автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса формирования длин пиломатериалов и надежности узла торцевания

На правах рукописи

МАРКИН Николай Иванович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ДЛИН ПИЛОМАТЕРИАЛОВ И НАДЕЖНОСТИ УЗЛА ТОРЦЕВАНИЯ

Специальность 05.21.05 - «Древесиноведение, технология и оборудование деревообработки"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Архангельск - 2003

Работа выполнена в

Архангельском государственном техническом университете (АГТУ).

Научный руководитель

Научный консультант Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший научный сотрудник А.Е.Алексеев

кандидат технических наук, доцент В.П.Емельянов

доктор технических наук, старший научный сотрудник A.M. Копейкин

кандидат технических наук, старший научный сотрудник И.Ю. Королев

Ведущая организация ОАО «Научдревпром-ЦНИИМОД»

Защита диссертации состоится 17 декабря 2003 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 в Архангельском государственном техническом университете (163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1228)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.

Автореферат разослан ноября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

K.T.H., доцент . А.Е. Земцовский

^ \f522

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Оборудование для выполнения операций подготовки и формирования длин досок в процессе торцевания пиломатериалов должно обеспечивать точное и быстрое позиционирование доски или исполнительного механизма в шаговом или свободном режиме, возможность безинерционного торможения обрабатываемого материала или приспособления.

Торцовочные установки отличаются друг от друга по уровню механизации и автоматизации; виду торцовки; методу торцовки; конструктивному признаку - по способу подачи пилы, количеству пил, по способу подачи пиломатериалов и т.д. По исполнению применяемые торцовочные узлы для раскроя пиломатериалов могут быть выполнены с суппортами, качающимися рамами, шарнирными механизмами надвигания и с каретками для подачи материала.

Для преобразования вращательного движения в поступательное в торцовочных станках используются: кривошипно-шатунные механизмы, пары «винт - гайка», «шестерня - рейка», гибкие передачи. Наличие значительного количества гидравлических и пневматических распределителей, гидронасосов или компрессоров, трубопроводов, дросселей для регулирования скоростей перемещения исполнительных механизмов приводит к снижению надёжности торцовочных устройств и точности торцевания пиломатериалов.

Линейный электропривод позволяет исключить промежуточные звенья, использующие механические, гидравлические или пневматические передачи. В зависимости от области применения линейные двигатели могут быть разделены на три группы: для получения механической силы; для получения механической энергии; для получения механической мощности. Среди низкоскоростных линейных асинхронных двигателей цилиндрические имеют наиболее высокие технико-экономические показатели. Применение цилиндрических линейных асинхронных двигателей (ЦЛАД) для привода позволяет упростить конструкцию торцовочного устройства, обеспечивает возможность повышения скорости перемещения узла торцевания и необходимое регулирование скорости движения исполнительного механизма, повышение надежности работы станка и качества обработки пиломатериалов. Отсутствие кинематических связей статора и вторичного элемента, а также промежуточного рабочего органа в виде жидкости или газа, позволяет получать неограниченные перемещения в системе координат. Статор линейного двигателя может быть отделен от вторичного элемента не только электрически, но и механически. Вторичный элемент может использоваться не только как рабочий орган машины, а одновременно участвовать в создании полезной силы тяги. Линейный асинхронный двигатель обеспечивает решение вопросов торможения вторичного элемента и его точного останова. В настоящее время торцовочные приводы от ЦЛАД в лесопильном производстве не применяются. В связи с этим возникает потребность исследования электропривода торцовочного устройства с линейным асинхронным двигателем.

Каждый двигатель имеет индивидуальные особенности и требует согласования характеристик с характеристиками исполнительного механизма. Поэтому научное обоснование технологических параметров торцовочного устройства с приводом перемещения пилы ЦЛАД и создание торцовочного станка с ЦЛАД являются актуальными вопросами совершенствования технологического оо^^о^а^ща оЩ)дай«б^фатываю-щих производств.

библиотека i

«ЗЁй!

Цель я задачи исследований. Цель работы - обоснование основных технологических параметров торцовочного устройства маятникового типа с линейным электроприводом механизма перемещения узла резания.

Для достижения поставленной цели решению подлежали следующие задачи:

- определить влияние условий формирования длин пиломатериалов на выбор градации торцевания пиломатериалов;

- разработать классифицированное представление технологии и оборудования при позиционном торцевании пиломатериалов в шаговом режиме с динамическим торможением на механизированных и автоматизированных установках;

- разработать методику расчета параметров цилиндрического линейного асинхронного привода с учетом технологических требований к операции торцевания пиломатериалов;

- обосновать технологические параметры торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического линейного асинхронного электропривода. Методы исследований. При исследовании условий формирования длин

пиломатериалов в зависимости от переменных факторов, относящихся к пиловочным сортиментам, применялся метод параметрического шагового анализа имитационной модели раскроя круглых лесоматериалов. При исследовании параметров цилиндрического линейного асинхронного привода (ЦЛАД) использованы методы математического моделирования и анализа, дифференциальных исчислений. Обработка результатов экспериментов проводилась с применением современных средств программного обеспечения, вычислительной техники и методов обработки информации. Научная новизна работы.

- впервые определены технологические параметры торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического асинхронного линейного электродвигателя и процесса торцевания пиломатериалов;

- получены зависимости скорости подачи и перемещения пилы при маятниковом исполнении торцовочного устройства;

- получены зависимости изменения геометрических параметров углов резания от величины углового отклонения рычага привода торцовочного устройства;

- разработана методика расчета цилиндрических линейных асинхронных двигателей с массивной подвижной частью ЦЛАД и наличием ферромагнитной среды;

- обоснованы параметры цилиндрического линейного асинхронного электродвигателя с расчетными показателями тягового усилия, хода и скорости выполнения операций применительно к узлу торцевания;

- решены уравнения движения подвижной части ЦЛАД с учетом сил трения на холостом ходу и при различных нагрузках;

- получены зависимости перемещения подвижной части ЦЛАД от нагрузки с учетом времени разгона и характера перемещения привода торцовочного устройства при различных нагрузках с учетом электромагнитных переходных процессов; Практическая значимость работы. В результате проведенных исследований

научно обоснована и реализована конструкция цилиндрического линейного асинхронного привода для узла торцевания пиломатериалов, разработаны технологические требования процесса торцевания пиломатериалов на маятниковых станках с подачей деревообрабатывающего инструмента по криволинейной траектории линейным электроприводом.

На защиту выносятся:

- результаты проведенных исследований и научно-обоснованные рекомендации по применению линейного привода в торцовочных устройствах для пиломатериалов;

- разработанные методики для определения основных технологических параметров процесса торцевания и конструктивного расчета торцовочного устройства с маятниковой подачей режущего инструмента линейным электроприводом;

- методики расчета параметров цилиндрического линейного асинхронного привода при холостом ходе и под нагрузкой с учетом переходных процессов, формируемых силовыми показателями процесса торцевания пиломатериалов и кинематикой станка.

Реализация результатов. Результаты работы использованы ОАО «Научдревпром-ЦНИИМОД» при разработке конструкторской и технической документации на торцовочный станок с приводом перемещения пилы от цилиндрического линейного асинхронного привода, а так же при изготовлении торцовочного станка ТСП-2. Результаты исследований, экспериментальные стенды используются в учебном процессе АГТУ при подготовке инженерных кадров для лесопромышленного комплекса.

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на: всесоюзных научно-технических и научно-практических конференциях ЦНИИМОДа (г. Архангельск, 1986-1989 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава АГТУ (г. Архангельск, 1999-2003 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь печатных работ. Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 104 наименований, приложения.

Объем работы - 152 страницы. Основное содержание работы изложено на 131 странице, включая 29 рисунков.

Краткое содержание работы

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, дана краткая характеристика процесса торцевания пиломатериалов на механизированных и автоматизированных-линиях обработки пиломатериалов и оценка возможности применения линейного электропривода торцовочных узлов.

В первой главе приведены результаты анализа применяемых технологий и оборудования для торцевания пиломатериалов.

