автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Совершенствование аэростатических направляющих для дереворежущих пил

На правах рукописи

Дербин Михаил Васильевич

Совершенствование аэростатических направляющих для дереворежущих пил

05.21.05. Древесиноведение; технология и оборудование деревопереработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 МАЙ 2012

005044085

Архангельск - 2012

005044085

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Прокофьев Г.Ф. (САФУ)

Официальные оппоненты: Пиир Адольф Эдвардович

доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова», профессор кафедры промышленной теплоэнергетики

Шейнов Анатолий Иванович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, доцент кафедры технологии лесопиления и сушки древесины

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное обра-

зовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозавод-ский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ПетрГУ» 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33)

Защита диссертации состоится 31 мая 2012 года в 13— на заседании диссертационного совета Д 212.008.01 при ФГАОУ ВПО Северном (Арктическом) федеральном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 163002, г. Архангельск, Набережная Северной Двины, 17, главный корпус, ауд. 1220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северного (Арктического) федерального университета имени М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

А.Е. Земцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Режущий инструмент лесопильных станков представляет собой тонкие стальные полосы (рамные пилы лесопильных рам), ленты (ленточные пилы ленточнопильных станков), диски (круглые пилы кругло-пильных станков), обладающие малой жёсткостью и устойчивостью. Эффективный путь повышения жёсткости и устойчивости дереворежущих пил — применение для них направляющих, установленных над и под распиливаемым материалом. Для снижения трения пил о направляющие, рабочие поверхности последних целесообразно выполнить в виде аэростатических опор.

Имеется опыт применения аэростатических направляющих для дереворежущих пил. Однако, необходимо вести работы по улучшению их конструкций с целью снижения расхода воздуха, повышения их подъёмной силы, увеличению их охлаждающей способности, обеспечения повышенной точности движения пил и снижения напряжений изгиба в месте контакта с полотном пилы. Отсюда следует, что работа, направленная на совершенствование аэростатических направляющих для дереворежущих пил является актуальной.

Цель и задачи исследований. Цель работы — совершенствование конструкции направляющих для дереворежущих пил.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:

1. Выполнить теоретические исследования напряжений в пиле в зоне действия удлинённых и роликовых отжимных направляющих.

2. Определить теоретическим путём характер деформации пилы в зоне действия отжимных плоских и роликовых отжимных направляющих и в зоне резания между направляющими.

3. Выполнить экспериментальные исследования для проверки допущений принятых при теоретических исследованиях.

4. Определить область применения роликовых отжимных направляющих.

5. На основании выполненных исследований разработать конструкцию отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части и испытать её на промышленном ленточнопильном станке.

6. Экспериментальным путём определить параметры аэростатической направляющей с уплотнительной канавкой.

7. Исследовать охлаждающую способность аэростатических направляющих и дать рекомендации по её проектированию.

Научная новизна результатов исследований.

1. Разработаны математические модели расчёта напряжений в ленточной пиле в зоне контакта её с отжимными направляющими.

2. Разработаны математические модели расчёта прогибов ленточной пилы в различных её точках при использовании отжимных направляющих.

3.Дано научное обоснование конструкции отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части. Оригинальность направляющей подтверждается положительным решением на выдачу патента на её конструкцию.

4. Впервые выполнены исследования аэростатической направляющей с уплотнительной канавкой и показана эффективность её применения.

5. Впервые исследована охлаждающая способность аэростатической направляющей и даны рекомендации по её конструированию.

Методы исследований.

1. При выборе направлений исследований и оценке влияния жёсткости и устойчивости дереворежущих пил на точность пиления и производительность станков использовались методы теории резания древесины.

2. Расчёты напряжений в ленточной пиле и её прогибы при использовании отжимных направляющих выполнялись с использованием методов строительной механики.

3. Теоретические исследования аэростатических опор производились с использованием численных методов математики для решения системы разностных алгебраических уравнений.

4. При обосновании целесообразности использования в конструкции аэростатических опор распределительной и уплотнительной канавок использовалась теория аэродинамики струйных течений.

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

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается:

1. Аргументированностью принятых допущений при теоретических исследованиях.

2. Использованием при исследованиях современных методов фундаментальной науки.

3. Выполнением значительного объёма экспериментальных исследований.

4. Сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

5. Производственной проверкой рекомендаций, полученных в результате исследований.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических исследований напряжений в пиле в зоне контакта её с отжимными направляющими.

2. Результаты теоретических исследований прогибов ленточной пилы на различных участках при использовании отжимных направляющих.

3. Новая конструкция отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части.

4. Результаты исследований точности пиления древесины на ленточно-пильном станке отжимной аэростатической направляющей новой конструкции.

5. Результаты исследований аэростатической направляющей с уплотни-тельной канавкой.

6. Результаты исследований охлаждающей способности аэростатических направляющих.

Практическая значимость работы.

1. Расчёты напряжений по приведённым формулам могут быть использованы при оценке долговечности ленточных пил с отжимными направляющими.

2. Показано, что нецелесообразно использовать роликовые отжимные направляющие в бревнопильных ленточнопильных станках.

3. Предложенная конструкция отжимной аэростатической направляющей может быть использована при модернизации ленточнопильных станков.

4. Аэростатические направляющие с уплотнительной канавкой могут быть использованы могут быть использованы в конструкции лесопильных рам, ленточнопильных и круглопильных станков.

5. Материалы по охлаждающей способности аэростатических направляющих целесообразно использовать при модернизации круглопильных станков.

Реализация результатов работы.

1. Модернизирован ленточнопильный станок РОКЕЗТСЖ 900, установленный на деревообрабатывающем предприятии ООО «Инфа» (г. Архангельск). В приложении 1 приведён акт внедрения, в приложении 2 - акт подтверждающий эффективность его эксплуатации после модернизации.

2. Переданы для практического использования материалы исследований Ухтинскому государственному техническому университету по акту (см. приложение 3).

