Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 9
1.1 Общие замечания о пилении древесины круглыми пилами 9
1.2 Процесс работы круглопильного станка в виде функционирующей системы 11
1.3 Классификация круглопильных станков 16
1.4 Режущий инструмент круглопильных станков для продольной распиловки древесины
1.4.1 Основные параметры и маркировка круглых пил
1.4.2 Подготовка пил к работе
1.5 Явление нагрева круглых пил 23
1.6 Основные причины возникновения высоких температурных перепадов 29
1.7 Меры противодействия высоким температурным перепадам 32
1.8 Выводы, цель и задачи исследования 36
2. Теоретические исследования температурного контроля нагрева круглых пил 39
2.1 Общие сведения о методах и средствах температурных измерений 39
2.2 Основные сведения о пирометрическом методе измерения темпе ратуры 41
2.2.1 Теоретические закономерности и понятия 41
2.2.2 Классификация и анализ применения пирометров 43
2.2.3 Принцип действия, достоинства и недостатки радиационных пирометров
2.3 Анализ влияния КТИ поверхности корпуса пилы на показания радиационного пирометра 50
2.4 Методика определения коэффициента теплового излучения круглых пил
53 2.5 Расчет температуры поверхности пильного диска при выполне нии пирометрического контроля 57
2.6 Расчет времени охлаждения круглых пил в период холостого хода 61
2.7 Обоснование монтажной позиции термометрического средства 66
2.8 Анализ применения пирометрического метода теплового контроля круглых пил 70
2.9 Выводы 74
3. Экспериментальные исследования температурного контроля круглых пил 76
3.1 Вступительные замечания и общая постановка задач исследова ний 76
3.2 Экспериментальные исследования коэффициента теплового из лучения корпусов круглых пил 77
3.2.1 Описание экспериментальной установки 77
3.2.2 Выполнение разведывательного эксперимента 80
3.2.3 Экспериментальные исследования коэффициента теплового излучения круглых пил 87
3.3 Исследование нагрева круглых пил при пилении древесины 93
3.3.1 Температурный контроль при пилении на станке СД-1 94
3.3.2 Температурный контроль при пилении на станке Ц6-2 99
3.3.3 Температурный контроль при пилении на станке ЦДК-4-2. 103
3.4 Выводы 109
4. Прогнозирование нагрева круглых пил в процессе продольной распиловки 111
4.1 Общие сведения о прогнозировании состояния технических объектов 111
4.2 Методика прогнозирования нагрева круглой пилы 112
4.3 Моделирующий алгоритм контроля и прогнозирования 117
4.4 Применение температурного контроля в автоматизированной си стеме управления круглопильного станка 120
4.5 Выводы 123
Основные выводы и рекомендации 124
Список литературы .
- Режущий инструмент круглопильных станков для продольной распиловки древесины
- Основные сведения о пирометрическом методе измерения темпе ратуры
- Экспериментальные исследования коэффициента теплового излучения круглых пил
- Применение температурного контроля в автоматизированной си стеме управления круглопильного станка
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности процессов лесопиления неразрывно связано с совершенствованием оборудования и дереворежущего инструмента, с получением пилопродукции высокого качества при минимальных затратах на ее производство, а также с созданием оптимальных условий для функционирования оборудования и дереворежущего инструмента в период эксплуатации.
Значительную часть станочного парка лесопильных и
деревообрабатывающих предприятий составляют круглопильные станки, различающиеся по конструктивным, техническим и технологическим параметрам. Эффективность данного типа оборудования зависит от работоспособности круглых пил.
В процессе работы на устойчивость пильного диска оказывают влияния различного рода факторы, одним из которых является неравномерный нагрев по радиусу диска пилы. Характер нагрева определяет температурный перепад, от величины которого зависит сохранение плоской устойчивой формы полотна пильного диска.
Обширные научные исследования и накопленный производственный
опыт позволили установить причины и способы устранения отрицательного
воздействия температурного перепада путем изменения конструкции пил и
разработки различного рода устройств и мероприятий, снижающих его
величину. Однако, многочисленные факторы, влияющие на величину нагрева
отдельно и в совокупности, не могут быть всесторонне оценены, что
обуславливает возможность нарушения работоспособности режущего
инструмента. Как показывает практика, потеря устойчивости пильного диска приводит к снижению производительности, увеличению выхода брака до 50 %, аварийному расходу пил до 40 %, простою станка и созданию опасной обстановки для обслуживающего персонала.
