( 0 < к X« .......

Рис. 3. Схема построения конформного отображения прямоугольной области на единичный круг 1Т14,1

Конформное преобразование области (¿7 Л? ) на круговую 1Т1И выполнено поэтапно, первый из' которых представлен отображением исходной области на верхнюю полуплоскость 1/7)№ *0 (рис. 3) с п\ мекением интеграла Кристоффеля-Шварца, позволяющего найти отображающую функцию в замкнутом виде:

*С<, ( б )

где С я 0/ - комплексные постоянные; ¡¿т ссСл - параметр., углов полигональной области (Л -угольника) ; Л1 - действительные константы координат фиксированных угловых точек й'п на действительной оси.

На втором этапе согласно ангармоническому соответствию координатных параметров границ взашоотобракаемых областей выполнено преобразование верхней полуплоскости 1тУ/^0 на единичный круг /ТУ£ 1 дробно-линейным изоморфизмом вида

СО * ( 7 )

гдо 9 - произвольное действительное число ; ...., Я и - точки

верхней полуплоскости //77 \А? Я- О и симметричные им относительно действительной оси, определяются из выражений

I м * Г 1-(И>-3)-й-<]', А * С Шк-1)*Ь+1].

Заменой переменных по формуле (7). в исходном интеграле (б) получена в общем виде функция реализующая конформное отображение полигональной области {!}*$) на круг :

*СйЛ*Г1(Х'Лк)<1*''(1Х*С$1, ( 9 )

»в мч

где X - значения точек области V ; Л* - действительная константа точки, определяема-' по принадлежащей оси полуплоскости 1т&»0 , Л**Ш'Лф);(Аз-ЛгЛ]) при р и,..>,(*•*) % сСк-1 - слагаемое суммы внутренних углов области ЬцЫ-С - ;

Си » Си - комплексные константы, осуществляющие растяжение прообраза на вспомогательной области в 1Си1 раз, поворот на угол ИТ-ф Си и его смешение на вектор Си .

Определение функциональных нормировок последовательных преобразований для исходной области V с дискретным изменением ее границ на геометрическую разность ¿X (процесс направленного разрушения области) реализовано на основе принципа соответствия границ при конформном отображении эллиптическим интегралом первого рода

п<(%) } .1 К а) (К Ь) [(1 - - Им')] М ( Ю )

В описании длины I/ .. ширины области 2? верхний предел интегрирования определен по нормировкам координат угловых точек образа Б в однолистном преобразовании границ. Поскольку основание области совмещено с осью абсцисс Си "О (рис. 3), то геометрические размеры ее определены из уравнений

а * ¿-а-х) + Си-СМ ; ( и }

-а * ¿и-/) * - Си-К* Си-С Иг,

а параметр для (Ю) находится интегрированием грани/;?! области по действительной оси на основе соотношения СС '{¿•/)я X '• 1/< с предварительным представлением,каждого подинтегрального ядра в

виде гил е р ге о ме т риче с к их функций:

КСоСи/ир,

где а - ширина отделяемой области В \ I - исходная длина области (кряжа) ; X - длина разделившегося участка (опережающей трещшш) \ с£< . > - вещественные параметры биноминального разложения подинтегральной функции (10).

Таким образом математические преобразования в прообразе !П 4 { любого вида могут б-»ть записаны для исходной области П , если комплексную переменную V/ из (10) представить значениями из образа. В результате обращений по форме Декандра получена обратим отображающая эллиптическая функция Якоби

;/(**)], < 13 )

представляющая конкретное конформное отображение при известных размерах исходной области, т.е. диаметре кряка, удаляемой сердцевины, а также длине кряжа.

Построение функции Грина в круговой области выполнено через трансформированные граничные значения напряжений Р/; , ( & Л ) а определение искомой функции, напряжений (для круговой области) • по формуле Шварца:

Ч>4(0\и <[ и>(Ь)МП1±Е> М,

( 14 )

где р - произвольные точки внутри круговой области. Для этого область обращена сама в себя (рис. 3) с целью перевода известных краевых значений на внутренность круга, поскил* чу на границе 8* функция Грина 0(равна нулю.