Апробация работы. Основные положения диссертации и материалы исследований докладывались на международных научно-технических конференциях в городах: Вологда (2010 2011 года), Петрозаводск (2011 год), Санкт-Петербург (2011 год), Самара (2012 год) и на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава САФУ (2010 год).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 3 по списку ВАК. Получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

Структура объем и работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и 3 приложений. Общий объем работы 151 страниц, включая 42 рисунка и 22 таблиц. Список литературы включает 99 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы её цель и задачи исследований, отмечены основные положения выносимые на защиту, показана обоснованность и достоверность полученных результатов исследований, отмечена научная новизна и значимость работы для теории и практики.

В первой главе дан анализ современного состояния изучения влияния аэростатических направляющих на жёсткость и устойчивость дереворежущих пил, а, следовательно, и на точность пиления. Показано, что один из эффективных путей повышения жёсткости и устойчивости дереворежущих пил является применение для них направляющих, установленных над и под распиливаемым материалом. Направляющие для них могут быть щелевые двусторонние и отжимные контактные односторонние. Щелевые направляющие повышают жёсткость пил, но при малых зазорах. При больших зазорах они играют роль ограничителей предельных отклонений пилы. На устойчивость пил щелевые направляющие не влияют. Контактные направляющие оказывают большое влияние на жёсткость пил и незначительно повышают их устойчивость.

Для уменьшения трения о направляющие рабочие поверхности последних целесообразно выполнять в виде аэростатических опор. Исследованию аэростатических опор и применению их при модернизации действующих лесопильных станков и создании лесопильных станков нового типа посвящены работы Е.Г. Ивановского, Э.П. Берлина, В.Д. Курбатова, Г.Ф. Прокофьева, Б.А. Ходеряна, И.Ю. Королёва, И.И. Иванкина, A.A. Банникова.

При использовании отжимных направляющих в ленточных пилах возникают дополнительные напряжения изгиба, которые необходимо учитывать при оценке долговечности пил, однако исследований в этом направлении не проводилось.

В горизонтальных ленточнопильных станках, в которых применяются тонкие узкие ленточные пилы, используют отжимные роликовые направляющие. Оценка целесообразности использования таких направляющих для пил вертикальных бревнопильных станков отсутствует.

Проф. Г.Ф. Прокофьевым разработан аналитический метод оценки точности пиления древесины дереворежущими пилами, который позволяет опреде-

лить как влияет повышение жёсткости и устойчивости пил за счёт установки направляющих на точность пиления и производительность станка.

Большое влияние на жёсткость и устойчивость круглых пил оказывает температурный перепад по радиусу диска пилы. Внутренние напряжения в диске пилы, полученные проковкой, вальцеванием, термопластической обработкой или автофретированием повышают термоустойчивость круглых пил, но не позволяют решить эту проблему полностью. На предприятиях для снижения температурного перепада по радиусу диска круглой пилы используют в основном воду. Охлаждение круглых пил водой эффективно снижает температурный перепад, но имеет ряд недостатков: коррозия деталей станка; низкая теплота сгорания сырых опилок, трудность транспортировки сырых опилок в зимний период, загрязнение окружающей среды. Представляет интерес усовершенствовать аэростатические направляющие и использовать их для охлаждения круглых пил, однако такие работы ранее не проводились.

Вторая глава посвящена исследованиям отжимных аэростатических направляющих ленточных пил. Для определения напряжений изгиба, возникающих в зоне контакта отжимных направляющих с ленточной пилой, с целью возможности оценки их на долговечность пил, и величин прогиба пилы на различных её участках, с целью разработки конструкции отжимной направляющей, у которой обеспечивается равномерное прилегание её рабочей поверхности к поверхности изогнутой пилы, были выполнены теоретические исследования. Рассматривались два вида отжимных направляющих: роликовые и удли-

Рис. 2.2. Расчётные схемы ленточных пил с отжимными направляющими: а - при точечном расположении сил отжима (роликовые направляющие); б -при распределённом расположении сил отжима (удлинённые направляющие).

При расчётах использовались работы С.П. Тимошенко по исследованию сжатых стержней, нагруженных поперечными силами.

Получили следующие уравнения прогибов пилы при установке роликовых отжимных направляющих.

На первом участке при изменении х от Ь до Ь — Сх:

БИрСЬ- х} , „ „ . Ыр БП рЬ где Р - сила отжима, Н.

N - сила натяжения пилы, Н; Е - модуль упругости, МПа; I = Ьз3/12 - момент инерции, мм4; Ь — ширина полотна пилы, мм; 5 — толщина пилы, мм.

При принятых значениях Ь и б момент инерции равен: На втором участке при изменении х от Ь — Сг до Ь — С2: х Ь — х бЬ рх

у=ш:РС1+1«гр(ь -Сг)" 511 рС1"

БЬрСЬ-х),, , „ _ .

На третьем участке при изменении х от Ь — С2 до 0:

у = Л рс, + А РС2 - р зЬ рС1 - Р 5Ь РС2. (3)

у ЫЬ 1 N1, 2 ЫрБЬрЬ к ЫрэЬрЬ

Получены следующие уравнения прогибов пилы при установке удлинённых направляющих протяжённостью а.

На первом участке при изменении х от Ь до Ь — Сг + -:

(2)

бЬ р(Ь - х) ^ , ,т ^ . Мр БП рЬ

На втором участке при изменении х от Ь — Сх +1 до Ь — Сх — -

(4)

Ь-х / а ч/Ь + х-Сх-^.

N1, ^ 2

х Л ~ а — Х + Са — Ь-х ,

бЬ р(Ь — х) / а \ /Ь + х - Сг -

а>

бЬ рх / а \ /Ь — х + С^ — ~

ч(ь-С!+--х) 5ЬР| р5Ьра-С2).