Классификация торцовочных установок приведена на рис. 1. По уровню механизации и автоматизации станки встречаются первого, второго, третьего и четвертого поколения. Станки первого поколения - станки, имеющие главный привод и привод подачи. К станкам второго поколения можно отнести автоматические и полуавтоматические линии. При помощи автоматических устройств осуществляются переместительные операции и настройка в размер. Станки третьего поколения - это станки с компьютерным обеспечением, работающие по программе, составляемой для данного станка и гибко учитывающей все возможные варианты обработки. В станках четвертого поколения производится оценка поступающего материала и выбор программы его обработки с учетом заданных критериев. По виду торцевания операции формирования длин пиломатериалов можно разделить на два вида: предварительная и окончательная. При формировании стандартных длин досок место реза определяется

градацией торцовки, установленной требованиями нормативных документов. По методу торцовки существуют установки проходного типа и позиционные. На позиционном торцовочном станке доска останавливается во время пиления, а на проходных станках пиление происходит во время движения. К позиционным относятся такие способы торцовки как торцовка досок на позиционных торцовочных столах с поперечной подачей и продольной или поперечным удалением досок с операции; торцовка досок на поперечных цепных конвейерах с упорами; торцовка досок на поперечных цепных конвейерах без упоров при стационарном расположении одной круглой пилы на одной из сторон. По конструктивному признаку станки бывают однопильные и многопильные. В торцовочных станках с подвижным суппортом (однопильных), предназначенных для точного и предварительного торцевания, подача суппорта осуществляется на неподвижную заготовку. Результирующая сил резания направлена так, что прижимает заготовку к столу и линейке, поэтому, как правило, не требуется прижимных устройств. Чтобы повторить рез, суппорт должен быть отведен в исходное положение, а заготовка перемещена вдоль своей оси на заданный размер. Различают станки с перемещением суппорта по дуге окружности и с прямолинейным перемещением. Станки с криволинейной подачей могут быть с верхним и нижним расположением пилы. В станке с верхним расположением пилы - маятниковом станке пильный суппорт смонтирован на рычаге с верхним шарниром. Надвигание пилы осуществляется вручную или с помощью пневмоцилиндра. В станке с нижним расположением пилы пильный суппорт смонтирован на рычажной системе под столом. Рабочее движение осуществляется снизу вверх от гидроцилиндра через систему рычагов. Наибольшее применение в лесопильном производстве получили балансирные торцовочные станки. Пила в этих станках расположена внизу, под материалом, подача пилы гидравлическая или пневматическая. Станки с прямолинейной подачей бывают с перемещение суппорта по направляющим и рычажно-шарнирного типа. Станки с неподвижным суппортом предназначены для окончательного торцевания. Движение подачи придается заготовке с помощью конвейера, каретки или барабана. Наиболее распространены станки с подачей с помощью конвейера (концеравнители). В них реализуется проходной метод обработки. К многопильным торцовочным станкам относятся триммеры и слешеры. Для поперечного деления отходов (горбылей, реек) лесопильного производства применяются слешеры - многопильные торцовочные агрегаты с постоянно установленными пилами (от трех до восьми), материал на которые подается несколькими цепями с упорами. Централизованный автоматизированный участок выборочной торцовки и обрезки досок основывается на проходном устройстве триммерного типа. Управляющая ЭВМ с помощью датчиков контролирует размеры и форму полуфабрикатов, путем имитационного раскроя определяет оптимальные размеры длины и ширины обрезных досок и выдает команды исполнительным механизмам на ориентирование полуфабрикатов перед обработкой и настройку пил торцовочного устройства и обрезных станков. В результате использования ЭВМ повышается объемный выход обрезных пиломатериалов до 2%. Распределение досок между обрезными станками осуществляется ЭВМ с помощью шаговых устройств поштучной выдачи, обеспечивая их бесперебойную равномерную загрузку. По способу подачи пилы торцовочные установки можно разделить на ручную подачу пилы и автоматические линии. Станки для оптимизации и выбраковки дефектов являются автоматическими торцовочными станками, способными вырезать из древесины дефекты и производить качественную оптимизацию полезной ее части в

2 се

Станки дня торцовки пиломатериалов

Товцовш питии

I Торцовка нсжами"

I Другие способы тоиювш I

По вицу торцовки

11-го по копе шя! 13-гощциде

13-го по копе ккя Ь

14-готхшвнхя

По уровню механизации и автоматизации

Предварительная

| Позиционные

- позиционные торцовочные столы с поперечной подачей и прснопыюй или поперечной убсргой аэсокс операции;

- поперечные цепные нжвенерыс упорами;

- поперечные цепные транспортеры без 5паров при стационарном расположении одной крупгойпилы ив одной из сторон транспортеров.

Отнчатеяьиая:

- бравсвочис-торцовочные для окончательной обработки пиломатериалов после сушки с сортировкой их ш группам качества; I

- браковочно-торцовочные доя окончательной обработки пиломатериала® после сушки с сортировкой их ш группам качество и длинам или группам длин;

«рилмеры, сблокированные с сортировочными установками

Проходные: -многопильные триммеры.

_1_По метотгтошожи

По конструктивному признаку

По способу управления пилами

Позиционно-прокодные

1ЬДноготадчД I Однотипные

С псцвижным суппортом

неподвижным суппортом

Сривопинейнвя подача (по дуге офукности)

Верхнее расположение пилы (маятниковые)

подача

==г

подача

Перемещение суппорта по направляющим

Нижнее расположение пилы (б аганснриые)

Рычажно-шарнирные

Триммеры и слещеры

Подача заготовки барабаном

Ьвтокаютес-

Линии централизованной торцовки

Пвдача заготовки конвейером (нонцеравнитель)

Подача заготовки кареткой

81 §'я

; I ш £

Д о Ег

к й Я Я

3 в Э к 2 К » х

Рис. 1 - Классификация торцовочных станков и линий торцовки

>8

а

о ъ

3 е

Рис. 2 - Классификация линейных асинхронных двигателей

В торцовочных станках подача пилы может осуществляться одним из способов, представленных на рисунке 3. При нижнем расположении пилы в торцовочном станке криволинейный профиль поверхности рычагов может быть выполнен по вогнутой или выпуклой кривой различного вида (рис. 4). При позиционном торцевании на неподвижную заготовку осуществляют подачу пилы. Сложение двух одновременно происходящих движений - резания и подачи при пилении круглой пилой приводит к циклоидальной абсолютной траектории резания. Ввиду малости отношения скоростей подачи и резания и / V в расчетах принимают абсолютную траекторию резания за окружность.

ива.

а) балансирная; б) суппортная; в) рычажно-шарнирная; г) маятниковая

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований влияния поперечных сечений досок и градации торцовки на выход пиломатериалов.

Для выработки рекомендаций по торцовке пиломатериалов при обосновании технологических требований проведены исследования с целью изучения зависимости выхода пиломатериалов от следующих факторов: диаметра и длины круглых лесоматериалов, заданных толщин тонких и толстых досок, градации торцовки пиломатериалов. Вариант ориентации сортиментов - по оси постава. Рассматриваемые пары толщин досок: 19-44; 19-50; 19-75; 22-44; 22-50; 22-75; 25-44; 25-50; 25-75 мм. Рассматриваемая градация равна 0,25; 0,30; 0,60 м. Диаметр изменяется от 14 до 40 см.

Полученные результаты анализировали на возможность выделения приоритетных вариантов набора толщин досок в постав при соблюдении сбалансированного объема пиломатериалов по количественному выходу. По данным исследований составлены семейства графиков изменения выхода пиломатериалов от принятой градации торцовки досок и условно-постоянных факторов производства (рис. 5).

70

65

60 У.% 55

50

45

40

22-44

1

у/ "■С" 3

У/' 2

//

10

15

20 25 4,см 30 35 40

70

65

60 У.% 55

50

45

40

22-30

1

^ у 2

10

15

20

25 а.,

30

35

40

70

65

60 У,% 55

50

45

40

22-75

у " \ 2

у 3

10

15

20

25 <1,см 30

35

40

Рис. 5 - Изменение выхода пиломатериалов при толщине тонкой доски 22 мм, центральной доски 44 мм (а); при толщине тонкой доски 22 мм, центральной доски 50 мм (б); при толщине тонкой доски 22 мм, центральной доски 75 мм: 1 - градация торцовки 0,25 м; 2 - градация торцовки 0,3 м; 3 - градация торцовки 0,6 м.

Изменения характеристик выхода пиломатериалов в зависимости от диаметра свидетельствуют, что с увеличением диаметра повышается максимально возможное, минимально возможное и среднее значение выхода пиломатериалов.

Изменения характеристик выхода пиломатериалов в зависимости от градации длин показывают, что с увеличением градации уменьшается максимально возможный выход пиломатериалов; с увеличением градации от 0,25 до 0,30 м увеличивается минимально возможный выход пиломатериалов; с увеличением градации от 0,25 до 0,60 м уменьшается минимально возможный выход пиломатериалов; с увеличением градации от 0,25 до 0,30 м диапазон возможных значений выхода пиломатериалов сокращается; с увеличением градации от 0,25 до 0,60 м диапазон возможных значений выхода увеличивается; с увеличением градации от 0,25 м до 0,30 м среднее значение выхода практически не уменьшается; с увеличением градации от 0,25 м до 0,60 м уменьшается среднее значение выхода.

Изменения характеристик выхода пиломатериалов в зависимости от толщин тонких и толстых досок позволяют установить, что с увеличением толщины тонких досок при неизменной толщине толстых досок уменьшается максимальный выход, минимально возможный выход, средний выход.