В то же время, интенсивное развитие производства пирометрических
средств для температурных измерений обуславливает их широкое
распространение и применение в различных отраслях промышленности для контроля технологических процессов. Что же касается применения пирометров для определения температуры дереворежущего инструмента, то отмечены единичные случаи их использования в исследовательских целях.
На основании изложенного была выдвинута гипотеза о возможности осуществления температурного контроля нагрева круглых пил средствами пирометрии в условиях реального процесса, путем включения их в систему управления круглопильных станков.
Цель работы. Повышение устойчивости круглых пил на основе
температурного контроля средствами пирометрии и регулирования
температурного перепада режущего инструмента.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследований:
- выполнить анализ причин, вызывающих повышенные температурные
перепады и способ их устранения;
выявить и изучить факторы, влияющие на результаты измерения температуры нагрева пирометрическими средствами;
разработать метод контролям температуры в основании режущей кромки круглых пил средствами пирометрии;
выполнить теоретические и экспериментальные исследования контроля температуры круглых пил по их радиусу, в зоне зубчатой кромки круглой пилы;
разработать метод прогнозирования величины температурного перепада круглых пил в процессе пиления древесины;
разработать моделирующий алгоритм прогнозирования температурного перепада круглых пил с последующей его реализацией в системе автоматического управления станка.
Методы исследований.
При выполнении исследований использованы следующие методы:
структурный и статистический методы системного анализа; метод
вариационной статистики и регрессионного анализа; метод прогнозирования остаточного ресурса; метод структурно-функционального моделирования.
Использованы положения: теории конвективного теплообмена, теории теплового излучения и волновой физики; теории статистики и планирования эксперимента.
Для получения и оформления результатов исследований были применены компьютерные программы Microsoft Office 2010, Statistica 6.0, Mathcad 2001 Professional, электронные ресурсы удаленного доступа.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается доказанностью принятых допущений и использованием конкретных методов фундаментальной науки при теоретических исследованиях, сходимостью результатов экспериментальных исследований с расчетными.
Научная новизна результатов исследований:
установлены значения коэффициентов теплового излучения (КТИ) корпусов круглых пил, изготовленных их низколегированных инструментальных сталей;
получены аппроксимирующие зависимости КТИ круглых пил от температуры нагрева и температуры окружающей среды;
- определены параметры монтажной позиции пирометрических датчиков
в круглопильном станке;
- разработана рабочая модель прогнозирования теплового состояния
круглых пил в процессе продольной распиловки древесины.
Практическая значимость работы. Пирометрический метод измерения температуры пильного диска может быть использован в программно-аппаратных средствах систем контроля и управления круглопильных станков для продольной распиловки древесины.
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований
коэффициента теплового излучения корпусов круглых пил;
- методика температурного контроля нагрева круглых пил в процессе
продольной распиловки древесины;
- алгоритм модели контроля и прогнозирования температурного перепада
круглых пил.
Апробация работы. Основные положения диссертации были
представлены и одобрены на:
- VI Международной научно-технической конференции «Автоматизация
и энергосбережение машиностроительного производства» (Вологда, 2010 г.);
- Научно-технической конференции профессорско-преподавательского
состава, научных, инженерно-технических работников по итогам работы за
2010 г. (г. Архангельск, 2010 г.);
- XIV Всероссийской научно-практической конференции с
международным участием (г. Архангельск, 2011 г.);
- I Международной научно-практической конференции «Энергетика и
энергоэффективность в условиях геостратегического развития и освоения
Арктического региона» (г. Архангельск, 2011 г.);
- VII Международной заочной научно-практической конференции
«Научная дискуссия: Инновации в современном мире» (г. Москва, 2012 г.),
- Международной заочной научно-практической конференции "Вопросы
науки и техники" (г. Новосибирск, 2012 г.);
- V Евро-Азиатском лесопромышленном форуме «Деревообработка:
технологии, оборудование, менеджмент ХХI века» (г. Екатеринбург, 2012 г.);
- Международной научно-практической конференции "Развитие Северо
Арктического региона: проблемы и решения" (Архангельск, 2015 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, в том числе три в издании по перечню ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 126 наименований, 2 приложений. Основное содержание работы изложено на 156 страницах, включает 39 рисунков, 10 таблиц.