Ыр бЬ рЬ

бЬ р(Ь — х) Ыр бЬ рЬ

На третьем участке при изменении х от Ь — С! — | до Ь — С2 +1: х Ь — х бЬ рх

эЬ р(Ь - х) , ,

На четвёртом участке при изменении х от Ь — С2 +1 до Ь — С2 — |: х Ь — х / а ч/Ь + х-С2-|\

у=Ш:РС1+Ж-С1(х+С2+2-1')—5—" +

х / а \ /^ - х + С2 - у \ бЬ рх + + -2-

бЬ р(Ь — х) / а х / Ь + х - С2 - ^

+ + -Г"

эЬрх / а \ /Ь — х + С2—^

На пятом участке при изменении х от Ь — С2 до 0:

(5)

(6)

(7)

х х бЬ рх , эЬрх

у = —ис, +—¥С2--г—гРяЬрС,--—7—гр5ЬрС2. (8)

у N1, 1 N1, 2 NpshpL р 1 ЫрэЬрЬ р 2

На рис. 2 приведены графики показывающие характер изменения прогибов ленточной пилы на различных участках при роликовых (рис. 2а) и удлинённых (рис. 26) отжимных направляющих. Из графиков видим, что в случае удлинённых отжимных направляющих изгиб полотна более плавный, чем у роликовых, а, следовательно и меньше напряжения изгиба.

а б

Рис. 1. Зависимость прогиба ленточной пилы в зависимости от расстояния от одного из шкивов (s = 1 мм, b = 100 мм, N = 8000 Н) при следующих типах отжимных направляющих: а - узких, б - удлинённых и следующих силах отжима: 1 - F = 20 Н; 2 - F = 40 Н; 3 - F = 60 Н; 4 - F = 80 Н; 5 - F = 100 Н; 6 - F = 120 Н.

Исследования показали, что в зоне контакта с отжимной удлинённой направляющей кривизна пилы зависит от толщины пилы, силы натяжения и расстояния от оси шкива до направляющей. Для плотного прилегания пилы к удлинённой направляющей была разработана универсальная удлинённая направляющая с регулируемой жёсткостью её упругого элемента.

Были рассчитаны вторые производные прогибов пилы в зоне контакта её с отжимными направляющими и определены изгибающие моменты по формуле М = Ely". (9)

Напряжения изгибов определялись по известной формуле

где Wx = bs2/6 - осевой момент сопротивления, мм .

Результаты расчётов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Напряжения в ленточной пиле в зоне контакта с отжимными направляющими (э = 1 мм, Ь = 100 мм, Ь = 1800 мм, 1 = 500 мм).

Прогиб Роликовые направляющие Удлинённые направляющие

у = Д, ^о6щ> сти, МПа сти —2-,% ^общ, аи, МПа —,%

мм МПа аобщ МПа стобщ

5 82,8 2,8 3,3 107,8 27,8 25,8

6 83,3 3,3 4,0 113,4 33,4 29,4

7 83,9 3,9 4,6 119,0 39,0 32,8

8 84,4 4,4 5,2 124,6 44,6 35,8

9 84,9 4,9 5,8 130,3 50,3 38,6

10 85,5 5,5 6,4 135,9 55,9 41,1

Из табл. 1 видим, что напряжения в пиле в зоне контакта её с отжимными направляющими примерно в 10 раз больше, чем соответствующие напряжения при удлинённых направляющих. При увеличении толщины пилы напряжения сти ещё больше возрастут и при роликовых направляющих они могут приближаться к напряжениям изгиба на пильных шкивах, что приведёт к значительному снижению долговечности пил, которая итак мала.

Представляет интерес определение прогиба / (см. рис. 1) ленточной пилы на участке между направляющими. Выполнены расчёты прогиба f с использованием формул (2) и (6). При этом величина / определялась по разности у — Д. Расчёты показали, что при s = 1 мм, b = 100 мм, L = 1800 мм, 1 = 500 мм, а = 150 мм и силе отжима направляющих F = 110 Н прогиб / составил при роликовых и удлинённых отжимных направляющих соответственно 0,1 и 0,0007. При s = 1,6 мм, что соответствует толщине пил бревнопильных ленточ-нопильных станков прогиб f при роликовых и удлинённых отжимных направляющих составит соответственно 0,21 и 0,017. Видим, что при использовании роликовых отжимных направляющих в бревнопильных станках выпуклость пилы в зоне резания может влиять на точность пиления.

Для проверки справедливости допущений принятых при теоретических исследованиях, разработки удлинённой аэростатической направляющей и проверки её эффективности её работы проведены экспериментальные работы.

Схема конструкции удлинённой аэростатической направляющей, установленной в узел резания ленточнопильного станка, показана на рис. За и её общий вид в узле резания ленточнопильного станка FORESTOR 900, работающем на деревообрабатывающем предприятии ООО «Инфа» (г. Архангельск) приведён на рис. 36. Оригинальность конструкции отжимной аэростатической

направляющей подтверждается положительным решением на изобретение (приложение 3).

а

Рис. 3. Отжимная аэростатическая направляющая: а - схема конструкции (1 - основание направляющей, 2 - гибкая рабочая поверхность, 3 - воздухопровод, 4 - упругий элемент с регулируемой жёсткостью); б - общий вид в узле резания ленточнопильного станка FORESTOR 900.

Для проверки результатов теоретических исследований были проведены с использованием тензометрического метода исследования напряжений в ленточной пиле в зоне контакта её с удлинёнными отжимными направляющими. Результаты расчётов напряжений и определения их экспериментальным путём приведены в табл. 2.

Таблица 2

Теоретические и экспериментальные значения напряжений изгиба аи (МПа) ленточной пилы в зоне контакта её с удлинёнными отжимными направляющими (s = 1,2 мм, b = 80 мм, а = 150 мм, = 575 мм, С2 = 1225 мм).

Расположение величина отжима направляющей А, мм

направляющей 5 6 7 8 9 10

Верхняя Нижняя 88,2/88,1 93,8/95,2 89,2/87,8 95,9/96,4 90,2/90,7 98,0/98,4 91,2/91,2 100,1/ 100,7 92,1/91,3 102,1/ 100,7 93,1/92,3 104,2/ 105,5

Примечания: 1. В числителе напряжения полученные теоретически, в знаменателе - поданным экспериментов.

2. Сх - расстояние от оси нижнего шкива до верхнего края нижней направляющей; С2 - расстояние от оси нижнего шкива до нижнего края верхней направляющей;

Из приведенных материалов видим, что отклонение теоретических значений напряжений от экспериментальных не превышает 1,7 %, что указывает на высокую надёжность математических моделей расчёта напряжений в ленточных пилах.