Решение внутренней задачи Дирихле по определению бигармоюь ческо!. функции напряжений в исходна области представлено с помощью двух аналитических гармонических функций и отображения по форцуле (13):

С Е-йШ-ЫСИМ - шЫ №)] ■ Ш , 7 " Ъчя-ф'аншн)- тп ■ со'(Г! иу'

( К )

где 2 ' ; 9 точки внутренности и границы V ;

!Ш) < $ ($) - краевые значения для области по двух гармонических функциях; £ - круговой множитель для полигсчальной области О , .представлен целыми двоякопериодическими тета-функциями и

с.г/4А.[СШ]* ПШ&1

; I тт< с тШч т <. к)

Явный вид фуш.ции напряжений позволил произвести

непосредственное ее дифференцирование по совокупности обеих переменных и определить компоненты напряжений <9/ и ^у , например для точек плоскостей разделения области. Анализ функциональной связи "внешние силы - внутренние напряжения" Р*^(б*)) показал, что для отдельно взятой области 2?»' • , т.е. по отношению к нормирующему параметру ^ , компоненты тензора напряжений в зоне разрушения области получают разные приращения, причем долевое распределение прироста суммарного вектора напряжений определяются угловым коэффициентом по отношению к оси деления области:

(¿-Д ¿1. < 17 >

При постоянном ¿Ну для подвижных координат ХОУ переменные^ , ¿V I У » сС выражающие, соответственно, коэффициент трения древесины по раскалывающему органу, ширину отделяемой части кряжа, ординату точки определения напряжений, угол заострения рабочего органа - независимы.

Соотношение (17) придает стабильное значение модул» компонента * 0уц, известному по справочным таблица;,;, в результате чего суммарное предельное напряжение в точках разрушения древесины определяется зависимостью 6"ц * Фа^ • На основе однозначного соответствия внешних нагрузок напряжениям при разрушении древесной структуры, процесс деления древесины шестиножевым рабочим органом вдоль волокон возникает под воздействием усилий, которые определяются по формуле:

Ра(6*$?. -Зт):НпСйо-сЦ1-х,( ю )

где Зт - суммарная ширина опережавших трещин.

Диаграмма изменения усилия по мере развития оперекак-деЯ трещины в кряке до полного его разделения на части (рис. 4а}, построенная согласно (16), представляет собой однозкачнуг характрис-

тику технологической нагрузки привода станка и пригодна для описания режимов работы последнего, оснащенного маховиком и электродвигателем с повышенным скольжением.

30 U U <2 S

Р,ин

2

tí

ti гс 9i s§

а

Рис. 4. Изменение усилия при разделении кряка в функции

длины опережавшей трещины: а - график теоретической зависимости ; б - записи типичных осциллограмм

Обоснование переходного режима работы привода на участке (рис. 4а) наростания преодолеваемой нагрузки М( до предельных ее значений Мс та< требует обязательного учета существенных изменений электромеханической постоянной времени Тмп в зоне нелинейной характеристики работы электродвигателя с маховиком, для определения которой удобно воспользоваться методом линеаризации динамического момента привода М9 (рцс• б):

, Шяи

Тм"*Ш'1 \рМ9)аю. (19)

М1/И1/1

Время переходного процесса привода Ь на основе изложенного определяется из уравнения

4. é, m*

rnlft

( 20 )

П,ж известных значениях электромеханической постоянной времени Тмп и продолжитЬльности переходного процесса привода t на нелинейных участках работы двигателя и исполнительного механизма можно определить ыаксиыальный момент электродвигателя MUmt > выразив зго wuairi MfaxMi/ при установившейся скорости Пу уравноаеши-

вашим максимальным моментом сопротивления Мсти :

t t МНш * Mc^-(í'f™n) ,

tima 3 тс man'

где Mo - момент двигателя в начальный период нарастания нагрузки.

ПН - , _

; ' \ Рис. 5. Схема построения пере-

~ л ходных процессов элек-

тропривода методом линеаризации

<- П*/(Ш;

Л- n*f(Mc)\

$'П я¡W»).