Режущий инструмент круглопильных станков для продольной распиловки древесины
В настоящее время для исследования широкого спектра процессов, происходящих во многих сферах деятельности, в том числе и в технике, применяется теория систем. Развитием ее различных направлений, таких как, системный анализ, системотехника, синергетика занимались В. Кинг, Ю.И. Черняк, Р. Макол, Ф.Е. Темников, В.Н. Волкова, Г. Хакен и другие. Применение направлений теории систем эффективно для формализации и детализации при разрешении целого ряда проблем с получением максимально точного прогноза развития ситуаций.
Процесс пиления древесины на круглопильных станках, как объективно действующую систему рассматривали Ю.М. Стахиев и В.И. Санев. В работах Ю.М. Стахиева упоминается, что для надежности работы должна быть обеспечена наладка системы «станок – инструмент – деталь» [96, 99]. Другой, В.И. Санев, использовал систему в виде «черного ящика» с входными параметрами: древесина, режущий инструмент, резание, станок. Выходными параметрами, по мнению исследователя, являлись: точность распиловки, шероховатость поверхности, сила и мощность резания, выход полезных продуктов, производительность и себестоимость обработки [79]. Но при этом фактически отсутствует детализация структуры системы, в связи, с чем представляется целесообразным рассмотреть функционирование круглопильного станка с позиции современного состояния теории систем.
Поскольку пиление сопровождается многочисленными процессами, отмеченными в п. 1.1, можно считать, что рассматриваемая система относится к области сложных систем [13]. Эффективным средством исследования таких систем являются структурные представления, причем структура системы включает не все элементы и связи между ними, а лишь те, которые, по мнению исследователя необходимы для достижения цели исследования.
Структура системы, принятая для процесса пиления круглопильным станком (на макроскопическом уровне) представлена на рисунке 1.1, в некоторой степени отличается от выше названных. Считаем, что система состоит из трех подсистем: сырье, станок, продукция. Причем, каждая из этих подсистем, в свою очередь, так же может быть выражена более детально в виде уровней и элементов, обладающих определенной взаимосвязью. Но, в рассматриваемой системе доминирующей подсистемой является «станок» и состоит из подсистем нижнего уровня, таких как механизмы подачи и резания, органы управления и т.д. Из схемы следует, что наибольшее внимание уделяется механизму резания и одному из его элементов (простейшей неделимой части) – режущему инструменту.
Структура круглопильного станка в виде функционирующей системы Если рассматривать на микроуровне, то режущий инструмент (круглая пила) сам может быть структурирован в виде системы, в которой зубчатый венец и диск займут положение подсистем нижнего уровня, а зубья, вырезы, прорези и отверстия станут элементами этих подсистем.
Для характеристики функционирования систем применяются такие понятия, как поведение, равновесие, устойчивость и развитие [13]. Система на макро– и микро– уровнях, обладает поведением, так как способна переходить из одного состояния в другое. Так при выполнении пиления происходит изменение состояния элементов системы (нагрев, износ, затупление, вибрация и т.п.) и до тех пор, пока происходящие изменения не выйдут за пределы устойчивости, система будет находиться в динамическом равновесии. После выполнения пропила, то есть в прекращении внешних возмущающих воздействий, система должна возвратиться в исходное или близкое к нему состояние. Следовательно, можно говорить о стремлении к устойчивому состоянию равновесия.
Уточняя характеристику представляемой системы следует отметить, что она относится к классу «открытых», то есть имеет определенные взаимоотношения со средой. Воздействиями на систему со стороны среды являются: энергоснабжение, обслуживание и ремонт, квалификация персонала, климатические параметры окружающей обстановки и т.п. Воздействия среды многообразны и практически не поддаются всеобъемлющему учету, тем не менее, в случае потери системой равновесия и устойчивости, должны подвергаться анализу, изменению или устранению.