Максимально возможный выход, минимально возможный выход и средний выход при увеличении толщины тонкой доски и неизменной толщине толстой доски с увеличением градации длин пиломатериалов уменьшается. Изменение градации практически не влияет на средний выход пиломатериалов в пределах групп толщин. С увеличением толщины толстых досок при неизменной толщине тонких досок максимальный выход, минимально возможный выход пиломатериалов и средний выход увеличивается. Максимально возможный выход, минимально возможный выход и средний выход при увеличении толщины тонкой доски и неизменной толщине толстой доски с увеличением градации увеличивается. При увеличении градации от 0,25 м до 0,30 м диапазон возможных значений выхода сужается, а при увеличении градации до 0,60 м увеличивается.

Из всех рассмотренных выше способов задания толщин досок и градации длин при осевом способе ориентации сортиментов выбирали варианты, которые обеспечивают меньшие потери выхода. На основании проведенных исследовании могут быть рекомендованы в пределах заданных параметров толщин тонких и толстых досок к использованию в условиях назначения дискретных параметров - градацию длины пиломатериалов 0,25 м.

В третьей главе приведена методика расчёта параметров ЦЛАД для привода механизма подачи узла резания торцовочного устройства.

Уравнение ЦЛАД (рис. 6) без учета электромагнитных переходных процессов, характеризующее механические характеристики цилиндрического линейного асинхронного двигателя, представляет собой дифференциальное уравнение второго порядка (х - перемещение, м; уд - скоростй бегущего магнитного поля, м/с; - сила статического сопротивления движению, Н; т - общая масса вторичного элемента и приводимых в движение им тел, кг; К - коэффициент, значение которого зависит от положения вторичного элемента по отношению к статору двигателя, К=1; А, В, С, И-коэффициенты)

2 4

3

Рис. 6 - Принципиальная конструкция стенда: 1 - цилиндрический двигатель; 2 - вторичный элемент; 3 - фотодатчик;

4 - гребенчатая линейка; 5 - нагрузка.

Уравнение справедливо для процесса разгона, а также для торможения в генераторном режиме и при противовключении. Коэффициенты этого уравнения зависят от частоты и напряжения источника тока. Характеристики ЦЛАД не описываются непрерывной функцией, что связано с изменением выражения для коэффициента К в уравнении. Если в процессе разгона или торможения вторичный элемент двигателя проходит ряд положений, для которых значение К определяется различными выражениями, то общая характеристика машины находиться поэтапно. Основными слагаемыми силы сопротивления являются: силы трения между вторичным элементом и подшипниками; силы трения в самих подшипниках; сила трения между вторичным элементом и воздухом; сила тяжести груза.

Уравнение движения вторичного элемента для холостого хода имеет вид

При исследовании тяговых характеристик использовали грузы массой 2,5; 5; 8,5 кг. Модули сил сопротивления в различных опытах: 24,5; 49; 83,3 Н. С учетом этого уравнение движения вторичного элемента в зависимости от нагрузки имеет вид

-5,988 -103 • (6 - ж1) = О

Решением уравнения движения ротора цилиндрического линейного асинхронного двигателя при холостом ходе является функция х(1). Уравнение, характеризующее изменение времени от скорости

Для отыскания функции перемещения от времени x(t) по функции скорости от времени y(t) использовали численный метод при изменении скорости в течение 5 секунд, íe[0;5]. Выбор интервала обусловлен достижением вторичным элементом установившегося значения. Далее делили интервал на 100 отрезков одинаковой длины h = 5/200 = 0,025 сек и находили значение скорости на концах отрезков.

1,337-Ю'-ОО2-1,605-Ю5-х'+4,818-Ю5 - 5,988-103-(6-x') = 0 (2)

1,337-Ю4 •(х')2 -1,605-Ю5 •*I+4,818-Ю5

(3)

í0>) = -0.724 • ln(v0 - у) - 0.013 • (v0 - - 5.581 ■ 10"3 -(v0-y)2 +1.558. (4)

На рис. 7 представлены графики v(t) при холостом ходе и нагрузке 2,5; 5; 8,5 кг. По оси Оу - скорость м/сек, по оси Ох - время, сек. На рис. 8 представлены графики x(t) при холостом ходе и на1рузке 2,5; 5; 8,5 кг. По оси Оу - перемещение м, по оси Ох -врем сек.

нагрузках:

1 - холостой ход, 2 - нагрузка 2,5 кг, 3 - нагрузка 5 кг, 4 - нагрузка 8,5 кг.

Вб

Рис. 9 - Графики изменения потокосцеплений во время переходного процесса (по оси ОХ - время, сек; по оси ОУ - потокосцепление, Вб)

Результаты теоретических исследований характеристик ЦЛАД с учетом электромагнитных переходных процессов включали решение система дифференциальных уравнений трехфазного ЦЛАД в условиях движения с произвольной скоростью в системе координат и, V. Полученные результаты решения

Рис. 10 - Графики изменения скорости вторичного элемента с учетом (1) и без учета (2) электромагнитных переходных процессов (по оси ОХ - время, сек; по оси ОУ -

скорость, м/сек)

Рис. 11 - Графики изменения перемещения вторичного элемента с учетом (1) и без учета (2) электромагнитных переходных процессов (по оси ОХ - время, сек; по оси О У

- перемещение, м)

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, стендовых испытаний электромеханических параметров цилиндрического линейного асинхронного электропривода, обоснование технологических параметров

торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического линейного асинхронного двигателя.

Устройство, измеряющее линейную скорость вторичного элемента ЦЛАД, состоит из двух блоков: памяти и измерения. Основными частями блока памяти являются: счетчик адреса; оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); буфер шины данных; сдвиговый регистр с двумя выходными линиями. Измерение скорости производится с помощью оптического датчика, вырабатывающего прямоугольные импульсы с периодом, пропорциональным скорости движения вторичного элемента. Вместе со штоком движется и гребенчатая металлическая рейка с шириной пропила и зуба по 1 мм. Двухканальный оптический датчик закреплен неподвижно и представляет собой светодиод, два фотодиода и два триггера Шмитта для формирования прямоугольных импульсов. Гребенчатая рейка свободно перемещается в зазоре между с вето- и фотодиодами. С выхода оптического датчика поступают импульсы с частотой, пропорциональной скорости движения гребенчатой рейки. Измерением длительности периода импульса 7 определяется средняя скорость движения подвижных контактов выключателя на участке в 2 мм. Скорость движения вторичного элемента ЦЛАД при скольжении, равном нулю, составляет 6 м/сек. Период поступающих импульсов Т = 0,33 мс. Использование второго канала оптического датчика, смещенного относительно первого канала на угол 90°, определяет направление движения гребенчатой рейки.

Блок измерений включает управляемый генератор. По приходу положительного фронта с первого оптического датчика данные со счетчика (и второго датчика) записываются в параллельный 16-разрядный регистр. Формирователь импульсов служит для генерации импульсов обнуления счетчика данных и импульса на запись данных с параллельного регистра в ОЗУ. После появления данных на выходе регистра формируется сигнал записи в блок ОЗУ. Запись данных в блок памяти идет параллельно и соответственно диа1рамма записи в ОЗУ соответствует диаграмме записи в блок памяти.

Программное обеспечение включает программы считывания данных из блока ОЗУ и записи их в файл данных; вывода данных из блока ОЗУ на экран монитора; вывода данных из блока ОЗУ в структурированный файл; построения графиков скорости по результатам теоретических (для холостого хода и нагрузок 2,5; 5; 8,5 кг) и экспериментальных исследований.

Расчетная схема рычажного механизма приведена на рис. 12. Угол встречи а представляет собой угол между зубом пилы и нормалью к оси вращения рычага в начальный момент пиления заготовки, а предельный угол контакта а; - в момент окончания ее движения. На схеме: А - точка входа зуба пилы в древесину; В - точка выхода зуба из древесины; Н - высота пропила (толщина заготовки); С - расстояние между столом станка и осью пильного вала, <рвх, <рвых, фср - углы входа, выхода и средний угол, определяющие положение зуба на дуге резания, соответствующей А', В'. Крепление пилы на валу станке осуществляется при помощи шайб.

Для условий перемещения заготовок, имеющих плоскую опорную поверхность, усилие подачи и прижима зависит от схемы станка и состоит из суммы проекций на направление подачи: сил резания в, сил подачи. Сила подачи прилагается в точке О, отстоящей от оси вращения рычага на расстоянии Ь и действует по стрелке и. Расстояние Ь выбирается по технологическим и конструктивным соображениям, условиям размещения стола, высоты обслуживаемого оборудования, расстояния перемещения пилы и т. д.