[Mrtb ——

____—Д .-d^et-

ЩГШт

tfimt

Анализ преодолевающей способности маховичного привода показывает, что электродвигатели с повышенным скольжением более аффективны в сравнении с двигателями нормального исполнения, поскольку удельное изменение двинамического момента системы у них значительно выше, что приводит к увеличению вре мени переходного режима привода на устойчивой чаоти характеристики-двигателя (при одинаковых условиях нагрузки).

В третьей главе изложены методика экспериментальных исследований и вопросы плани. звания экспериментов, описаны экспериментальные установки.

Цель исследований заключалась в определении основных закономерностей деления древесины вдоль волокон шестиножевым рабочим органом, переходных режимов работы маховичного электропривода и проверке соответствия общих аналитических зависимостей полученных теоретически, реальным процессам.

Программой экспериментов предусматривалось:

- исследование влияния размеров поперечного сечения кряжа и выкалываемой его сердцевины, а такие угла резания ножей на величину общего усилия, изгибающих моментов консолей ножей а плоскости надвигания кряжа на рабочий орган и перпендикулярной к ней ;

- определени влияния усилия разделения кряжа на дшаиический момент маховичного привода, работавшего в длительной режиме с кратковременными резковыраженными нагрузками ;

' - установление на: большего момента сопротивления, преодолеваемого электроприводом в зависимости от момента инерции электропривода, оснащенного маховиком.

Дня выполнения программы принята следующая методика экспериментальных исследований:

- проведение многаЬакторного планируемого эксперимента для установления силовых показателей процесса деления кряжей !

- выполнение классического эксперимента для определения дина-мическох'о момента и преодолевающей способности электропривода с использованием различных маховиков и электродвигателей нормального исполнения (типа АО) и с повышенным скольжением (типа АОС).

Исследования проводились в два этапа на различных экспери-' ментальных установках.

Опытная установка для исследования силовых параметров процесса деления кряжей представляет собой силовую раму замкнутого контура I (рис, б), на которой смонтировано шестиножевой рабочий

Рис.

6. Схемы экспериментальных установок для исследования процесса разделения кряжей (а) и работы махо-вичного электропривода (б)

орган 2 с изменяющийся положением нояей, подвижный центрирующий лоток 3, механизм надвигания крякей 4.в виде гидроцилицдра, гидропривод 5 и пульт управления. 3 качестве тензопреобразователей использованы нокн рабочего органа и головка толкателя механизма надвигания, йоторегистрация силовых показателей процесса выполнялась электроизмерительной аппаратурой.

Дяя исследований первого этапа были подготовлены однометро-вда сосновые кряяп согласно ГОСТ 16483.0-70 и ГОСТ 16483.6-71 диаметрами до 4С см.

Эксперименты первого этапа проводили согласно плана (В-плана аторого порядка) при равномерном дублировании опытов, для которого переменными независимыми факторами приняты диаметр кряжа, раз-юр выкалываемой сердцевинной части кряжа и угол резания ножей. 1а основе статистических результатов контрольной серии опытов были установлены объемы выборки дублированных опытов: для определе-■гоя общего усилия и осевых моментов, создаваемых на ножах в процессе разделения кряжа,число дублированных опытов составляло соответственно 5 и 30. Выбраны факторные интервалы варьирования на основе технических возможностей рабочего органа и условий совместимости факторов и ограничений ГОСТа на получаемый вид продукции, составлена таблица условий и плана эксперимента. .

Все опыты первого этапа экспериментов подразделялись на три группы в зависимости от угла резания ножей.

Вторым этапом исследований предусматривалось изучение процесса торможения электропривода с маховиком возрастающей (до максимальной) нагрузкой, действующей на механизм надвигания кряжей в процессе продольного их деления. Для этого был предложен план классического эксперимента, Предусматривавший по;учение опытной информации от всевозможных взаимодействий переманных независимых факторов: номинальной мощности, асинхронной частоты вращения, моментов инерции (ротора) электродвигателя и мах' зика.