Данная система, как и любая другая, обладает связями между подсистемами и элементами. Связи одновременно характеризуют строение (статику системы) и функционирование (динамику) системы. Связи (отношения) характеризуются направлением, силой, видом.
Направления связей в структурной схеме на рисунке 1.1 условно выражены в виде стрелок касается силы, то здесь надо понимать степень одинарного или двойного направления. Двойное направ 14 ление стрелки означает присутствие обратной связи, то есть надо понимать, что влияние одной подсистемы (элемента) на другую приводит к определенным изменениям в первой. Что воздействия определенной связи между подсистемами (элементами), чем выше степень, тем заметнее изменения поведения контактирующих подсистем и системы в целом.
По виду связи различаются: подчинения, порождения, равноправные (или безразличные), управления. Вид связей системы обычно заключается в конструкции и технологии работы станка. Для объяснения видов связей предлагаются следующие примеры.
Подчинение. Передаточное число привода определяет частоту вращения пильного вала, или, изменение развода зубьев и толщины пилы изменяет объем образующихся опилок.
Порождение. Процесс резания вызывает (порождает) затупление и износ режущего инструмента; продолжительный контакт древесины с пильным диском, в результате трения приводит к чрезмерному нагреву пилы, что вызывает процесс горения древесины в плоскости пропила.
Равноправные. Две и более пилы, имеющие одинаковые параметры и подготовку, установленные на общий вал, скорее всего, будут выполнять пиление с равной производительностью и качеством.
Связи управления представляют собой воздействия на подсистемы от подсистемы управления, которая может быть элементарно простой или сложной (АСУ- автоматизированной системой управления), выполняющей функции контроля, управления, обработки и хранения информации.
Следует заметить, что по поводу данной классификации не существует единой точки зрения среди специалистов по системному анализу, поэтому используем её для описания системы с учетом, что она не является окончательной и бесспорной. Функционирование системы необходимо контролировать. Дело в том, что развитие некоторых тенденций может привести к изменению и прекращению функционирования системы, а именно, система может выйти за пределы устойчивого равновесия. Конкретно для круглопильного станка это может проявиться в виде снижения качества и производительности пиления, отказу, аварийной остановке или разрушению какого-либо из составляющих.
Контроль функционирования системы может выполняться по ряду параметров, которые подразделяются на группы: энергетические и механические (физические), размерно-качественные, экономические.
Энергетические и механические, то есть в общем понимании - физические, могут быть следующими: расход энергии; изменения скорости, силы и мощности резания; уровни шума и вибрации механизмов станка и другие.
Размерно-качественные параметры включают: отклонения фактических размеров и формы, шероховатость.
Экономические параметры, такие как удельные затраты, себестоимость распиловки и продукции, выход полезных продуктов, как и параметры группы размерно-качественных определяются после того, как произведенные или обработанные материалы, в качестве элементов, поступят в подсистему «Продукция».
Для осуществления максимально возможного контроля работы кругло-пильного станка, как функционирующей сложной системы, необходимо использовать совокупность параметров, что, в общем, и делается на практике. Одним из таких параметров может быть температура нагрева режущего инструмента, и, следовательно, выполняя контроль нагрева, можно судить о стабильности процесса пиления и о состоянии элементов и подсистем в настоящем времени и краткосрочной перспективе.
Основные сведения о пирометрическом методе измерения темпе ратуры
Пирометры, действие которых основано на зависимости отношений энергетических яркостей в двух спектральных интервалах от температуры тела называются пирометрами спектрального отношения. Если измерение проводится на отношении нескольких интервалов (более двух) – относятся к подгруппе мультиспектральных.
Пирометры спектрального отношения обладают большей точностью измерения, но при этом имеют более сложное устройство и, как следствие, высокую стоимость, габаритные и весовые характеристики, а так же меньшую надежность.
Кроме того, пирометры также принято подразделять на узкоспектральные и широкоспектральные. Пирометры, имеющие спектральный диапазон от 1 до 20 являются широкоспектральными, узкоспектральные имеют ширину от 0,95 до 1,5 мкм. Узкий спектральный диапазон позволяет пирометру "не видеть" световые волны излучаемые поверхностями других объектов или окружающей средой в поле зрения пирометра и принимать излучение только того материала, на который настроен диапазон. Применение широкоспектральных пирометров должно сопровождаться подготовительными мероприятиями по предотвращению попадания «паразитного» излучения. Для этого такие пирометры рекомендуется помещать в тубы (корпуса) с неотражающим покрытием внутри.