Скорость резания при диаметре пилы Б = 400 мм и частоте вращения пильного вала п = 3000 мин составляет V = 62,8 м/с, где - касательная силы резания Рк = 45,359 Н. Расстояние от плоскости стола до оси пильного вала с учетом диаметра зажимных шайб пилы (С > ёш) при г - радиусе пилы, мм; И - толщине торцуемой доски, мм; г - максимальном выступе пилы за верхнюю пласть доски, мм.: с: = г - И - ?.. Расстояние от правой кромки доски до вертикальной оси симметрии при длине рычага до оси вращения 1

Ы := 1 + г

г-с -Ь

- (1 + И + с)

(5)

расстояние от левой кромки доски до вертикальной оси симметрии

[~2 2 Ьо:=уг - (И + с)

(6)

ширина доски - Ьтах: = Ь0 + Ь).

Рис. 12 - Расчетная схема рычажного механизма привода торцовочного устройства

При расчете параметров движения вторичного элемента исходили из того, что движению вторичного элемента сопротивляется сила Рёф), направленная обратно к силе резания

(влы-ьгв^

ка:=

(7)

где Ьх.Ьу - плечи проекций силы сопротивления;

р - расстояние от оси вращения рычага до линии действия силы Б«!.

Сила резания определяется в точке, соответствующей середине дуги резания. Для построения графика изменения положения точки резания при подаче пилы по дуге окружности определяли зависимость изменения угла резания от угла отклонения рычага в разные моменты времени. В моменты времени, когда угол входа пилы приходится на левую кромку доски, а угол выхода - на нижнюю пласть доски, зависимость ф1(Р) имеет вид

ф1(р):=

[с + 1 (1 - соз(р))Т

(8)

В моменты времени, когда угол входа пилы приходится на верхнюю пласть доски, а угол выхода - на нижнюю пласть доски, зависимость ф2(Р) имеет вид

ф2(р) :=

с + 1(1 -соэСр)) + Ь

1с+1-(1-е08(Ш

(9)

В моменты времени, когда угол входа пилы приходится на верхнею пласть доски, а угол выхода на правую кромку доски зависимость фЗ(Р) имеет вид

<Р(Р):

>/г2 - (1-аш(р) + Ьо)2

[с + 1-(1 - С05(р)) + ЬТ

(10)

Для расчета общей зависимости угла резания от угла отклонения рычага определяли углы его отклонения в граничных точках (О, Е, Б) соответственно

Ы +>/г2-[с + 1(1 - «и (р))]2 1

51п(р) :

Ы+У^[с + 1(1-со5(р)) + ь]2

вт(р)

8т(|})

(П) (12) (13)

Полученные значения углов: (Зп = 24', рЕ = 14", Рг = 6'. Общую зависимость изменения угла резания от угла отклонения рычага определяли методом Хивисайда

:=Ф,(Р) - э] - - э]] ^ ФКЭ) [-[('--^б) - э] - - р]] - ^ -р]

(14)

График зависимости угла резания от угла отклонения рычага представлен на рис. 13. С учетом изменения угла резания, сила сопротивления

Ыа-иф-цОйуф)

Р (15)

Исходными данными для расчета движения служит дифференциальное уравнение движения вторичного элемента линейного асинхронного двигателя

1,337-104-М!-1,«)5-105'х'+4,818103 -5,988-10'•(6-х')=0

(16)

Для решения этого уравнения выражали угол р через перемещение вторичного элемента х. С учетом того, что 6 - угол изгиба рычага уравнения движения

«Р)

0.5

Р := 180-9 - айп

(3

(17)

Рис. 13 - Изменение угла резания от угла отклонения рычага

где

Ll(x) :=cos g -atan

Fd(x) ::

. [Sx(x)-Ll(x) - (L2(x))-Sy(x)]

156.84- -r + I-cos

180

-atan^—^ + я -

156.84-

180

1Дх):

:=l-smf-atañí-1 + я- 156.84—1 - r-sinf Q -atañí+ я - 156.84—

l Ы 180j 14 IpJ 180

(19)

(20)

Sy(x) := Pk-^-sin^-atan^-j + я - 156.84-^j j j - M-cos^-atan^-j + я - 156.84-Si<x) := Pk-^cos^-atan^-j + я - 156.84^jj - -M-sinj^-atan^-j + я - 156.84-j^

(22)

Расстояние от плоскости стола до оси пильного вала 0,105 м. Наибольшая толщина торцуемой доски равна 75 мм. Коэффициент остроты зуба пилы составляет 0,2. Диаметр пилы 0,4 м. Скорость подачи пилы на заготовку Vp при скорости движения вторичного элемента линейного асинхронного двигателя Vi: Vp = (р / 1) Vi. Графики скорости движения вторичного элемента линейного асинхронного двигателя и скорости подачи пилы приведены рис. 14.

V,m/c

Рис. 14 - Графики скоростей: движения вторичного элемента линейного асинхронного двигателя - 1 и скорости подачи пилы - 2.

Необходимость прижима заготовки к столу во время резания зависит от направления сил S'x и S'y, действующих со стороны пилы на торцуемую доску и являющихся реакциями сил Sx и Sy. В рассматриваемом случае эти силы прижимают заготовку к установочной и направляющей базам, поэтому дополнительных базирующих механизмов для создания силового замыкания не требуется.

В пятой главе приведена оценка эффективности результатов исследований. Определение производительности торцовочного устройства выполнено при использовании метода последовательного наращивания факторов (по фактору площади поперечного сечения обрабатываемых досок; по фактору среднего объема формируемых пакетов; по фактору объема партии запуска) с учетом времени простоя и времени переналадки.

Экономическая эффективность использования градации длины, равной 0,25 м по сравнению с градацией 0,6 м заключается в уменьшении объема отходов. Среднее увеличение выхода пиломатериалов составляет 1,78%.

Общие выводы и рекомендации

1. В результате классификационного анализа применяемых технологии и оборудования для торцевания пиломатериалов установлены технологические параметры процесса торцевания: по способу торцевания пиломатериалов, по виду торцевания; по уровню механизации и автоматизации; по методу торцевания; по конструктивному исполнению устройств для торцевания пиломатериалов; по способу управления пилами и схеме перемещения механизма главного движения.

2. На основании анализа влияния геометрических параметров сортиментов, сечений пиломатериалов и градации торцовки на выход пиломатериалов установлены характер и диапазоны изменения наибольшего, среднего и наименьшего выхода в зависимости от назначаемых толщин толстых и тонких досок, пар толщин (19-44; 1950; 19-75; 22-44; 22-50; 22-75; 25-44; 25-50; 25-75 мм) при дискретной градации торцовки 0,25; 0,3; 0,6 м.

3. С учетом параметров усилий резания пиломатериалов поперек волокон круглыми плоскими пилами сформулированы требования процесса торцевания; определены технологические параметры торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического асинхронного линейного электродвигателя и процесса торцевания пиломатериалов; при стендовых испытаниях отработаны электромеханические параметры цилиндрического линейного асинхронного двигателя; установлены его основные технические характеристики и эксплуатационные показатели.

4. В результате экспериментальных исследований уточнены зависимости скорости подачи и перемещения пилы при маятниковом исполнении торцовочного устройства и верхнем расположении пилы; получены зависимости углов входа и выхода зубьев пилы из зоны пропила древесины пиломатериалов; получены зависимости изменения угла резания от угла отклонения рычага.

5. Разработана классификация асинхронных электроприводов и выполнен анализ конструкций линейных асинхронных электродвигателей и методики их расчета. На основе анализа конструктивных особенностей линейных асинхронных электродвигателей рассмотрены схемы их включения в состав исполнительных устройств операций процесса торцевания пиломатериалов.

6. Применение цилиндрических линейных асинхронных электродвигателей наиболее рационально удовлетворяет конструктивному исполнению торцовочных устройств с поступательным или возвратно-поступательным движением рабочего органа позволяя исключить промежуточные звенья.

7. Согласованы механические характеристики двигателя линейного электропривода с характеристиками исполнительного механизма в процессе торцевания пиломатериалов.

8. Разработана методика расчета цилиндрических линейных асинхронных двигателей с массивным вторичным элементом и наличием ферромагнитной среды; обоснованы параметры с расчетными показателями тягового усилия, хода и скорости выполнения операций. В результате теоретических исследований: решены уравнения

2o0 ?-Ä

»195217^2Т

движения вторичного элемента с учетом сил трения на холостом ходу и при различных нагрузках; получены зависимости перемещения вторичного элемента от нагрузки с учетом времени разгона и характера перемещения при различных нагрузках; получены временные зависимости потокосцепления с учетом электромагнитных переходных процессов.

Основное содержание диссертации и результаты исследований представлены в

работах

1. Маркин Н.И. Позиционный электрический привод в деревообработке // Роль молодых ученых и специалистов в повышении эффективности использования древесины и отходов в народном хозяйстве: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. - Архангельск, 1986. - С. 92-93.

2. Маркин Н.И. О преимуществах линейных электроприводов в механизмах позиционирования продольно-круглопильных станков // Резервы использования материальных и трудовых ресурсов: Науч. тр. - Архангельск: ЦНИИМОД, 1988. - С. 183-187.

