Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1.1. Деление полосовыми пилами как основной технологический способ лесопиления.
1.2. Анализ факторов и обоснование выбора критериев, определяющих точность пиления.
1.3. Обзор существующих методов повышения жесткости и устойчивости пил.
1.4. Обзор методов оценки начального напряженного состояния и показателей жесткости и устойчивости полосовых пил.
1.5. Выводы и задачи исследования. 22
ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕРЖНЕВОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОЙ И СОБСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ ПОЛОСОВЫХ ПИЛ.
2.1. Стержневая модель изгиба полотна пилы. 26
2.2. Стержневая модель кручения полотна пилы. 30
2.3. Обоснование выбора граничных условий и анализ модели при расчете начальной жесткости.
2.4. Методика расчета распределения начальных напряжений на основе построенной модели с учетом повышения собственной жесткости пилы.
2.5. Расчет начальной жесткости полосовой пилы с учетом внутреннего напряженного состояния.
2.6. Способ оценки степени вальцевания полосовых пил. 54
2.7. Выводы и рекомендации. 55
ГЛАВА 3. ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОСКОЙ ФОРМЫ РАВНОВЕСИЯ ПОЛОСОВОЙ ПИЛЫ.
3.1. Разработка модели при симметричном распределении внутренних напряжений с одним следом вальцевания.
3.2. Разработка модели при несимметричном распределении внутренних напряжений с одним следом вальцевания.
3.3. Построение модели при нескольких следах вальцевания.
3.4. Анализ результатов исследований модели устойчивости плоской формы равновесия полосовой пилы.
3.4.1. Расчет устойчивости полотна пилы. 65
3.4.2. Расчет критических напряжений в зависимости от числа следов вальцевания.
3.4.3. Влияние эксцентриситета следов вальцевания на устойчивость полосовых пил.
3.5. Выводы и рекомендации. 70
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ФОРМЫ СВЕТОВОЙ ЩЕЛИ ПРИ ИЗГИБЕ ПОЛОТНА ПИЛЫ.
4.1. Обоснование необходимости расчета оптимального радиуса изгиба полотна полосовой пилы.
4.2. Построение модели изгиба пилы для расчета оптимального радиуса.
4.3. Применение модели изгиба пилы для расчета допустимой величины световой щели при изгибе по оптимальному радиусу.
4.4. Анализ результатов расчетов оптимального радиуса изгиба полосовых пил.
4.5. Исследование и анализ формы световой щели полосовой пилы на основе построенной модели.
4.6. Оценка равнозначности вальцевания по одному или по нескольким следам.
4.7. Влияние эксцентриситета вальцевания на жесткость и форму световой щели ленточных пил.
4.8. Экспериментальные исследования зависимости величины световой щели от радиуса изгиба пилы в плоскости наименьшей жесткости.
4.9. Выводы и рекомендации. 92
ГЛАВА 5. ПОСТРОЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ ПОЛОСОВОЙ ПИЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ ЖЕСТКОСТИ.
5.1. Разработка модели расчета, рабочей жесткости полосовых пил.
5.2. Сравнительный анализ расчетов жесткости пил, выполненный по стержневой и пластинчатой модели.
5.3. Оценка влияния на жесткость полотна пилы эксцентриситета силы натяжения и эксцентриситета следа вальцевания.
5.4. Влияние величины выставки отжимных направляющих на жесткость пил.
5.5. Экспериментальные исследования по оценке степени начального напряженного состояния полотна пилы жесткостным методом.
5.6. Выводы и рекомендации. 130
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 133
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 139
Введение к работе
Перед лесопильной промышленностью стоит задача интенсификации переработки пиловочного сырья на лесопильном оборудовании, которая определяется повышением производительности лесопильных станков, выхода пиломатериалов, надежности работы режущего инструмента, улучшения качества пилопродукции. Основным ограничением производительности лесопильных рам и ленточнопильных станков является точность пиления. В первую очередь показатели точности пиления определяются параметрами жесткости и устойчивости технологической системы, то есть жесткостью станков и жесткостью и устойчивостью режущего инструмента. Жесткость и устойчивость рамных и ленточных пил могут рассматриваться совместно по следующим причинам: методика оценки точности пиления в зависимости от сил резания, жесткости и устойчивости пилы одинакова для рамного и ленточного пиления; рамная и ленточная пилы в зоне резания представляют растянутую стальную полосу, на одной из кромок которой насечены зубья, поэтому методы расчета жесткости и устойчивости для рамной и ленточной пилы не имеют принципиальных различий; средства оценки жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил одинаковы. Следует отметить, что реализация общих решений должна осуществляться с учетом особенностей конструкций узлов резания и подачи станков; конструкций пил и условий их подготовки и эксплуатации.
