Введение к работе
Актуальность темы. Одной из задач развития лесопромышленного комплекса на современном этапе является создание гибких автоматизированных технологических процессов и производительного оборудования с изменяемым поставом, обеспечивающих рациональное использование древесины при производстве пилопродукции заданного назначения, качества и объема на базе индивидуальных схем раскроя и программно-ориентированных вычислительных комплексов. Решение этих задач связано, с одной стороны, с разработкой специальных способов раскроя пиловочного сырья с учетом расположения качественных зон древесины по торцу бревна и зоны заболони по рекомендуемым схемам, способствующих повышению выхода путем эффективного использования древесины продуктивной зоны бревна для выработки пиломатериалов и заготовок стандартных размеров. С другой стороны, для решения задач дальнейшего совершенствования и разработки рациональных способов индивидуального зонального раскроя круглых лесоматериалов на спецификационные пиломатериалы требуется комплекс технических средств.
Поэтому обоснование технологических параметров исполнительных механизмов деревообрабатывающего оборудования на базе программно-управляемых электропозиционеров, обеспечивающих точное и быстрое позиционирование исполнительного механизма или предмета обработки в шаговом или свободном режиме, возможность безинерционного торможения обрабатываемого материала или приспособления при различных скоростных режимах, является актуальным.
Удовлетворению этих требований соответствует использование в механизмах позиционирования деревообрабатывающего оборудования цилиндрических линейных асинхронных или шаговых двигателей, которые способствуют упрощению конструкции узлов, обеспечивают возможность повышения скорости перемещения и необходимое регулирование скорости движения исполнительного механизма, повышение надежности работы станка и качества обработки пиломатериалов, исключают использование промежуточных передач.
В настоящее время такие приводы в лесопильном производстве не применяются. Каждый двигатель имеет индивидуальные особенности и требует согласования своих характеристик с характеристиками исполнительного механизма. В связи с этим предметом объекта исследований являлось создание торцовочного станка с программной системой перемещения механизма резания от электропозиционера.
Цель работы - обоснование технологических параметров механизма перемещения узла резания с линейным приводом круглопильного станка с подвижным суппортом.
Задачи исследований:
1. Дать классифицированное представление систем позиционирования
исполнительными механизмами деревообрабатывающих станков с учетом требований
индивидуального раскроя сортиментов, а также обосновать схему механизма
перемещения узла резания однопильного круглопильного станка с линейным
приводом;
2. Обосновать технологические параметры механизма перемещения узла резания
однопильного круглопильного станка с подвижным суппортом, совершающим
прямолинейное возвратно-поступательное движение по направляющим; определить
силовые и технологические параметры движения механизма прямолинейного
перемещения узла резания при пилении пиломатериалов на однопильном
круглопильном станке; определить технологические параметры привода механизма
перемещения узла резания при отсутствии нагрузки и при наличии переменной
нагрузки;
I РОС. НЛЦИОНХЛЬгНЯ
3 БИБЛИОТЕКА
С.-Петербург -ОЭ гооОакрЧй
3. С учетом сформулированных технологических требований разработать
экспериментальные установки и методики стендовых испытаний по отработке
режимов управления и параметров движения механизма перемещения узла резания
однопильного круглопильного станка с прямолинейным возвратно-поступательным
движением суппорта от шагового и линейного электропривода;
4. На основании требований индивидуального зонального раскроя круглых
лесоматериалов разработать функциональные схемы алгоритма управления процессом
раскроя на базе ленточнопильных и круглопильных станков с изменяемым поставом, а
также обосновать требования к исполнительным механизмам позиционирования
материалов на участках технологического процесса на основе анализа перспективных
схем раскроя лесоматериалов, определить характеристики назначения установочных
перемещений исполнительных механизмов в зависимости от способа формирования
сечений пиломатериалов и дать экспериментальную оценку способу раскроя бревен с
учетом зонального распределения влажности;
5. Провести экспериментальные исследования эксплуатационных параметров
переместительных механизмов с электропозиционерами и отработать режимы
позиционирования; на основе экспериментальных исследований устройств
позиционирования пиломатериалов в процессе обработки по длине разработать
основные требования к исполнительным механизмам участков торцовки,
осуществляющих базирование, заданное перемещение и останов доски в зависимости
от скорости и времени перемещения.
Объект и предметы исследований. Объектом исследований является технология индивидуального раскроя круглых лесоматериалов при производстве спецификационных пиломатериалов на лесопильном оборудовании с изменяемым поставом на базе гибких автоматизированных линий; технологические процессы, конструкции и электромеханические параметры исполнительных механизмов круглопильных торцовочных станков.
Предметами исследований являются: изучение индивидуального раскроя пиловочных сортиментов с получением зависимостей, аппроксимирующих параметров продуктивных зон для выработки пиломатериалов с учетом их влажности и расположения в сортименте; а также систем позиционирования исполнительных механизмов на примере оборудования для торцевания пиломатериалов с подвижным суппортом механизма резания от линейного электропозиционера.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Теоретические положения работы основываются на применении методов классической механики, математического моделирования, математической статистики, дифференциальных исчислений. Обработка результатов экспериментов проводилась с применением современных средств программного обеспечения, вычислительной техники и методов обработки информации.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается приемлемым совпадением результатов теоретических исследований с опытными данными, полученными при проведении экспериментальных работ и производственных испытаний.