3. Маркин Н.И. Особенности проектирования цилиндрических линейных асинхронных двигателей для механизмов позиционирования: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. - Архангельск, 1989. - С. 84-87.

4. Маркин Н.И. Стенды для исследований линейных асинхронных двигателей: Тезисы докладов всесоюзной научно-технической конференции. - Архангельск, 1989. - С. 92-95.

5. Исследование и разработка линейных асинхронных двигателей для привода пил / В.П.Емельянов, В.М.Волков, Н.И.Маркин // Повышение эффективности энергетических систем и оборудования: Сб.науч.тр. / АГТУ. - 1999. - С. 50-58.

6. Емельянов В.П., Маркин Н.И. Цилиндрический линейный двигатель // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования: Сб.науч.тр. / АГТУ. - 2002. - С. 78-80.

7. Алексеев А.Е, Емельянов В.П., Маркин Н.И. и др. Позиционное торцевание пиломатериалов в шаговом режиме с торможением на механизированных и автоматизированных установках. - Северодвинск: ФГУП «ПО «Севмаш», 2003. -243 с.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направить по адресу: 163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины,17, АГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.008.01 Земцовскому А.Е.

Сдано в произв. 11.11.2003. Подписано в печать 11.11.2003. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,1. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 307. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии Архангельского государственного технического университета.

163002, г. Архангельск, наб. Северной Двины, 17

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Классификация технологии и оборудования для формирования длин пиломатериалов.

1.2 Классификация и конструкции линейных асинхронных двигателей.

1.3 Выводы, цель и задачи исследований.

2 ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ДОСОК И ГРАДАЦИИ ТОРЦОВКИ НА ВЫХОД ПИЛОМАТЕРИАЛОВ.

2.1 Общие методические положения.

2.1.1 Условия формирования длин пиломатериалов.

2.1.2 Порядок вычисления и обработки результатов.

2.2 Результаты сопоставительного анализа.

2.2.1 Влияние градации длин пиломатериалов на показатели раскроя.

2.2.2 Влияние толщин тонких и толстых досок на характеристики выхода.

2.3 Выводы по главе.

3 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЦЛАД МЕХАНИЗМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КРУГЛОЙ ПЛОСКОЙ ПИЛЫ В

УСТРОЙСТВЕ ТОРЦЕВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ.

3.1. Методика расчета параметров цилиндрического линейного асинхронного двигателя.

3.1.1. Исходные данные.

3.1.2 Уравнения ЦЛАД без учета электромагнитных переходных процессов.

3.1.3 Определение электрических параметров цилиндрического линейного асинхронного двигателя.

3.1.3.1 Расчет электрических величин статора.

3.1.3.1.1 Расчет цепи намагничивания.

3.1.3.2 Расчет электрических величин ротора.

3.2 Решение уравнения движения ротора цилиндрического линейного асинхронного двигателя при холостом ходе.

3.3 Решение уравнения движения ротора цилиндрического линейного асинхронного двигателя при различных нагрузках.

3.4 Результаты теоретических исследований характеристик ЦЛАД с учетом электромагнитных переходных процессов.

3.4.1 Общие положения.

3.4.2 Система дифференциальных уравнений трехфазного ЦЛАД.

3.5 Выводы по главе.

4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1 Описание стенда для исследования параметров электропривода на базе цилиндрического асинхронного двигателя.

4.2 Обоснование технологических параметров торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического линейного асинхронного двигателя.

4.2.1 Схема привода главного движения пилы.

4.2.2 Параметры резания.

4.2.3 Определение технологических параметров станка и процесса торцевания.

4.3 Выводы по главе.

5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

Поперечный раскрой пиломатериалов используется для получения готовых к пакетированию пиломатериалов заданных длин или при раскрое непрерывной ленты клееных пиломатериалов, а также для получения заготовок, используемых при склеивании пиломатериалов.

Применение операции торцовки осуществляется при проходном и позиционном способах обработки пиломатериалов по длине. При предварительной торцовке пиломатериалов формирование длины доски производиться при отделении ее шилохвостого конца. В этом случае торцовке подвергаются преимущественно сырые пиломатериалы. Способ торцовки как позиционный, так и проходной при применении участков торцовки на базе одного-двух торцовочных станков или механизированной линии соответственно. Формирование стандартной длины пиломатериалов производится после сушки на автоматизированных линиях при проходном способе обработки и поперечном перемещении пиломатериалов. При формировании стандартных длин досок места реза определяется градацией торцовки, установленной требованиями нормативных документов.

Торцовка делится на два основных этапа: этап разметки пиломатериалов и этап непосредственно торцовки пиломатериалов. Этап разметки досок перед торцовкой предназначен для определения мест реза на доске в зависимости от расположения на ней дефектов (сучков, гнили и т. д.), а так же в зависимости от требуемого набора длин пиломатериалов, получаемых после торцовки. В первом случае определение места торцовки определяется визуально.

При этом может наноситься метка места реза. Это наиболее распространенный способ, используемый на отечественных и зарубежных предприятиях (зарубежные фирмы Lumber & Peywood Division, Wegerhauser Co., Tri-State Machinery Co., Baxter D. Whitney &Son, Inc). Использование фотоэлектрических преобразователей при сопровождении места реза осуществляется в некоторых современных торцовочных линиях зарубежного производства (GreCon-10004, GreCon-2004, GreCon-504). Однако в подобных линиях распил не всегда производится по меткам, нанесенным оператором. ЭВМ, отслеживающая положение меток на доске, принимает решение о произведении реза самостоятельно в зависимости от входных данных о требуемых длинах пиломатериалов и приоритетности получения пиломатериалов одних длин над другими. Результатом является получение оптимизированного раскроя доски по длине. Раскрой по меткам также может производиться и без оптимизации. При втором методе информация о положении места реза на доске заносится в память ЭВМ, которая отслеживает движение досок по конвейеру и управляет как движением конвейера, так и торцовочной пилой. Метки в этом случае могут наноситься как оператором в результате визуальной оценки качества доски (например, линии GreCon 3004), так и ЭВМ, которая производит анализ качества древесины, используя суммарную оценку нескольких параметров (влажности, цвета, электрической проницаемости и т.д.). Примером подобных линий могут служить GreCon 2000, GreCon 3000, OptiCut 300.

Электропривод - один из важнейших компонентов робототехнических устройств и гибких автоматизированных систем. Порядка 50% серийных электродвигателей используются в производственных механизмах с поступательным или возвратно-поступательным движением рабочего органа.

Линейный электропривод позволяет исключить промежуточные звенья, использующими механические, гидравлические или пневматические передачи. Для преобразования вращательного движения в поступательное используются: кривошипно-шатунные механизмы, пары «винт - гайка», «шестерня - рейка», гибкие передачи.

Применение линейных асинхронных двигателей обеспечивает возможность неограниченного увеличения их скорости. Отсутствие кинематических связей статора и вторичного элемента, а также промежуточного рабочего органа в виде жидкости или газа позволяет получать неограниченные перемещения в системе координат. Статор линейного двигателя может быть отделен от вторичного элемента не только электрически, но и механически. Вторичный элемент может использоваться не только как рабочий орган машины. Он может одновременно участвовать в создании полезной силы тяги.

Линейный асинхронный двигатель обеспечивает решение вопросов торможения вторичного элемента и его точной остановки. При этом могут быть использованы известные методы торможения асинхронных двигателей. Скорость вторичного элемента и тяговое усилие, развиваемое двигателем, могут регулироваться теми же способами, что и у асинхронных машин вращательного движения.

В связи с этим возникает потребность исследования электропривода торцовочного устройства с линейным асинхронным двигателем.

Каждый двигатель индивидуальный и требует согласования его характеристик с характеристиками исполнительного механизма.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

К продукции лесопильного производства в соответствии с ГОСТ 18288-87 относится пилопродукция, получаемая в результате продольного деления бревен на части и продольного и поперечного раскроя полученных частей [3].

По назначению пиломатериалы разделяются на две основные группы: на экспорт и для внутреннего потребления. Последние делятся на две подгруппы: пиломатериалы общего и специального назначения. При формировании стандартных длин досок места реза определяется градацией торцовки, установленной стандартами: 0,25 м - для пиломатериалов внутреннего рынка и 0,3 м - для пиломатериалов экспортного назначения [56,58].