Основным ограничением скорости подачи ленточнопильных станков является точность пиления. Её можно оценить величиной среднего квадратиче-ского отклонения толщин получаемых пиломатериалов. Для определения влияния удлинённых отжимных аэростатических направляющих с регулируемой кривизной рабочей поверхности выполнены экспериментальные исследования точности пиления древесины на ленточнопильном станке БОКЕБТОЯ 900, установленном на деревообрабатывающем предприятии ООО «Инфа» (г. Архангельск). Результаты экспериментальных исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3

Значения показателей точности толщин пиломатериалов (мм) полученные в результате экспериментов (порода древесины — ель, влажность Ш = 15 ... 25%,

выпиливаемая толщина досок 1ном. =22 мм, длина распиливаемых досок Ь = 3000 мм, толщина пилы б = 1,2 мм, ширина пилы Ь = 80 мм, шаг зубьев £ = 30 мм, уширение зубьев на сторону 5' = 0,6 мм, скорость подачи и = 25

м/мин, скорость резания v = 30 м/с)

Показатель точности пиления Высота пропила /г, мм (в числителе) и соответствующем расстоянии между отжимными направляющими (в знаменателе)

125/130 150/155 175/180 200/205

^д.ср. 22,02 22,03 22,03 22,04

s 0,075 0,084 0,096 0,109

Ушах экс. 0,225 0,252 0,288 0,327

Исследования показали, что применение отжимных направляющих новой конструкции позволяет достигнуть высокой точности получаемых пиломатериалов, что подтверждается актом производственных испытаний, приведённом в приложении 2.

В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с экспериментальным исследованием грузоподъёмности аэростатических направляющих. Приведён расчёт грузоподъёмности выполненный численным методом, разработанный в ЭНИМСе Шейнбергом С.А., Жедем В.П., Шишеевым М.Д., Баласа-няном B.C. и Заблоцким Н.Д. По результатам анализ сделан вывод о невозможности расчёта грузоподъёмности аэростатических опор с уплотнительными канавками данным методом. Это обусловлено тем, что в данной работе рассмат-

ривается ламинарное движение воздуха, а эффект уплотнения основан на турбулентном завихрении воздуха.

Перед проведением серии экспериментальных исследований были рассмотрены различные конфигурации профиля уплотнительной канавки, в результате которых было установлено, что наибольшее влияние на грузоподъёмность оказывает канавка с каплевидным профилем, который в дальнейшем использовался. Параметры конфигураций рабочей поверхности рассмотренных в ходе экспериментальных исследований приведены в табл. 4.

Таблица 4

Варианты расположения распределительных и уплотнительных микроканавок и

их глубины, использованные в ходе экспериментов.

Размер канавки

№, п/п распределительной уплотнительной

ширина длина глубина ширина длина глубина

1 0,4 0,0 0,0 0,0

2 60,0 110,0 0,8 0,0 0,0 0,0

3 0,9 0,0 0,0 0,0

4 0,4 0,0 0,0 0,0

5 30,0 80,0 0,8 0,0 0,0 0,0

6 1,2 0,0 0,0 0,0

7 1,4 0,0 0,0 0,0

8 0,5

9 30,0 80,0 1,4 60,0 110,0 0,7

10 0,9

11 1,1

12 0,0 0,0 0,0

13 0,5

14 40,0 90,0 1,0 60,0 110,0 0,7

15 0,9

16 1,1

При проведении экспериментальных исследований использовались подъёмные плиты размером 150x100 мм и 130x80 мм. В ходе экспериментальных исследований использовалась установка, приведённая на рис. 3.

Рис. 3. Экспериментальная установка: а - схема (1 - основание стенда; 2 -аэростатическая опора; 3 - подъёмная плита; 4 - жёсткая рамка; 5 - груз; 6 -направляющий стержень; 7 - индикатор часового типа 1МИГ; 8 - манометр; 9 -рукав); б - в процессе проведения исследований.

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния уплот-нительных канавок на грузоподъёмность аэростатических направляющих. Полученные данные для аэростатических направляющих без уплотнительных канавок сравнивались с теоретическими значениями. По результатам исследований построены зависимости величины зазора от глубины распределительной и уплотнительной микроканавок (рис. 4).

40

0,0 0,5 1,0 1,5 Глубина микроканавки і, мм

25

0,0 0,5 1,0 1,5 Глубина микроканавки 1, мм

Рис. 4. Зависимости величины зазора от глубины микроканавки для подъёмной плиты размером: а - 150x100 мм; б - 130x80 мм (1 - распределительная

канавка размером 110x60 мм; 2 - распределительная канавка размером 80x30 мм; 3 - распределительная канавка размером 80x30 мм и уплотнительная канавка размером 110x60 мм; 4 - распределительная канавка размером 90x40 мм и уплотнительная канавка размером 110x60 мм).

Результаты исследований показали, что наличие уплотнительных канавок позволяет увеличить зазор между подъёмной плитой и опорой, а, следовательно, при постоянном зазоре грузоподъёмность аэростатической направляющей.

В четвертой главе был произведен анализ существующих методов расчёта конвективного теплообмена при натекании импактной струи на плоскую поверхность. Существует большое количество трудов учёных, которые занимались данным вопросом, Дыбан Е.П., Мазур А.И., Бардлик П.М., Савин В.К., Хуанг Г., Гардон Р. И др. Анализ работ многочисленных учёных показал, что на основании существующих методов расчёта не представляется возможным с достаточно высокой точностью определить охлаждающую способность аэростатических направляющих.

Были проведены экспериментальные исследования для определения возможности охлаждения дереворежущих пил при использовании аэростатических направляющих. Экспериментальные исследования охлаждающей способности проводились на установке изображённой на рис. 3. На подъёмную плиту были приклеены термометры сопротивления в пяти точках (один в центре и четыре в углах). Датчики, установленные в периферийной (в углах) зоне плиты позволяли оценить равномерность охлаждения подъёмной плиты в рассматриваемых вариантах. Это важно, так как существенное влияние на устойчивость и жёсткость полотен пил оказывает неравномерность распределения температуры по их поверхности. Было определено, что зависимость температуры подъёмной плиты от времени можно описать гиперболической зависимостью:

т=тЬ+с (15)

где а,Ь,с — коэффициенты,

С — время охлаждения.