Моделирование нагрузки на электропривод проводили на специальном испытательном стенде (рис. 66), состоящем из станины I, подаипниковых опор '¿, тормозного устройства 3 с приводом от мо-торредуктора 4, подмото-шй плиты 5, муфты 6, вала 7, сменных электродвигателей Э и маховиков 9, пульта управления. Усилия в период нагружения привода и момент электродвигателя при этом измерялись посредством кольцевых тензопреобразователей ДО, а частоту вращения ротора двигателя - электронным тахометром II. ¡.'оказания датчиков фоторегистрировались.

Статистические расчеты предварительного оксперимента определили проведение всех опытов второго этапа исследований без дубли-рова,лых наблюдений. Опыты подразделялись на две группы я зависимости от компоновки привода различными типами электродвигателей.

Программой экспериментов предусматривалось также сравнение результатов в группах опытов первого и второго оталов исследований и сопоставление их с числовым решение» проводимых р.«нее теоретических исследований.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных

исследований процесса деления однометровых кряжей на балансы и преодолевающей способности маковичного привода, оснащенного электродвигателями различных типов (АО и ДОС) ; выполнен выборочный анализ регрессионных моделей исследуемых процессов.

Установлено, что влияние диаметров кряжа ¿7 и выкалываемой сердцевины С(г , угла резания ножей еС на величину изгибающего момента, возникающего в консолкх-коках рабочего органа при делении кряка на батансы, описывается следующими уравнениями рагресси.,

- в плоскости оси надвигания кряжей

М/ * 5205,89 -22№ й-1,97 ¿Г* о,7?я'-ОМ ¿Г +

* {4,65оС2-0,^В-с!Г -ШР'СС + к'Н-м ; ( 22 }

- е плоскости перпендикулярной оси надвигания кряжей

Му * 675,51 * 8,55 п +з, 91 Иг - /£>/, 19оС - 0,21 В* - . - 0,7?йг**2.5&с1< - (?,СбЦ-аг + хН-м.

Анализ математических моделей (22) и (23) показал (рис. 7), что увеличение диаметра кря;:;а приводит к возрастанию максимально-

Ы'тш.хН'И, I

Рис. 7. Зависимости максимального изгибавшего момента нота от

диаметра разделяемого кряжа (а,г), диаметра выкаливаемой сердцевины (о,д), угла резания ножей (в,е)

го и&гибапаего момента на кожах рабочего органа. Особенно выражение влияние "диаметра выкалываемой сердцевины" на значение от-клнка иэ-эа сильной корреляции данного фактора. Графики зависимости силовых показателе!! процесса от величиш угла резания ножей

указывают на оптимальный угол резания для продольного деления <рякей нокевой головкой предложенной конструкции в пределах ¿¡¿ = 16. ..18 град.

Регистрация общего усилия деления кряжей проводилась парал-1ельно с записью других опытных данных. Идентичность условий на всех этапах исследований позволила обобщить отражающую возможность модели и составить уравнение регрессии для более широкого новерительного интервала математического ожидания отклика от вы-пеперечисленных факторов.

%щ*а58,Ь6*5Гт<-2м-8,2?ос-о,ма?'0,м№+№а/г<с,«н ( 24 ;

Модель (24) отражает зависимость максимального, усилия деления кряка от его диаметра, удаляемой сердцевины и угла резания ножей (рис. 8), качественно уступает моделям (22) и (23), однако

НО т\ ¿о м

ш й^о -•Лсы

1

о и к

Ртр, КН

1 ТГТГгТ

Ртш

М !? ¿0. П 6

Рис. 8. Зависимое?-! максимального усилия'деления кряка от

его диаметра (а), диаметра выкалываемой сердцевины (б), угла резания ножей (в)

является основополагающей при обосновании параметров и режимов работы привода станка для изготовления колотых балансов.

Подбор регрессионных полиномов (22), (23) и (24) произвели с использованием ЭШ ЕС-ДО22 по стандартной программе.