Качество экспортных пиломатериалов и спрос на них определяются показателями древесины, а также спецификацией (размерами по толщине, ширине и длине, количественной пропорцией отдельных размеров), качеством обработки, сортностью, состоянием товара [4]. ГОСТ 26002-83 [1] устанавливает требования к экспортным пиломатериалам, отгружаемым из беломорских, дальневосточных, Ленинградского и Игаркского портов. Абсолютное большинство пиломатериалов сушат, сортируют по породам и поставляют по согласованной сторонами спецификации: по толщине на тонкие — 16.22 мм, средние — 25.44 мм и толстые 50.100 мм; по ширине на узкие — 75. 125 мм и широкие 150 мм и выше; по длине на короткие — 0,45.2,40 м и длинные 2,7.6,30 м. Номинальные размеры пиломатериалов по толщине и ширине устанавливаются ГОСТ 24454-80 [2]. Допускаемые предельные отклонения от номинальных размеров пиломатериалов по длине составляют +50, -25 мм.

При поставке сырых пиломатериалов размеры их по толщине и ширине определяются с учетом припусков на усушку [59]. На распиловочный размер настраивается оборудование при выпиливании пиломатериалов [5]. Номинальные размеры по длине установлены для пиломатериалов длиной от 1,5 м и более с градацией 0,3 м и длиной 0,45. 1,35 м с градацией 0,15 м.

4.3 Выводы по главе

В результате экспериментальных исследований:

- при стендовых испытаниях отработаны электромеханические параметры цилиндрического линейного асинхронного двигателя; установлены его основные технические характеристики и эксплуатационные показатели;

- с учетом параметров резания пиломатериалов поперек волокон круглыми плоскими пилами сформулированы требования процесса торцевания;

- определены технологические параметры торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического асинхронного линейного электродвигателя и процесса торцевания пиломатериалов; уточнены зависимости скорости подачи и перемещения пилы при маятниковом исполнении торцовочного устройства и верхнем расположении пилы;

- получены зависимости углов входа и выхода зубьев пилы из зоны пропила древесины пиломатериалов;

- получены зависимости изменения угла резания от угла отклонения рычага.

5 ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Характеристика эксплуатационных показателей [53,55] дает основание полагать, что применение цилиндрических линейных асинхронных двигателей в операциях процесса торцевания пиломатериалов, базирующихся на возвратно-поступательном движении исполнительных механизмов, позволяет исключить промежуточные звенья и повысить точность позиционирования.

В общем случае производительность торцовочного устройства (станка) в торцовочно-сортировочно-пакетирующих установках [51,52] при использовании метода последовательного наращивания факторов

Ат = А^УЛУб) , (5.1) где 8 - площадь поперечного сечения обрабатываемых досок, м ; V - средний объем формируемых пакетов, м3; - объем партии запуска, м3.

Производительность по фактору сечения доски (Э) 0,019 х 0,150 м длиной (1ф) 5,2 м

А8 = Апс8-1ф, (5.2) где Апс - пропускная способность линии в зависимости от группы сечения (600 шт/ч);

Производительность по фактору У

Д А3 , (5.3) где ^ у - время простоя при транспортировании готового пакета с лифта укладчика в зависимости от группы сечений (0,006 ч); V - средний объем формируемого пакета, V = 1,2x1,3x5,2 = 8,112 м3.

Производительность по фактору

А Ау (5.4)

У , Аут

1+-

Ws где Т8 - время переналадки при переходе на обработку досок другого сечения (т. =0.14ч);

- объем партии запуска (100 м3). л

В результате расчетов имеем: Аб = 8,892 м /ч; Ау = 8,834 м /ч; Ау = 8,72 о м /ч.

При экономическом расчете для торцовочного станка с нижним расположением пилы учитывали влияние выбора градации длины доски на величину отходов. С учетом известной производительности станка и времени работы станка в год (13467 рамо/ч), годовой объем вырабатываемых пиломатериалов составляет 117513 м . Выход пиломатериалов при градации торцовки 0,6 м составляет 59,38 %, при градации 0,25 м - 61,16 %. Исходя из этого потребный объем сырья при установлении градации пиломатериалов т л

0,60 м составляет 197900 м , при градации 0,25 м - 192140 м . Таким образом, сокращение необходимого количества сырья составляет 5760 м3. При снижении затрат на сырье при средней цене 1 м3 круглых лесоматериалов 650 руб. получим экономию 3744 тыс. руб. за счет снижения затрат в расчете на один станок.

Принимая объем перерабатываемого сырья за 100%, объем отходов при градации торцовки пиломатериалов 0,6 м определится: 100% - 59,38% =

40,62%. Аналогично при назначении градации торцовки 0,25 м - объем отходов составит 38,84%. Таким образом, процентное снижение объема отходов с переходом от градации 0,60 м на градацию 0,25 м составит в среднем 1,78%. В количественном выражении объем отходов при л назначении градации торцовки пиломатериалов 0,60 м составит 80386 м , при градации 0,25 м - 74627 м3.

Баланс отходов зависит от породы сырья, вида выпускаемой продукции, принятого технологического процесса, состояния оборудования и т.д.[56-59]. По данным руководящих нормативных документов [57] и результатов исследований [60,61] в балансе пиловочного сырья опилки занимают 14%, усушка и распыл - 4,6%. В расчете процентного соотношения имеем: при назначении градации торцовки пиломатериалов 0,60 м на долю опилок приходится 27706 м3, на усушку и распыл 9103 м3; при градации 0,25 м -26899 м3и 8838 м3 соответственно.

На горбыль, торцовые отрезки и вырезки при градации 0,60 м остается: 40,62 - (14 + 4,6) = 22,02 % сырья. На горбыль, торцовые отрезки и вырезки приходится 43577,6 м3. При градации 0,25 м на горбыль, торцовые отрезки и вырезки остается: 38,84 - (14 + 4,6) = 20,24 % сырья или 38889 м3.

В результате анализа данных по отходам, получаемым при назначении градации торцовки пиломатериалов 0,25 м можно сделать следующие выводы. Экономическая эффективность использования градации длины, равной 0,25 м по сравнению с градацией 0,6 м заключается в уменьшении объема отходов. Среднее увеличение выхода пиломатериалов (уменьшение отходов) составляет 1,78%. Сокращение требуемого объема пиловочного сырья

3 3 составляет 5760 м . Сокращение количества опилок составляет 807 м . Уменьшение объема сырья на усушку и распыл составит 265 м . Уменьшение объема горбыля, торцовые отрезки и вырезки составит 4688,62 м3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате классификационного анализа применяемых технологии и оборудования для торцевания пиломатериалов по способу торцевания пиломатериалов, по виду торцевания; по уровню механизации и автоматизации; по методу торцевания; по конструктивному исполнению устройств для торцевания пиломатериалов; по способу управления пилами и схеме перемещения механизма главного движения установлены технологические параметры процесса торцевания, торцовочных устройств, установочные размеры приспособлений, вид и продолжительность переместительных операций и работы исполнительных механизмов.

2. Дана классификация и выполнен анализ конструкций линейных асинхронных электродвигателей и методики их расчета. На основе анализа конструктивных особенностей линейных асинхронных электродвигателей рассмотрены схемы их включения в состав исполнительных устройств операций процесса торцевания пиломатериалов. Применение цилиндрических линейных асинхронных электродвигателей наиболее рационально удовлетворяет конструктивному исполнению торцовочных устройств с поступательным или возвратно-поступательным движением рабочего органа, позволяя исключить промежуточные звенья, использующие различного вида передачи; обеспечивает возможность неограниченного увеличения их скорости и решение вопросов торможения вторичного элемента и точного останова; позволяет получать неограниченные перемещения в системе координат из-за отсутствие кинематических связей статора и вторичного элемента, а также промежуточного рабочего органа. Статор линейного двигателя может быть отделен от вторичного элемента не только электрически, но и механически. Вторичный элемент может использоваться не только в качестве рабочего органа машины, а одновременно участвовать в создании полезной силы тяги.

3. Для согласования характеристик двигателя с характеристиками исполнительного механизма в процессе торцевания пиломатериалов:

3.1. На основании анализа влияния геометрических параметров сортиментов, сечений пиломатериалов и градации торцовки на выход пиломатериалов установлены характер и диапазоны изменения наибольшего, среднего и наименьшего выхода в зависимости от назначаемых толщин толстых и тонких досок, пар толщин (19-44; 19-50; 19-75; 22-44; 22-50; 22-75; 25-44; 25-50; 25-75 см) при дискретной градации торцовки 0,25; 0,3; 0,6 м.

3.2. Разработана методика расчета цилиндрических линейных асинхронных двигателей с массивным вторичным элементом и наличием ферромагнитной среды; обоснованы параметры с расчетными показателями тягового усилия, хода и скорости выполнения операций. В результате теоретических исследований: решены уравнения движения вторичного элемента с учетом сил трения на холостом ходу и при различных нагрузках; получены зависимости перемещения вторичного элемента от нагрузки с учетом времени разгона и характера перемещения при различных нагрузках; получены временные зависимости потокосцепления с учетом электромагнитных переходных процессов.