Научная новизна работы. Разработаны методики и обоснованы параметры механизма перемещения узла резания круглопильного станка с подвижным суппортом, совершающим возвратно-поступательное движение по направляющим от линейного привода, в зависимости от силовых факторов резания и технологических особенностей пиления древесины, кинематики механизма перемещения суппорта, электромеханических параметров двигателя, которые могут быть использованы при разработке гибких автоматизированных линий по раскрою лесоматериалов на
оборудовании с изменяемым поставом режущего инструмента и исполнительных механизмов в зависимости от параметров процесса изменения поставов.
1. На основании синтеза технических решений задачи позиционирования
механизма перемещения узла резания в круглопильных станках предложена схема
прямолинейного возвратно-поступательного движения суппорта по направляющим от
линейного привода, позволяющая упростить конструкцию, сократить число
промежуточных передач, повысить надежность станка.
-
Разработаны методики определения технологических параметров механизма прямолинейного возвратно-поступательного перемещения узла резания круглопильного станка, включающие зависимости для расчета силовых и кинематических параметров позиционирования суппорта при пилении древесины, позволяющие согласовать механические характеристики двигателя линейного электропривода с характеристиками исполнительного механизма и технологией раскроя древесины. Получены скоростные, временные и переместительные характеристики движения при отсутствии нагрузки и при наличии переменной нагрузки;
-
Созданы экспериментальные установки, разработаны методики испытаний и отработаны режимы управления и параметры движения механизма перемещения узла резания однопильного круглопильного станка с прямолинейным возвратно-поступательным движением суппорта от шагового и линейного электропривода, позволяющие назначать переместительные, временные и скоростные характеристики в зависимости от назначения устройства, эксплуатационных характеристик линии и технологических параметров участка раскроя.
4. Разработана и проверена экспериментально методика индивидуального
зонального раскроя круглых лесоматериалов, включающая полученные зависимости
для программного определения параметров раскраиваемых зон древесины в
поперечном и продольном сечениях сортиментов со схемами раскроя, позволяющая
управляемо назначать установочные перемещения исполнительных механизмов в
зависимости от способа формирования сечений пиломатериалов.
5. на основании экспериментальных исследований эксплуатационных параметров
переместительных механизмов с электропозиционерами разработаны основные
требования к исполнительным механизмам узлов позиционирования, обеспечивающих
базирование, заданное перемещение и останов доски в зависимости от скорости и
времени перемещения, разработан и внедрен круглопильный станок с перемещением
суппорта от линейного привода с заданными технико-экономическими показателями.
Значимость для теории и практики. Теоретическая значимость заключается:
- в получении зависимости для определения электромеханических параметров
линейного электропривода, позволяющей учесть технологические параметры
процесса;
- построении математической модели, позволяющей определять связь
параметров раскраиваемых зон древесины с параметрами выбранной схемы
раскроя;
- в разработке методики построения зонального распределения качественных зон
пиловочных сортиментов.
Практическая значимость работы заключается:
в разработке системы позиционирования с линейным приводом прямолинейного перемещения механизма резания однопильного круглопильного станка с возвратно-поступательным движением суппорта;
- уменьшении металлоемкости станка, упрощении конструкции, повышении
надежности оборудования;
- обосновании параметров процесса раскроя круглых лесоматериалов на однопильных круглопильных станках, которые могут быть использованы как в инженерных расчетах, так и при организации учебного процесса.
Результаты исследований автора могут быть использованы исследовательскими и проектными организации при разработке и конструировании новых технологических процессов, устройств подачи подвижных суппортов узлов резания и совершенствовании технологии и оборудования, частности для торцевания пиломатериалов, а также в учебном процессе. На защиту выносятся:
- методика расчета технологических параметров механизма перемещения узла
резания однопильного круглопильного торцовочного станка с подвижным суппортом,
совершающим возвратно-поступательное движение;
- методика определения технологических параметров привода механизма
перемещения узла резания однопильного круглопильного торцовочного станка,
совершающего прямолинейное возвратно-поступательное движение;
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке
устройства позиционирования суппорта торцовочного 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 также при изготовлении торцовочного станка ТСП-2 (Протокол испытаний от 20.03.2004 г.; Акт испытаний линейного цилиндрического электродвигателя в качестве привода пилы торцовочного станка ТСП-2 от 21.03.2004 г.; Акт внедрения устройства позиционирования суппорта круглопильного торцовочного станка от линейного электропривода и Справка об использовании результатов НИР от 11.01.2006 г.).
Результаты исследований, экспериментальные стенды по исследованию линейного привода, отработке технологических режимов позиционирования исполнительных устройств используются в учебном процессе АГТУ при подготовке инженерных кадров для лесопромышленного комплекса. Изданы и применяются в учебном процессе методические указания «Специальные электрические машины».
Апробация работы. Результаты работы представлялись на международных и всероссийских научно-технических конференциях ЦНИИМОД (г. Архангельск, 1980-1990 гг.), АЛТИ-АГТУ (г Архангельск, 1993-2005 гг.), ВГТУ (г. Вологда. 2002-2005 гг.);
Техническое описание линейного привода механизма резания включено в базу информационных ресурсов РФ, по результатам работы издан информационный лист (г. Архангельск, ЦНТИ, 2006 г.).
Устройство позиционирования суппорта механизма резания на базе линейного привода экспонировалось на второй международной выставке «Робототехника» (г. Москва, ВВЦ, 2005 г.) и отмечено дипломом.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 110 наименований, пяти приложений.
Основное содержание работы изложено на 130 страницах, включая 50 рисунков.