Стационарные монтируются для непрерывного теплового контроля технологического оборудования или других объектов, подбираются по характеристикам контролируемого объекта с максимально возможным учетом его свойств. Как правило, монтируются в едином корпусе, с выносной измерительной частью, соединенной проводами или оптоволоконным кабелем. Электропитание пирометра осуществляется от сети с напряжением 12 или 24 В и силой тока 20…500 мА. Переносные пирометры обладают малыми размерами и массой, обычно имеют форму пистолетного типа, источником питания являются батареи или аккумуляторы 9 В. Точность измерения ниже, чем у стационарных пирометров.
применяться только для измерений на коротких расстояниях. Для нацеливания пирометра на удаленные объекты чаще всего применяется луч лазера. С помощью одиночного лазерного луча можно определить только точку вблизи центра зоны чувствительности. У такого прицела луч лазера не совпадает с оптической осью объектива пирометра, поэтому центр зоны смещен относительно лазерного указателя на фиксированное расстояние 1-2 см (т.н. «ошибка параллакса»). В усовершенствованном коаксиальном прицеле луч лазера выходит из центра объектива пирометра и всегда попадает в центр зоны измерения.
Двойные лазерные прицелы показывают не только расположение, но и размеры зон измерения температуры. Кросс-лазерные прицелы работают пересекающимися в одной плоскости двумя лучами, применяются в короткофокусных пирометрах, так как этот вид лазера удобен для определения местоположения фокуса объектива. Круговой лазерный прицел, образованный несколькими лучами, наглядно обозначает зону измерения пирометра.
По оценкам некоторых специалистов [59] в РФ общее количество используемых в настоящее время пирометров составляет от 50 до 70 тыс. штук. За последние 20 лет сократилось использование монохроматических пирометров с 70 до 20 % от общего количества из-за увеличения в инструментальной базе термометрии доли радиационных пирометров полного и частичного излучения.
Современная структура пирометрических средств выглядит примерно следующим образом: пирометры полного и частичного излучения составляют 7075 %; пирометры спектрального отношения - 1015 %; монохроматические - 1520 % и тепловизоры - 510 %. Постоянное увеличение доли радиационных инфракрасных пирометров объясняется успешным развитием электроники нового поколения, позволяющей повысить эффективность процесса измерений за счет уменьшения количества составляющих элементов и повышения надежности их работы.
Анализируя имеющиеся сведения и учитывая условия функционирования круглопильных станков для продольной распиловки, можно сделать предположение о том, что для измерения и контроля температурных состояний режущего инструмента наиболее пригодными являются радиационные пирометры частичного излучения.
Волны теплового излучения (рисунок 2.1), исходящие от поверхности контролируемого объекта, фокусируются линзой (1) и через диафрагму (2) передаются на ИК-детектор (3), соединенный с сенсором. В микротермоэлементах сенсора тепловое излучение трансформируется в электрическое напряжение, которое после повышения усилителем, передается в микропроцессор. После программной обработки поступившего сигнала, полученная процессором информация о температуре передается на показывающее и (или) регистрирующее
Экспериментальные исследования коэффициента теплового излучения круглых пил
Пилы, обозначенные на рисунках 3.3 и 3.4 под номерами 2, 3, 10 были в период эксплуатации, то есть ранее использовались для распиловки и подвергались периодической заточке, были исправными. Остальные семь пил были новыми и эксплуатации не подвергались.
Поверхность пильных дисков, бывших в эксплуатации, заметно отличалась от новых тем, что практически отсутствовал блеск и эффект отражения, цвет был темнее, присутствовали царапины и фрагменты налипшей смолы.
Круглые пилы пробного эксперимента (сталь 9ХФ) Круглые пилы (рисунок 3.3) имели температурные компенсаторы, на пилах 7, 8, 9 (рисунок 3.4) имелись очаги поверхностной коррозии. На данных участках измерения не проводились, с целью исключения влияния на результаты температурных измерений радиационными пирометрами.