3.3. С учетом параметров резания пиломатериалов поперек волокон круглыми плоскими пилами сформулированы требования процесса торцевания; определены технологические параметры торцовочного устройства с приводом главного движения от цилиндрического асинхронного линейного электродвигателя и процесса торцевания пиломатериалов; при стендовых испытаниях отработаны электромеханические параметры цилиндрического линейного асинхронного двигателя; установлены его основные технические характеристики и эксплуатационные показатели.

3.4. В результате экспериментальных исследований уточнены зависимости скорости подачи и перемещения пилы при маятниковом исполнении торцовочного устройства и верхнем расположении пилы; получены зависимости углов входа и выхода зубьев пилы из зоны пропила древесины пиломатериалов; получены зависимости изменения угла резания от угла отклонения рычага.

1. ГОСТ 26002Э. Пиломатериалы хвойных пород северной сортировки, поставляемые для экспорта. Технические условия. Введ. 01.01.75. - М.: Изд-во стандартов, 1974. - 12 с.

2. ГОСТ 24454-80. Лесоматериалы хвойных пород. Размеры. Взамен ГОСТ 8486-66; Введ. 01.01.81. - М.: Изд-во стандартов, 1981. - 3 с.

3. Куроптев П.Ф., Щеглов В.Ф., Панасевич Т.Г. Справочник мастера лесопильного производства. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1990.-208 с.

4. Боровиков A.M. Качество пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1990. -256 с.

5. Амалицкий В.В., Любченко В.И. Станки и инструменты деревообрабатывающих предприятий. М.: Лесная промышленность, 1977. -400 с.

6. Шапиро Д.Ф. Лесопильно-строгальное производство. М.: Гослестехиздат, 1935. - 508 с.

7. Песоцкий А.Н. Лесопильно-строгальное производство. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1949. - 755 с.

8. Аксенов П.П. Технология пиломатериалов. М.: Гослесбумиздат, 1963. - 579 с.

9. Песоцкий А.Н. Лесопильное производство. М.: Лесн. пром-сть, 1970. -432 с.

10. Манжос Ф.М. Дереворежущие станки. М.: Лесн. пром-сть, 1974. -456 с.

11. Турушев В.Г. Технологические основы автоматизированного производства пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть., 1975. - 208 с.

12. Аксенов П.П. и др. Технология пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1976.-480 с.

13. Ветшева В.Ф. Раскрой крупномерных бревен на пиломатериалы. М.: Лесн. пром-сть, 1976. - 168 с.

14. Гук В.К., Захожай Б.Я. Деревообрабатывающее оборудование. Киев: Будивельник, 1978. - 128 с.

15. Фонкин В.Ф. Лесопильные станки и линии. М.: Лесн. пром-сть, 1979.-320 с.

16. Малыгин С.И., Шатилов Б. А., Кулиш В.Г. Реконструкция лесопильных предприятий. М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 184 с.

17. Вил л истон Э. Производство пиломатериалов (конструирование и технологии на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях): Пер. с англ. / Под редакцией канд. техн. наук С.М. Хасдана М.: Лесн. пром-сть, 1981.- 384 с.

18. Переработка низкокачественных бревен / В.Ф. Ветшева, В.А.Горн, В.Н.Хлебодаров, З.Т.Чанчикова. М.: Лесн. пром-сть, 1982. - 80 с.

19. Теория и конструкция деревообрабатывающих машин / Маковский Н.В., Амалицкий В.В., Комаров Г.А., Кузнецов В.А.: Учебник для вузов 2-е изд., перераб. и доп. М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 552 с.

20. Калитеевский P.E. Технология лесопиления. М.: Лесн. пром-сть, 1986.-264 с.

21. Дьяконов A.A., Сумароков A.M., Шатилов Б.А. Интенсификация лесопильного производства. -М.: Лесн. пром-сть, 1988. 168 с.

22. Ганцовский И.Н., Токвин В.М., Яковлев O.A. Деревянная тара. 2 изд., перераб. и доп. - М.: Лесн. пром-сть, 1990. - 224 с.

23. Шатилов Б. А. Совершенствование технологии производства пиломатериалов. Обзор, информ. - Деревообработка; Вып. 3. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1991. - 76 с.

24. Калитеевский P.E. Теория и организация лесопиления. М.: Экология, 1995.-352 с.

25. Морозов H.A. Комплексная автоматизация технологических процессов в деревообработке. — М.: Гослесбумиздат, 1954. 104 с.

26. Косовский Г.Н. Проектирование и внедрение автоматических станочных линий в деревообрабатывающей промышленности. М.: Гослесбумиздат, 1958. - 70 с.

27. Харитонов В.В. Основы автоматизации лесозаготовительного производства: Учебник для техникумов. 3-е изд., перераб. - М.: Лесн. пром-сть, 1987.-272 с.

28. Бухтияров В.П. Автоматизация обработки брусковых заготовок строганием. М.: Гослесбумиздат, 1963. - 100 с.

29. Леонов Л.В., Молчанов Л.Г., Вороницын В.К. Основы автоматизации деревообрабатывающего производства: Учебник для техникумов. М.: Лесн. пром-сть, 1982.-328 с.

30. Соколов М.М. Сорокин Л.К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974 134 с.

31. Копылов Б.К. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2002 757 с.

32. Ермилин Н.П. Электрические машины малой мощности. М.: Высшая школа, 1987 503 с.

33. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978 832 с.

34. Веселовский О.Н. Линейные асинхронные двигатели. М.: Энергоатомиздат, 1991 256 с.

35. Москаленко B.B. Электродвигатели специального назначения. М.: Энергоиздат, 1981г.

36. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ: справочник. -М.: Машиностроение, 1993г.

37. Шило В.Л. Популярные микросхемы ТТЛ. «Аргус», М., 1993г.

38. Петровский И.И., Прибыльский A.B. Логические ИС КР1533, КР1534. Справочник. «Бином», М., 1993г. - ч.1.

39. Лебедев О.Н. Микросхемы памяти и их применение. М.: Радио и связь, 1990 г.

40. Воробьев Н.И. Проектирование электронных устройств. — М.: Высшая школа, 1989г.

41. Тюкавин A.M. Механизация выдвижения досок при торцовке //Мех. обраб. древесины: Науч.-техн. реф. сб. М. :ВНИПИЭИлеспром, 1979, -Вып. 5. с. 4-5.

42. Тюкавин A.M., Рыбицкий П.Н. Определние оптимального расположения упоров на участке торцовки линии торцовки, сушки и пакетирования. Информационный листок № 243-81. Архангельск: ЦНТИ, 1981.-3 с.

43. Бавельский М.Д., Девятое С.И. Гидропневмоавтматика деревообрабатывающего оборудования. М.: Лесн. пром-сть, 1978. - 320 с.

44. Тюкина Ю.П., Макарова Н.С. Общая технология лесопильно -деревообрабатывающего производства: 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1983.-224 с.

45. Тюкавин A.M. Влияние точности разметки и базирования пиломатериалов в процессе торцовки на выход продукции // Науч. тр. / ЦНИИМОД. 1985: Проблемы интенсификации лесоп. пр-ва. - С. 46-51.

46. Зыкин С.И., Очагов В.П., Тюкавин A.M. Влияние припуска по длине пиловочных бревен на выход пиломатериалов // Мех.обраб. древисины: Научн.-техн. реф. рб. / ВНИПИЭИлеспром. 1983. - Вып 1. - С. 11-12.

47. Очагов В.П., Варлачева JI.A., Тюкавин A.M. Исследование потерь древесины при выработке пиломатериалов ограниченного числа длин // Науч.тр./ ЦНИИМОД. 1981: Соверш. технол. и оборудование лесоп. пр-ва. -С. 34-39.

48. Тюкавин A.M., Рванин Р.В. Линия модели JIT-1 для торцовки сырых пиломатериалов // Мех. обраб. древисины: Науч.-техн. реф. сб. М.:ВНИПИЭИлеспром, 1989, Вып. 2. с. 7-8.

49. Турушев В.Г., Очагов В.П. Пути рационального построения браковочно-торцовочных установок // Науч. тр. / ЦНИИМОД. 1972. - Вып. 27. - С. 122-126.

50. Информация о разработках ЦНИИМОДа. Архангельск: ЦНИИМОД, 1984. - Вып. 2. - 50 с.

51. Турушев В.Г., Беляев Н.С., Зеленин Ю.А. Рекомендации по расчету производительности линий торцовки, сортировки и пакетирования пиломатериалов. Архангельск: ЦНИИМОД, 1982. - 30 с.

52. Алексеев А.Е., Бедердинова О.И. Требования по поддержанию бесперебойной работы оборудования на участках обрезки и сортирования пиломатериалов. Северодвинск: Севмашвтуз, 2000. - 223 с.

53. Исследование и разработка линейных асинхронных двигателей для привода пил / В.П.Емельянов, В.М.Волков, Н.И.Маркин // Повышение эффективности энергетических систем и оборудования: Сб.науч.тр. / АГТУ. -1999.-С. 50-58.