В качестве оценочного показателя принят коэффициент а. Чем больше его значение, тем медленнее происходит охлаждение. Конфигурация рабочей поверхности аэростатических опор приведена в табл. 4. Предварительно был рассмотрен случай охлаждения подъёмной плиты в естественных условиях, который показал, что коэффициент а для подъёмной плиты размером 150x100 мм составляет 91716,76, а для подъёмной плиты размером 130x80 мм - 91165,58. По результатам проведённых исследований построены зависимости коэффициента а, от глубины микроканавки (рис. 5).

65000

0,0 0,5 1,0 1,5 Глубина микроканавки I, мм

50000

1 45000 к ■е -е

Г)

« 40000

О)

я

и

35000

- : V 1 1 1 1 1

к

\ 1 1 .........1.........1........

\ 1 1

>

N ....

3

_

Тт 1

0,0 0,5 1,0 1,5 Глубина микроканавки 1, мм

а б

Рис. 5. Зависимости коэффициента а, от глубины микроканавки для подъёмной плиты размером: а - 150x100 мм; б - 130x80 мм (1 - распределительная канавка размером 110x60 мм; 2 - распределительная канавка размером 80x30 мм; 3 - распределительная канавка размером 80x30 мм и уплотнительная канавка размером 110x60 мм; 4 - распределительная канавка размером 90x40 мм и уплотнительная канавка размером 110x60 мм).

Из рис. 5 видно, что скорость охлаждения подъёмной плиты увеличивается при уменьшении ширины и длины канавок и повышается до определённой точки при увеличении глубины канавки. При использования уплотнительных канавок скорость охлаждения также увеличивается. Анализ полученных результатов подтвердил, что при использовании уплотнительных канавок, выполненных на рабочей поверхности аэростатической опоры, распределение температуры по поверхности подъёмной плиты является более равномерным.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНД АЦИИ

1. Получены математические модели расчёта прогибов ленточных пил в любой точке в пределах свободной длины Ь при использовании роликовых и удлинённых отжимных направляющих.

2. Получены математические модели расчёта напряжений в ленточной пиле в зоне контакта её с роликовыми и удлинёнными отжимными направляющими.

3. Определены изгибы ленточной пилы между роликовыми отжимными направляющими и между удлинёнными. Исследования показали, что изгиб пилы в зоне резания при использовании удлинённых отжимных направляющих более чем в 100 раз меньше, чем при использовании роликовых. При исходных

значениях, которые были приняты (б = 1 мм, Ь = 100 мм, N = 8000 Н, 1 = 500 мм) изгиб пилы между роликовыми направляющими незначительный и не может существенно повлиять на качество пиления. Для бревнопильных станков толщина пил должна составлять б = 1,6 мм и, как показывают работы изгиб пилы в зоне резания может достигнуть 0,2 мм, что может повлиять на точность пиления.

4. Напряжения изгиба пилы в зоне контакта её с роликовыми направляющими примерно в 10 раз превышает напряжения в зоне контакта пилы с удлинёнными отжимными направляющими. При использовании роликовых направляющих на бревнопильных станках при больших толщинах пил эти напряжения будут ещё больше и будут влиять на снижение долговечности пил.

5. Применение роликовых отжимных направляющих на бревнопильных лен-точнопильных станках нецелесообразно, так как снижается долговечность пил из-за значительных напряжений изгиба в зоне контакта направляющих с пилой, и снижается точность движения пил в зоне резания.

6. Разработана конструкция отжимной аэростатической направляющей с регулируемой жёсткостью её криволинейной части, обеспечивающей плотное прилегание её рабочей части к пиле при различных толщинах пил, силах натяжения, расстоянии от шкивов до направляющих.

7. Оригинальность предложенной конструкции направляющей подтверждается положительным решением на выдачу патента.

8. Выполненные экспериментальные исследования напряжений в пиле в зоне контакта её с удлинённой отжимной направляющей подтвердили справедливость допущений, принятых при теоретических исследованиях.

9. Выполненные экспериментальные исследования точности пиления древесины подтвердили высокую точность пиломатериалов, полученных при использовании отжимных аэростатических направляющих новой конструкции. Среднее квадратическое отклонение толщины пиломатериалов не превышало 0,1 мм. Достижение высокой точности пиления древесины при установке направляющих для пил нового типа подтверждаются актом производственных испытаний.

10. Выполнены исследования по определению влияния уплотнительных канавок на эффективность работы аэростатических опор, используемых в конструкциях направляющих для дереворежущих пил.

11. Определена наиболее эффективная форма уплотнительной канавки.

12. Исследования показали, что применение расположенной параллельно распределительной канавке уплотнительной канавки позволяет повысить зазор между поверхностью опоры и подъёмной плитой на 56%, а, следовательно, и грузоподъёмность опор.

13. Рекомендуется уплотнительную канавку расположить на расстоянии 15 мм от распределительной, глубина её должна быть 0,9 мм, форма - близкая к каплевидной.

14. Аэростатические опоры, как показали исследования, обладают охлаждающей способностью. Наибольший эффект может быть получен при следующих параметрах аэростатических опор: размер распределительной канавки 80x30 мм; глубина распределительной канавки 1 мм; размер уплотнительной канавки 110x60; глубина уплотнительной канавки 0,9 мм.

15. Эксперименты показали, что подъёмная плита нагретая до 50 Т на воздухе без аэростатической опоры охлаждается до температуры 28X3 за 1900 секунд, а при использовании аэростатической опоры за 1000 секунд.