Для обоснования влияния момента инерции привода на преодолевающую способность электродвигателя (тиггое АО и А00) при развитии им максимального момента-проведены исследования на испытательном стенде с градацией момента инерции привода путем оа},гени маховиков и моделированием нарастающей иагру:.;си (до максимальной) согласно процессу делении кряка на балансы.

В результате обработки эксперикентаяыизс данных на ЗШ "Мир-2" получен уравнения регрессии, с помощью которых можно определить наибольшую нагрузку, преодолеваемая махпсичшм приводом б повторно-кратковременном рсгяше ег-с рабогц (рте- 9) 1 ул.-

пользованием электродвигателей: I - А0С2-41-4; 2 - Л0С2-42-1; 3 - А0С2-52-6; 4 - 4АС16О$0НЗ; 5 - А02-52-6; 6 - А02-42-4.

15,55-С

, о,тхг

125)

' ¿.Метан

2, Мсти -25,55-С к Мсти

5, Мет**{6,7!-а°-ат

где %1 - фактор» задающий условия маховых масс привода.

Рис.9. Зависимости наибольшего

момента сопротивления преодолеваемого электродаига-телем при наксимальном моменте от момента инерции привода:

--теоретические кривые;

—.— экспериментальные кривые

Анализ зависимостей (25) показывает, что электродвигатели типа ДОС в паре с маховиком в приводах, работающих в длительном режиме с повторно-кратковременными нагрузками» способны создавать больгаие преодолевающие ус.-лвд, чем электродвигатели нормального исполнения, причем для них таюте допустимо преодоление более длительных пиковых нагрузок

В приложениях приведены обида условия и постановка задачи для математического моделирования деформаций и разрушений в древесине; результаты определения экономической •эффективности станка дая изготовления колотых балансов из низкокачественных кряке ¡1 , экспериментальные данные и результаты статистических расчетов исследований процесса деления крякей, а также маковичного электропривода переменного момента инерции., акты испытания и внедрения станка в производство.

0СН0ВШ2 Ш80,Щ К ШЮЛЩАЩИ I. В результате анализа традиционного оборудования и спосо-соб изготовления колотых балансов из низкосортных крянгей установлено, что перспективной является переработка низкокачественной

цревесины при помогай станков с шогоножевыми рабочими органа»,га, менее енергоемким приводом, оснаценным инерционным аккумулятором энергии.

2. Установлено, что наиболее целесообразны!.! для удаления сердцевинной гнили со здоровой древесины с одновременным делением заболонной части ггряна на балансы является раскалывание кряжей ножевым блоком, в котором шесть ножей расположены радиально по окружности на одинаковом расстоянии друг от друга; потери здоровой древесины о гочлью при этом минимальные (в сравнения с ныне используемыми рабочими органами).

3. Теоретически определена взаимосвязь силовых показателей процесса направленного разрушения древесины от воздействия сосредоточенной нагрузки со стс.оны рабочего органа и статико-геомет-рических размеров разделяемого кряжа. Для этого с позиций феноменологического подхода аналитически решена задача определения напряжений на основе явного консервативного метода с использованием основных положений теории упругости и законов механики деформируемого тела с привлечением вычислительного аппарата математической физики.

4. Математическая модель деления древесины вдоль волокгл позволяет рассчитать усилия на протяненш всего процесса при различных угловых параметрах шестшояевого рабочего органа для описания режмов работы маховичшго электропривода,

о. На основе анализа нелинейных переходных процессов махо-вичнсго привода методом линеаризации его динамического момента выявлено, что в преодолении повтерно-кратковрецлашх резковыра-кешшх натравок более эффективными являются электродвигатели с повышенным скольтшем. обладающие большим удельным снижением скорости враденил в зависимости от динамического момента системы, чем электродвигатели нормального исполнения. При помода расчетов переходных процессов в зависимости от вида нагрузки можно выполнить обширный вычислительный эксперимент для выбора электродвигателя и маховика при остальных известных кдаетико-динамкческих характеристиках элементов привода.