54. Емельянов В.П., Маркин Н.И. Цилиндрический линейный двигатель // Совершенствование энергетических систем и технологического оборудования: Сб.науч.тр. / АГТУ. 2002. - С. 78-80.

55. Справочник по лесопилению / Богданов Е.С., Боровиков A.M., Голенищев Н.Д. и др. / Под ред. С.М. Хасдана. М.: Лесн. пром-сть, 1991. -424 с.

56. Малыгин С.И., Лебедева Е.П., Захарьин Г.И. Руководящие технико-экономические материалы по нормированию расхода сырья и материалов в производстве пиломатериалов. Архангельск: ЦНИИМОД, 1983. - 194 с.

57. Справочник по лесопилению / Богданов Е.С., Боровиков A.M., Голенищев А.Н. и др. / Под ред. С.М. Хасдана. М.: Лесн. пром-сть, 1980. -496 с.

58. Покотило В.П., Коноплев П.С., Ваенский H.H., Яковлев П.М., Лебедева Е.П. Пособие по раскрою пиловочного сырья. М.: Лесн. пром-сть, 1974.- 144 с.

59. Кулиш В.Г. К вопросу о моделировании раскроя бревен. // Науч. тр. / ЦНИИМОД. 1984. - Комплексное использование древесного сырья. - С. 67 -75.

60. Копейкин A.M. Перспективы развития технологии лесопиления. М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 104 с.

61. Грубе А.Э., Санев В.И. Автоматизация станочной обработки деталей в деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесн. пром-сть, 1964. - 542 с.

62. Кузнецов В.М., Лившиц В.И., Камионовский А.Н. Автоматические и полуавтоматические линии деревообрабатывающих производств. М.: Высш. Школа, 1982.-296 с.

63. Пат № 1.543.110 Великобритания, МКИ В27М 1/00 Способ переработки бревен / OTTO KREIBAUM (ФРГ); заявл. 12.04.77; опубл. 28.03.79; приор. 10.04.1976, ФРГ.

64. Пат № 1098802 Канада, МКИ В27В 15/02 Способ распиловки фаутных бревен / Weinzierl, Frank (Канада); заявл. 27.10.78; опубл. 07.04.81; приор.2710.78.

65. Пат № 144913 Норвегия, МКИ В27В 1/00 Способ и устройство для раскроя бревен / Skogsägarnas Vänerindustrier AB (Норвегия); заявл. 20.08.76; опубл. 31.08.81; приор. 20.08.76, Норвегия.

66. Пат № 147237 Норвегия, МКИ В27В 1/00 Способ раскроя круглых лесоматериалов / Gebrüder Linck Maschinenfabric und Eisengiesserei "Gatterlinck" (ФРГ); заявл. 20.01.82; опубл. 22.22.82; приор. 18.07.79, ФРГ.

67. Пат № 4.262.717 США, МКИ В27В 1/00 Раскрой бревен на доски / Baltek Corporation, Jenn Kohn (США); заявл. 21.09.79; опубл. 21.04.81; приор.2109.79, США.

68. Пат № 2450676 Франция, МКИ В27В 15/04 Пильная установка для секторного раскроя бревен / Andre Etienne (Франция) заявл. 06.03.79; опубл. 03.10.80; приор. 06.03.79, Франция.

69. Пат № 2.458.368 Франция, МКИ В27В 1/00 Способ раскроя бревен / Franciosi Gioanni (Италия) заявл. 30.05.80; опубл. 02.01.81; приор. 05.06.79, Италия.

70. Калитеевский P.E. Автоматизация производственных процессов в лесопилении. М.: Лесн. пром-сть, 1979. - 336 с.

71. Образцов С.А. Сырье и основные принципы раскроя в лесопилении. -М.: Гослесбумиздат, 1963. 40 с.

72. Лившиц Н.В., Меньшиков Б.Е., Механизация околостаночных операций в лесоперерабатывающих цехах леспромхозов. М.: Лесн. пром-сть, 1975. - 176 с.

73. Аксенов П.П., Макарова Н.С. Технология пиломатериалов. М.: Лесная промышленность, 1976. - 283 с.

74. Турушев В.Г. Расчет производительности торцовочного и пакетирующего оборудования лесопильно-деревообрабатывающих производств: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию. Архангельск: РИО АЛТИ, 1993. - 39 с.

75. Копейкин A.M., Тюкавин A.M. Механизация и автоматизация торцовки пиломатериалов: Обзор, информ. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1977. -20 с.

76. Черненок М.Г., Несечнов В.В., Головский И.А. Машины и механизмы в деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесная промышлен-ность, 1979. - 136 с.

77. Грубе А.Э., Санев В.И. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин, автоматических линий. М.: Лесная промышленность, 1973. - 384 с.

78. Дунаева В.В., Попов Ф.П., Стахиев Ю.М. Влияние скорости вращения на распределение температур в диске конической пилы // Тр. ЦНИИМОД. -1973. Вып. 22, А. - С. 41-46.

79. Санев В.И. Обработка древесины круглыми пилами. М.: Лесн.пром-сть, 1980.-232 с.

80. Стахиев Ю.М. Устойчивость и колебания круглых плоских пил. М.: Лесн.пром-сть, 1977. - 296 с.

81. Технологические режимы РИ06-00. Подготовка круглых плоских пил / ЦНИИМОД. Архангельск, 1985. - 47 с.

82. Якунин Н.К. Подготовка круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1980. -236 с.

83. Шапиро Д.Ф. Таблицы для составления максимальных поставов по Х.Л. Фельдману. Л.: Наркомлес СССР, ЛТА, 1937. - 29 с.

84. Власов Г.Д. Упрощенный метод расчета необходимых размеров сырья по спецификации пиломатериалов. Лесн. пром-сть., 1949, №11. - С. 20-23.

85. Власов Г.Д. Система поставов с использованием минимальных обзолов, допустимых в пиломатериалах. В кн.: Труды ЛТА им. С.М. Кирова. - Л.: ЛТА, 1949. - № 65. - С. 149-166.

86. Власов Г.Д. Метод расчета поставов. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1950.80 с.

87. Титков Г.Г. Основы теории максимальных поставов. Механ. обраб. древесины / Реф. сб., 1939, № 2. - С. 33-41; № 3. - С. 33-39.

88. Гутерман М.Н. Основные вопросы теории первичного раскроя древесины на лесозаводах. В кн.: Труды ЦНИИМОД. - М.: Гослесбумиздат, 1950. - С. 52-80.

89. Аксенов П.П. К вопросу о раскрое бревен на спецификационные пиломатериалы. В кн.: Труды ЦНИИМОД. - М.: Гослесбумиздат, 1951. - С. 81-94.

90. Батин Н.А. Графики для составления поставов. В кн.: Научные доклады высшей школы. - Минск, 1958, №4. - С. 143-148.

91. Батин H.A., Лахтанов А.Б., Бруевич Ю.А. Практические графики и вспомогательные таблицы для составления и расчета поставов на распиловку бревен. М.: Лесн. пром-сть, 1966. - 103 с.

92. Залгаллер В.А. Новое в составлении поставов для распиловки бревен. Л.: ЦНИИЛ, Северолес, 1956. - вып. 67. - С. 32-67.

93. Канторович Л.В., Залгаллер В. А. Рациональный раскрой промышленных материалов. Новосибирск: Наука, 1971. - С. 171-216.

94. Стоев Г.И. Определение максимального выхода пиломатериалов / Пер. с болг. М. - Л.: Гослесбумиздат, 1961. - 64 с.

95. Песоцкий А.Н., Ясинский B.C. Рациональное использование древесины в лесопилении. М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 128 с.

96. Грачев A.B. Рациональный раскрой сырья на пиломатериалы в современных условиях. Л.: ЛТА, 1980. - 42 с.

97. Кулиш В.Г. К вопросу о моделировании раскроя бревен. // Науч. тр. / ЦНИИМОД. 1984. - Комплексное использование древесного сырья. - С. 67 -75.

98. Алексеев А.Е., Постников В.М. Расчет поставов при различных способах установки бревна перед раскроем. // Науч. тр. / ЦНИИМОД. 1988. -Совершенствование технологии подготовки сырья к раскрою. - С. 87-96.

99. Алексеев А.Е. Базирование в производстве пиломатериалов. -Архангельск: АГТУ, 1999. 152 с.

100. Кошуняев Б.И. Оптимизация переработки сырья в лесопилении. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Лесн. пром-сть, 1987. 112с. (сер. рациональное использование древесины).

101. Соболев И.В. Управление производством пиломатериалов. М.: Лесн. пром-сть, 1981. - 184 с.

102. Кулиш В.Г., Шехина Г.Г., Беляев Н.С. Расчетный баланс древесины при раскрое бревен. ИВУЗ, Лесн. журн., 1983, № 3. - С. 84 - 90.