При проведении эксперимента измерялись следующие величины: температура поверхности пильного диска Т, измеряемая контактным способом и принимаемая за фактическую; температура поверхности диска, измеряемая пирометром ТП , температура окружающего воздуха Та.
Анализ результатов пробного эксперимента показывает, что значения КТИ корпусов круглых пил значительно ниже 1,0 и в диапазоне температуры от +25 оС до +120 оС уменьшается с увеличением температуры от 0,46 до 0,18.
Значения КТИ монотонно снижаются при повышении температуры нагрева диска и снижении температуры атмосферы в зоне пирометрического контроля. Как правило, зависимость КТИ от управляющих факторов имеет нелинейный характер.
Значения КТИ и характер изменения для всех исследованных пил примерно одинаков. Очевидно, это объясняется схожестью химического состава сталей, из которых изготовлены пилы – инструментальная низколегированная сталь 9ХФ и у «Paritet» и других – сталь немецкой марки 80CrV2 (таблица 3.3) [99].
Так же следует отметить, что КТИ корпусов пил из стали 9ХФ немного (не более 10 %) выше, чем у 80CrV2. Значения КТИ новых пил, то есть с полностью сохраненным первоначальным видом поверхности ниже, чем у пил после эксплуатации и имеющих нарушения исходного состояния.
В ходе выполнения опытов пробного исследования были определены: дисперсии оценки среднего квадратического отклонения коэффициенты s вариации v [69, 70]. Максимальные значения наблюдались у новых импортных пил, при температуре Т выше 70 оС, и не превышали 0,25, 0,5 и 1 % соответственно. Что позволило определить число дублированных опытов в основном эксперименте:
Что касается экспериментальной установки, то можно отметить, что для выполнения экспериментальных исследований является пригодной при условии устранения одного замечания. Для установления влияния Та на показания пирометра необходимо обеспечить поддержание постоянного значения температуры в зоне контроля в течении всего цикла измерений путем тщательного экранирования или регулирования температуры внутри помещения, в котором размещается установка.
В качестве объектов исследования в основном эксперименте были выбраны пилы №10, № 3 и №1 (таблица 3 .1). Это объясняется тем, что именно они были использованы в последующих экспериментах по применению пирометров в условиях реального продольного пиления древесины на круглопиль-ных станках СД-1, Ц6-2 и ЦДК-4.
Анализ результатов пробного эксперимента указывает, что для более детального исследования следует применять экспериментальные планы второго порядка, позволяющих получить математическое описание исследуемого процесса в виде полинома второго порядка [70, 83]. Следует отметить, что данные планы связаны со значительными трудозатратами при обработке результатов, но обладают более высокой точностью описания действующих факторов на выходную характеристику.
Регрессионная модель второго порядка в нормализованных обозначениях факторов имеет вид: Y = ь0 + ъххх + ъ2х2 + ъх xxzx + ъ22х; + ъХ2ххх2 (3.2) где Х1, Х2 – значения нормализованных управляющих факторов. В принятом B – плане второго порядка каждый фактор Xi варьируется на трех уровнях, т.е. принимает в каждом опыте одно из трех значений: наимень шее Xi min, наибольшее Xi max и среднее Xi0= ximax +ximin В нормализованных обозначениях эти уровни представлены: -1, 0, +1. Натуральные обозначения факторов: X1 = Т, X2 = Та, выходная величина эксперимента Y = . То есть, воздействующими и регистрируемыми факторами, как и пробном эксперименте, были приняты температурные значения Т, ТП , Та. Диапазон изменения температуры Т был принят внутри диапазона пробного эксперимента -от +25 до +95 оС. Диапазон изменения температуры воздуха в зоне пирометрического контроля, приближен к реальным условиям работы оборудования в лесопильных цехах – от +10 до +20 оС. Шаг варьирования обоих факторов принят 5 оС. Исследуемые факторы, их интервалы и уровни варьирования для данного диапазона объема оформляются по форме, представленной в таблице 3.4.