Основные результаты опубликованы: В изданиях по перечню ВАК:

1. Шубный, П.Б. Определение возможности использования аэростатических направляющих для охлаждения круглых пил при пилении древесины [Текст] / П.Б. Шубный, М.В. Дербин, JI.H. Ковалёв // Лесной журнал. - 2011. - №5. - С 138 - 140 (Изв. высш. учеб. заведений);

2. Прокофьев, Г.Ф. Определение напряжений в ленточной пиле при применении отжимных направляющих. [Текст] /, М.В. Дербин // Лесной журнал. - 2011. - №5. - С131-137 (Изв. высш. учеб. заведений).

3. Прокофьев, Г.Ф. Применение аэростатических опор при совершенствовании лесопильных станков [Текст] / Г.Ф. Прокофьев, М.В. Дербин, A.M. Тюрин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2011. — №4. С 1003-1009

В прочих изданиях:

4. Дербин, М.В. Влияние отжимных направляющих на напряжения, возникающие в ленточной пиле [Текст] // Наука - Северному региону: сборник материалов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. - Архангельск, - 2011. - С 32-34;

5. Дербин, М.В. Напряжения в ленточной пиле с отжимными направляющими [Текст] // Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскании: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ. - Петрозаводск, - 2011. - С 13-14;

6. Дербин, М.В. Определение формы отжимной аэростатической направляющей [Текст] // Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскании: материалы международной научно-технической конференции, по-

свящённой 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ. - Петрозаводск, 2011. С 12-13;

7. Дербин, М.В. Сравнение напряжений, возникающих в ленточной пиле, при установке роликовых и аэростатических отжимных направляющих [Текст] // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, - 2011. - С 145-147;

8. Дербин, М.В. Форма отжимной аэростатической направляющей ленточной пилы [Текст] // «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка»: материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов/Под ред. авторов. -СПбГЛТУ, - 2011. - С 169-172. ISBN 978-5-9239-0406-2;

9. Дербин, М.В. Параметры рабочей поверхности отжимной аэростатической направляющей [Текст] / М.В. Дербин, И.Е. Ульяновский // «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка»: материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов/ Под ред. авторов. - СПбГЛТУ, - 2011. - С 169-172. ISBN 978-59239-0406-2;

10. Дербин, М.В. Оценка аэростатических направляющих для охлаждения пил при пилении древесины [Текст] / М.В. Дербин, П.Б. Шубный // «Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка»: материалы Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов/ Под ред. авторов. - СПбГЛТУ, - 2011. - С 173-176. ISBN 9785-9239-0406-2;

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

Подписано в печать 25.04.2012. Формат 60*84/16. Усл.-печ. л .1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 494.

Отпечатано с готового оригинал-макета в Издательско-полиграфическом центре им. В.Н. Булатова ФГАОУ ВПО САФУ

163060, г. Архангельск, ул. Урицкого, д. 56

61 12-5/3630

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное' образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

На правах рукописи

Дербин Михаил Васильевич

УДК 674.053:674.093.6.05

Совершенствование аэростатических направляющих для дереворежущих пил

Специальность 05.21.05. «Древесиноведение; технология и оборудование

деревообработки»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

д.т.н., профессор - Г.Ф. Прокофьев

Архангельск 2012

Содержание

Введение...................................................................................................................4

1 Состояние вопроса....................................................................................10

1.1. Повышение жёсткости и устойчивости дереворежущих пил за

счёт установки для них направляющих..................................................10

1.2. Выполнение рабочих поверхностей направляющих для дереворежущих пил в виде аэростатических опор................................17

1.3. Влияние температурного перепада по радиусу диска круглой пилы на её жёсткость................................................................................28

1.4. Влияние жёсткости и устойчивости дереворежущих пил на точность пиления древесины...................................................................30

1.5. Выводы, цели, задачи исследования.......................................................36

2. Разработка конструкции отжимной аэростатической

направляющей ленточной пилы..............................................................40

2.1. Вступительные замечания........................................................................40

2.2. Теоретические исследования напряжений возникающих в ленточной пиле..........................................................................................41

2.3. Экспериментальные исследования отжимной аэростатической направляющей ленточнопильного станка..............................................53

2.3.1. Описание экспериментальной установки...............................................53

2.3.2. Методика исследований...........................................................................62

2.3.3. Результаты исследований.........................................................................65

2.4. Экспериментальные исследования влияния отжимных аэростатических направляющих с переменной кривизной рабочей поверхности на точность пиления древесины.........................67

2.4.1. Описание экспериментальной установки...............................................67

2.4.2. Методика исследований...........................................................................68

2.4.3. Результаты исследований.........................................................................72

2.5. Выводы и рекомендации..........................................................................73

3. Исследование плоских аэростатических опор.......................................76

3.1. Теоретические исследования аэростатических опор............................76

3.2. Экспериментальные исследования аэростатических опор...................86

3.3. Методика исследований...........................................................................96

3.4. Результаты исследований.......................................................................101

3.5. Выводы и рекомендации........................................................................106

4. Исследование охлаждающей способности аэростатических

опор...........................................................................................................107

4.1. Вступительные замечания......................................................................107

4.2. Описание экспериментальной установки.............................................109

4.3. Методика исследований.........................................................................115

4.4. Результаты исследований.......................................................................120

4.5. Выводы и рекомендации........................................................................128

5. Основные выводы и рекомендации.......................................................130

Список использованных источников................................................................133

Приложения.........................................................................................................144

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Перед лесопильно-деревообрабатывающей промышленностью стоит задача перехода от экстенсивного пути развития к интенсивному, при котором обеспечивается в возрастающих объёмах получение пилопродукции высокого потребительского качества при минимальной себестоимости. Это может быть достигнуто при совершенствовании методов и режимов подготовки и эксплуатации дереворежущих инструментов и станков, модернизации действующего и создании нового деревообрабатывающего оборудования.

В лесопилении большое применение для получения пиломатериалов из пиловочного сырья нашли лесопильные рамы, ленточнопильные и круглопильные станки. Режущий инструмент этих станков представляет собой тонкие стальные полосы (рамные пилы лесопильных рам), ленты (ленточные пилы ленточнопильных станков), диски (круглые пилы круглопильных станков), обладающие малой жёсткостью и устойчивостью. Эффективный путь повышения жёсткости и устойчивости дереворежущих пил - применение для них направляющих, установленных над и под распиливаемым материалом. Для снижения трения пил о направляющие, рабочие поверхности последних целесообразно выполнить в виде аэростатических опор.