6. Бкспершенталышми исследованиями подтверждена до с то вор- • ность теоретических зависимостей процесса деления кряжей на балансы; отклонения при сопоставлении результатов не превшагт 14,4%.

7. Результатами опытов установлено следящее:

- с увеличение:,! размера удаляемой сер,"¿¡взят до по-

ловиш диаметра кряка сопротивление раскалыванию возрастает в 1,2... 1,3 раза; при дальнейшем увеличении диаметра выкалываемой сердцевины усилие сшскаатся;

- оптимашшй угол резания ножей рабочего органа составляет 16...18 град.;

- перерезание свилеватости и сучьев ноком рабочего органа при разделом® кряжа приводит к увеличению смовой нагрузки нона в 1,4,..1,7 раза;

- усилие разделения кряжа всегда возрастает с увеличением его диаметра, причем более интенсивно при удалении сердцевины размером меньше половины диаметра кряжа-,

С. Исследования на испытательном стенде показали, что в маховичком приводе дровокольного оборудования электродвигатели с повышенным сколышниам способны преодолевать в 1,4... 1,6 раза большие и,более продолжительные (в 1,7...2,1 рааа) периодические резкоЕыракешше нагрузки, чем электродвигатели нормального исполнения. Для двигателей с кесткой механической характеристикой маховики менее аффективны.

9. По результатам исследований сфорцулированы рекомендации на разработку гидравлического станка для изготовления колотых балансов из низкокачественных кряжей, пораженных сердцевинной гнилью В конструкции станка было предложено (реализовано): применить иестинокевую головку с диаметром рабочего окна не менее 650 мм; исполозовать ложи толщиной 23...25 мм, шириной ножевого полотна

в зона з акре плеши - 120 мм, угол заострения нога принять 14... 15 град.; установку ножей в рабочем .органе выполнить на угол резания 16...16 град.; скорость движения исполнительного механизма принять 0,3...0,35 м/с» в приводе станка установить электродвигатель с повышенным скольжением мощностью 10 кВт и маховик моментов инерции 4,0 Н'М'С1; монтаж узлов станка выполнить на раме зажцутого шнура.

Нов;.зла принятых технических реш^.шй по рабочему органу подтверждена авторским свидетельством {,-1412958 кл. В Z1L 7/00.

10. Фактический экономический эффект от внедрения одного станка для изготовления коло~ых балансов составил 6,77 тыс.руб. в год.

Основное соде, нание ддисертацш: .публиковало в следушгас работах:

X. ivapaniiu; Я.P. Новы!! .стгнсзс дг.к удаления конусообразно

шегаюсюй гнили из низкокачественных кряжей и изготовления из IX колотых балансов. - В кн.: Тез. докл. Всесоюзн. научн. конф., шок, Ш55, с i H3-II4.

2. Каратник И.Р. Новый станок для изготовления колотых ба~ шсов из кряжей, пораженных сердцевинной гнилью. - В кн.: Тез. )кл. респ. научн.-техн. конф., Свалява, 1966, с. 20-21.

3. Каратник И.Р., Икиря Т.Н. Исследование напряженного со-сояния древесины при продольном ев делении. - В кн.: Технология оборудование деревообрабатывающих производств: Межвуо. сб. хучн. тр. Л.: Ж, ШТГс. 32-36.

4. Шкиря Т.М., Каратник И.Р. Исследование махозичного при-

>па Hatw» пттгт »лег» va rrt.roылжег япаоалиш.» _ R tsts ' TítSrttf

5. Каратник И.Р., Шкиря Т.М. Обоснование параыетроз и реэш-эв работы станка для изготовления колотых балансов. - В кн.: зз. докл. респ. научн.-техн. конф., Львов, ЛШИ, 1969, с. 12324.

6. Каратник И.Р., Шкиря Т.М.. Гомонай В.В. Ножевая головка эя раскалывали лесоматериалов. A.C. № I4I2958 Б.И. № 28, 1968.

7. Шкиря Т.М., ¡(аратник И.Р. Устройство для отвода поленьев г дровокольного механизма. A.C. № IQ08II8 Б.И. № 12, 1983.