Применение температурного контроля в автоматизированной си стеме управления круглопильного станка
Процесс функционирования любой технической системы рассматривается как последовательная смена состояний её элементов. Целью построения моделирующего алгоритма контроля и прогнозирования нагрева пильного диска является обеспечение возможности проведения анализа теплового состояния при различных комбинациях воздействующих факторов при пилении древесины, а так же для построения логики автоматизированной системы управления станком.
В качестве формы представления логической структуры моделирующего алгоритма исследуемого процесса принята блок-схема, представленная на рисунке 4.2. Данная схема выполнена с такой степенью детализации, чтобы определить общий порядок действий при моделировании системы и внесения оперативных изменений при её реализации. В структуре блок-схемы использованы основные и специальные символы, регламентированные ИСО 5807-85 «Единая система программной документации».
В основе разработки алгоритма положен принцип «dt» [76], то есть постоянного интервала между реализациями, величина которого принята в данном случае равной 1 секунде.
Условно моделирующий алгоритм состоит из трех основных блоков: первый – ввод данных и выполнение предопределенного процесса вычислений, второй – температурного контроля, третий – прогнозирования остаточного ресурса.
Оператор (1) первого блока служит для ввода основных исходных данных, таких как: параметры пильного диска, вспомогательные расчетные коэффициенты; технологические параметры и другие. Все они являются необходимыми для выполнения расчета значений температурных перепадов оператором (2).
По завершении подготовительного блока 1 следует блок 2, который включает в себя операторы (3-10). Происходит пуск круглопильного станка (3) с установкой начального момента контроля (4). В операторе (5), на основе обработки информации, поступающей по каналам связи от двух пирометров и термометра устанавливаются: температура кольца, примыкающего к окружности межзубовых впадин ТR, температура кольца на окружности зажимного фланца Тd, температура окружающей среды в рабочей зоне станка Та и величина температурного перепада.
В операторе (7) проводится сравнение температуры в периферийной зоне диска в предшествующий и последующий моменты времени контроля, формируемым оператором (6). Если значение температуры не отличается от предыдущего, пиление не производится (пила совершает холостой ход), то данный оператор переключает систему в «нулевое» положение. В противном случае (отмечается нагрев) – происходит переход к оператору (8), где рассчитывается величина остаточного ресурса. Если величина остаточного ресурса не превышает 0, оператор (9) направляет на генерацию сигнала о необходимости вмешательства в процесс (включение охлаждающей системы, снижение скорости подачи или другие воздействия, снижающие величину температурного перепада).
В случае если воздействия не привели к снижению температурного перепада, и величина его достигает максимально допустимого значения, оператор (10) переключает станок на экстренную остановку.
В блок прогнозирования входят операторы (11-18). Оператором (11) определяется скорость изменения температурного перепада, но прогнозирование возможно только на основе значений за три предыдущие секунды, поэтому оператор переключения (12) позволяет делать прогноз значения температурного перепада, только если время пиления станет не менее величины периода прогноза.
Оператор (13) предназначен для расчета: средней скорости нагрева, верхних значений скорости нагрева и температуры в конце периода прогноза, а также прогнозируемого температурного перепада.
Оператор (14) в зависимости от величины остаточного ресурса температурного перепада переключает на расчет остаточного времени пиления оператором (15) или на оператор (17), который позволяет сдвинуть период контроля для прогнозирования на установленный интервал.
Оператор переключения (18) путем сравнения значений последующего значения температурного перепада с предыдущим позволяет продолжить прогнозирование или прекратить в случае завершения рабочего хода.
Алгоритм работы автоматизированной системы управления (АСУ) круг-лопильного станка (Рисунок 4.3) представляет собой последовательность управляющих воздействий на основе поступающей в систему оперативной информации о функционировании и состоянии пильного диска, в зависимости от величины температурного перепада.
1. Запуск станка. При получении сигнала на запуск станка в работу от оператора АСУ проверяет оборудование на готовность. При получении сигнала о неготовности какого-либо механизма, узла АСУ генерирует событие – «ошибка во время пуска» и выдает индикацию (световой сигнал) на панель оператора о неготовности к работе отдельного механизма или узла.
Процесс пуска невозможен до устранения ошибки и квитирования события администратором АСУ. Если события «ошибка во время пуска» генерируется на более поздних этапах запуска станка в работу, то происходит последовательный останов запущенных узлов и механизмов.