Сведения о современном состоянии вопроса по влиянию отдельных факторов на напряженное состояние, жесткость и устойчивость ленточных и рамных пил содержат материалы исследований следующих авторов: А.Э. Грубе, Хасдан СМ., Р.В. Дерягин, Г.Ф. Прокофьев, А.Е. Феоктистов, И.П. Остроумов, А.А. Настенко, В.И. Юрьев, В.Д.Колобов, В.И. Веселков, A.M. Кузнецов, А.В. Брюквин, Е. Барц (Германия), Е. Байковский (Польша), Б. Тунелл (Швеция), Е.Вюстер (Австрия) и другие. Анализ научно-исследовательских работ и литературных источников показывает, что в решении вопросов эффективного использования ленточнопильных станков и рамных пил большое значение имеет правильная подготовка инструмента, составной частью которой является создание внутреннего напряженного состояния в полотне пилы. Благоприятно распределенные в полотне пилы внутренние напряжения повышают жесткость и устойчивость полосовых пил. Основным способом создания начального напряженного состояния в полотне пилы является вальцевание, то есть прокатка средней части полотна между вальцовочными роликами. За счет этого в средней части полотна возникают напряжения сжатия, а на кромках - напряжения растяжения. Существуют различные рекомендации по увеличению жесткости полосовых пил методом вальцевания. Кроме того, эффективным способом повышения жесткости и устойчивости рамных и ленточных пил является применение направляющих для пил, уменьшающих их свободную длину. Все это позволило сделать вывод об актуальности исследований влияния внутренних напряжений и условий их распределения в полотне пилы на жесткость и устойчивость полосовых пил с учетом таких внешних факторов, как эксцентриситет линии приложения растягивающей силы, действие нормальных и боковых составляющих силы резания, применение направляющих.
Цель работы - совершенствование методов повышения жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их начального напряженного состояния.
В соответствии с поставленной целью определены следующие основные задачи исследований:
1. Оценить влияние различных условий закрепления на расчетную начальную жесткость ленточных и рамных пил; оценить погрешность применения существующих приближенных методов расчета начальной жесткости полосовых пил; определить оптимальный характер распределения внутренних напряжений в полотне пилы с точки зрения повышения жесткости и устойчивости полосовых пил.
2. Разработать методику расчета оптимального радиуса изгиба полосовой пилы для оценки начального напряженного состояния по величине световой щели; определить допускаемые величины световой щели.
3. Разработать методику расчета критических напряжений, при которых происходит потеря устойчивости плоской формы равновесия полотна пилы и определить допускаемые напряжения в полотне пилы.
4. Разработать комплексную модель расчета жесткости полосовых пил, учитывающую установку направляющих, начальное напряженное состояние; наличие эксцентриситета силы натяжения пилы; рабочие нагрузки от сил резания; исследовать влияние величины отжима односторонних направляющих на жесткость ленточных пил в зависимости от режимов пиления.
5. Провести экспериментальные исследования для проверки основных теоретических положений, достоверности разработанныхо математических моделей.
Новизна исследований и научных результатов.
1. Проведен анализ влияния условий закрепления полотна пилы на расчетную жесткость полосовой пилы; произведена оценка точности существующих приближенных методов расчета начальной жесткости; получены расчетные зависимости начальной жесткости с учетом характера распределения начальных напряжений в полотне пилы.
2. Определен оптимальный характер распределения внутренних напряжений в поперечном сечении пилы с точки зрения повышения жесткости полотна; теоретически исследовано влияние ширины следа вальцевания, числа следов и эксцентриситета следов вальцевания на жесткость и устойчивость ленточных и рамных пил; разработана методика расчета критических напряжений сжатия, при которых полотно пилы теряет устойчивость плоской формы равновесия.
3. Рассчитаны значения оптимальных радиусов изгиба полотен пил, при которых величина световой щели наибольшая. Обоснованы рекомендации по применению величины радиуса изгиба пилы в плоскости наименьшей жесткости для определения ее внутреннего напряженного состояния. Определены предельные значения величины световой щели и ее форма при изгибе пилы по оптимальному радиусу из условий сохранения плоской формы равновесия полотна.
4. Разработаны модели расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости; с учетом установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия боковой и нормальной силы, распределенными по высоте пропила.
5. Получены расчетные зависимости величины выставки отжимных направляющих ленточных пил.
6. Разработан и научно обоснован жесткостной метод оценки начального напряженного состояния рамных пил при подготовке полотен пил.
Теоретические исследования выполнены с использованием теории стержней и тонких пластин, теории дифференциальных уравнений, метода конечных элементов; расчеты выполнялись с использованием программных комплексов MapleV 6, ANSYS v. 5.5.3 ED.
Экспериментальные исследования для проверки достоверности разработанных математических моделей выполнены на специально созданных экспериментальных установках.
На защиту выносятся:
• Результаты теоретических и экспериментальных исследований жесткости и устойчивости ленточных и рамных пил с учетом их внутреннего напряженного состояния.
• Методики расчета собственной жесткости и устойчивости полосовых пил с учетом внутреннего напряженного состояния.
• Модель расчета жесткости полосовых пил при различных условиях закрепления полотна пилы в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости с учетом установки направляющих, эксцентриситета силы натяжения, внутреннего напряженного состояния, действия распределенных боковой и нормальной силы. • Разработка и научное обоснование способа оценки начального напряженного состояния рамных пил, основанного на изменении, жесткости на кручение пильного полотна при создании в нем внутренних напряжений.