Имеется опыт применения аэростатических направляющих для дереворежущих пил. Однако, необходимо вести работы по улучшению их конструкций с целью снижения расхода воздуха, повышение их подъёмной силы, увеличению их охлаждающей способности, обеспечения повышенной

точности движения пил и снижения напряжений изгиба в месте контакта с полотном пилы. Отсюда следует, что работа, направленная на совершенствование аэростатических направляющих для дереворежущих пил является актуальной.

Цель и задачи исследований.

Цель работы - совершенствование конструкции направляющих для дереворежущих пил.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:

1. Выполнить теоретические исследования напряжений в пиле в зоне действия удлинённых и роликовых отжимных направляющих ленточных пил.

2. Определить теоретическим путём характер деформации ленточной пилы в зоне действия отжимных плоских и роликовых отжимных направляющих и в зоне резания между направляющими.

3. Выполнить экспериментальные исследования для проверки допущений, принятых при теоретических исследованиях.

4. Определить область применения роликовых отжимных направляющих для ленточных пил.

5. На основании выполненных исследований разработать конструкцию отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части и испытать её на промышленном ленточнопильном станке.

6. Экспериментальным путём определить параметры аэростатической направляющей с уплотнительной канавкой.

7. Исследовать охлаждающую способность аэростатических направляющих и дать рекомендации по её проектированию.

Научная новизна результатов исследований.

1. Разработаны математические модели расчёта напряжений в ленточной пиле в зоне контакта её с отжимными направляющими.

2. Разработаны математические модели расчёта прогибов ленточной пилы в различных её точках при использовании отжимных направляющих.

3. Дано научное обоснование конструкции отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части. Оригинальность направляющей подтверждается положительным решением на выдачу патента на её конструкцию.

4. Впервые выполнены исследования аэростатической направляющей с уплотнительной канавкой и показана эффективность её применения.

5. Впервые исследована охлаждающая способность аэростатической направляющей и даны рекомендации по её конструированию.

Методы исследований.

1. При выборе направлений исследований и оценке влияния жёсткости и устойчивости дереворежущих пил на точность пиления и производительность станков использовались методы теории резания древесины.

2. Расчёты напряжений в ленточной пиле и её прогибы при использовании отжимных направляющих выполнялись с использованием методов строительной механики.

3. Теоретические исследования аэростатических опор производились с использованием численных методов математики для решения системы разностных алгебраических уравнений.

4. При обосновании целесообразности использования в конструкции аэростатических опор распределительной и уплотнительной канавок использовалась теория аэродинамики струйных течений.

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

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается:

1. Аргументированностью принятых допущений при теоретических исследованиях.

2. Использованием при исследованиях современных методов фундаментальной науки.

3. Выполнением значительного объёма экспериментальных исследований.

4. Сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

5. Производственной проверкой рекомендаций, полученных в результате исследований.

На защиту выносятся:

1. Результаты теоретических исследований напряжений в пиле в зоне контакта её с отжимными направляющими.

2. Результаты теоретических исследований прогибов ленточной пилы на различных участках при использовании отжимных направляющих.

3. Новая конструкция отжимной аэростатической направляющей с регулируемой кривизной её упругой части.

4. Результаты исследований точности пиления древесины на ленточнопильном станке отжимной аэростатической направляющей новой конструкции.

5. Результаты исследований аэростатической направляющей с уплотнительной канавкой.

6. Результаты исследований охлаждающей способности аэростатических направляющих.

Практическая значимость работы.

1. Расчёты напряжений по приведённым формулам могут быть использованы при оценке долговечности ленточных пил с отжимными направляющими.

2. Показано, что нецелесообразно использовать роликовые отжимные направляющие в бревнопильных ленточнопильных станках.

3. Предложенная конструкция отжимной аэростатической направляющей может быть использована при модернизации ленточнопильных станков.

4. Аэростатические направляющие с уплотнительной канавкой могут быть использованы могут быть использованы в конструкциях лесопильных рам, ленточнопильных и круглопильных станков.

5. Материалы по охлаждающей способности аэростатических направляющих целесообразно использовать при модернизации круглопильных станков.

Реализация результатов работы.

1. Модернизирован ленточнопильный станок Р(ЖЕ8Т(Ж 900, установленный на деревообрабатывающем предприятии ООО «Инфа» (г. Архангельск). В приложении 1 приведён акт внедрения, в приложении 2 - акт подтверждающий эффективность его эксплуатации после модернизации.

2. Переданы для практического использования материалы исследований Ухтинскому государственному техническому университету по акту (см. приложение 3).

Апробация работы.

Основные положения диссертации и материалы исследований докладывались на международных научно-технических конференциях в городах: Вологда (2010, 2011 года), Петрозаводск (2011 год), Санкт-Петербург (2011 год), Самара (2012 год) и на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава САФУ (2010 год).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 3 по списку ВАК. Получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

Структура объем и работы.

Диссертационаая работа состоит из введения, 5 глав и 4 приложения. Общий объем работы 151 страницы, включая 42 рисунка и 22 таблицы. Список литературы включает 99 наименований.

1. Состояние вопроса.

1.1. Повышение жёсткости и устойчивости дереворежущих пил за счёт установки для них направляющих.

Во введении отмечалось, что в лесопильных станках пилы представляют собой тонкие стальные полосы (рамные пилы лесопильных рам), ленты (ленточные пилы ленточнопильных станков), диски (круглые пилы круглопильных станков), имеющие малую жёсткость и устойчивость. Эффективный путь повышения жёсткости и устойчивости дереворежущих пил - применение для них направляющих, установленных над и под распиливаемым материалом.

Следует различать три вида жёсткости пилы [60]: собственную жёсткость )с - жёсткость пилы не растянутой внешними силами; начальную жёсткость - жёсткость растянутой пилы при отсутствии сил резания; рабочую жёсткость ур - жёсткость пилы в работе при воздействии на неё сил резания.

В работах [50, 60] с использованием энергетического метода были проведены теоретические исследования начальной жёсткости полосовых (рамных и ленточных) пил при сосредоточенной боковой силе ф, приложенной к режущей кромке пилы на середине её свободной длины /. В результате исследований была получена следующая формула начальной жёсткости пил:

71 = 00

к=1/ х

П=1,3,5

где /V - сила натяжения пилы, Н;

£ - свободная длина пилы в плоскости её наименьшей жёсткости, мм; В = Е1 - жёсткость пилы при изгибе, Н ■ мм2, Е - модуль упругости материала пилы, Е = 2,15 • 105 МПа; / = Ьб3/ 12 - момент инерции сечения пилы при изгибе, мм4, Ь - ширина полотна пилы, мм; 5 - толщина пилы, мм;

С = ак — жёсткость пилы при кручении, Н ■ мм2, С - модуль сдвига материала пилы, в = 8,1 ■ 104 МПа; 4 = Ьб3/3 - момент инерции сечения пилы при кручении, мм4, Эта формула может быть использована для оценки влияния отжимных направляющих для ленточных пил на их начальную жёсткость.

В работе [50] приведены результаты теоретических исследований начальной жёсткости полосовых пил при сосредоточенной боковой силе (), приложенной к режущей кромке пилы на середине её свободной длины I. Пила имеет две направляющие, установленные на расстоянии 1Н друг от друга. Между пилой и направляющими имеется зазор 8. Расчётная схема приведена на рис. 1.1.

л2п2

21

7Г4714

+

21:

В

п2п2

~вг

(1.1)

N

////У/

щщ

N

/Н

/

Рис. 1.1. Расчётная схема полосовой пилы с направляющими, установленными с зазором 8.

В результате теоретических исследований получена следующая формула для расчёта жёсткости:

к = Я/

Б1П-

тси

+

71 = 0°

I

п=1,3,5...

п — со

тс2п2

И7

1

А/ +

ТГ4П4

2/3

+

1

В

п2п2

~6ГГ

тс2п2

п=1,3,5...

Л/ +

ТГ4П4

+

1

В

п2п2

м+^с

Ь21и

п1г бш —

(1.2)

21 " ' 2Р 61 " ' ЪЧ Расчёты показали, что для практических расчётов достаточно взять два члена входящих в формулу рядов. Так, при I = 1800 мм; = 700 мм; 1Н = 400 мм; Ь = 110 мм; 5 = 1,2 мм; N = 8 кН; <? = 10 Н; Е = 2,15 ■ 105 МПа; £ = 8Д ■ 105 МПа и 8 = ОД5 мм с учётом только двух первых членов рядов (п = 1, 3) начальная жёсткость ун = 23Д Н/мм, а при п = 1, 3, ...Д00001 - ун = 21,9 Н/мм. Таким образом, погрешность составляет 5,2 %, что допустимо для практических целей.

Формула (1.2) может быть использована для оценки влияния расстояния между щелевыми направляющими для рамных и ленточных пил и величины зазора 8 на величину начальной жёсткости пил.

Анализ формулы (1.1) показывает, что большое влияние на начальную жёсткость ленточной пилы оказывает использование отжимных контактных направляющих. При отсутствии направляющих (I = 1800 мм; Ь = 110 мм; 5 = 1,2 мм; N = 10 кН) начальная жёсткость пилы /н = 7,8 Н/мм. При установке отжимных контактных направляющих (/ = 400 мм) начальная жёсткость пилы возрастает до )н = 35,9 Н/мм, то есть в 4,6 раза.

Формула (1.6) может быть использована не только для оценки влияния на начальную жёсткость ун изменения расстояния между направляющими, но и зазора 8 между рамной или ленточной пилой и направляющими. Так при I = 1800 мм, Ь = 110 мм, 5 = 1,2 мм, N = 10 кН и £ = 0 ;н = 35,9 Н/мм, а при 8 = 0,3 ;н = 19,5 Н/мм. Таким образом при установке двухсторонних щелевых направляющих вместо отжимных контактных направляющих жёсткость ленточной пилы снижается в 1,8 раза.

В работе [35] выполнены теоретические и экспериментальные исследования жёсткости круглых пил. Исследования показали, что круглая пила с наружным диаметром й = 500 мм, толщиной диска 5 = 2,2 мм и с диметром зажимных фланцев йф = 125 мм имеет жёсткость = 25,44 Н/мм. При установке контактных направляющих (8 = 0) жёсткость пилы составила ) = 34,35 Н/мм, то есть возросла на 35%. При установке направляющих с зазором 8 = 0,5 мм жёсткость пилы составила ) = 27,48 Н/мм, то есть возросла на 8%. Отсюда следует, что установка направляющих для круглых пил с большим зазором незначительно повышает жёсткость пил. Такие направляющие играют роль ограничителей предельных отклонений пилы при её работе. Необходимо стремиться использовать односторонние контактные направляющие для круглых пил. Конструкция таких направляющих показана на рис. 1.2 [63].

Точность пиления древесины на лесопильных станках зависит не только от жёсткости пил, но и от их устойчивости, характеризуемой критической силой, то есть предельной силой Ркр, при достижении которой пила теряет плоскую форму равновесия.

В работе [64] выполнены теоретические исследования устойчивости рамных и ленточных пил в направляющих. Были приняты расчётные схемы приведённые на рисунке 1.3.

.<у=Р. 7

N

N /V

I.

I,

N

а б

Рис. 1.3. Расчётные схемы, принятые при исследовании устойчивости

рамных и ленточных пил в контактных направляющих: а

при

сосредоточенной нагрузке Р; б - при распределённой нагрузке ц = - между направляющими.

Была получена следующая формула критической силы для случая сосредоточенной нагрузки Р:

^ \ 11 ¡.~ а I. I

(1.3)

_ 2п2ЫЬ

т2 т2С

1 + —+ —-1 I,

V1

12 Ь2Ы

где т = 3,46 + 4,93 ( у - 1).

I

(1.4)

При распределённой нагрузке имеем аналог