Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы рационального лесопиления. Обзор литературы, анализ современного состояния 14
1.1. Оборудование, используемое для лесопиления. Основные конструктивные схемы лесопильного оборудования: преимущества и недостатки 14
1.2. Сопоставление основных параметров существующего оборудования и перспективы повышения его эффективности 15
1.3. Выбор сопоставительного аналога для вновь проектируемой конструкции станка 19
1.4. Многопильный станок: обоснование технической и экономической целесообразности конструкции 21
1.5. Выводы.. 22
Глава 2. Разработка принципиальной схемы многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен 23
2.1. Принципиальная структурная схема устройства. Основные узлы проектируемого станка 23
2.2. Основные технико-экономические задачи по расчёту и проектированию многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен 27
2.3. Оценка мощности, затрачиваемой на пиление, и энергетических потерь 29
2.4. Определение рациональных геометрических и физико-механических параметров пильного полотна 39
2.5. Выводы 51
Глава 3. Расчёт и проектирование пильного блока 52
3.1. Анализ и обоснование конструктивной схемы пильного модуля 52
3.2. Анализ инерционных сил, действующих в пильном модуле. 56
3.3 Анализ прочностных и динамических характеристик пильного модуля 60
3.4. Определение геометрических параметров пильного блока 64
3.5. Выводы 66
Глава 4. Исследование динамики пильных полотен. Обеспечение устойчивости режимов пиления 68
4.1. Выбор и обоснование основных геометрических характеристик пильного полотна 68
4.2. Анализ статической устойчивости пильного полотна 69
4.3. Расчет частот собственных колебаний пильных полотен на основе расчетной схемы стержня 73
4.4. Проблема параметрических колебаний пильных полотен 78
4.5. Анализ динамического поведения пильных полотен на основе оболочечной модели 82
4.6. Анализ дополнительных факторов, влияющих на динамические характеристики коленчатого станка 94
4.7. Выводы 98
Глава 5. Расчет и проектирование узлов крепления пильного полотна 99
5.1. Конструкция, анализ условий работы и основные требования, предъявляемые к шарнирным узлам крепления пильного модуля 5.2. Метрологический анализ и расчёт компенсационных зазоров узла крепления пильного полотна.
5.3. Расчет и проектирование упругих элементов, используемых для крепления пильных полотен 107
5.4. Проектирование подшипникового узла пильного модуля 117
5.5. Выводы 119
Глава 6. Экспериментальная проверка и опенка рабочих характеристик многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен 120
6.1. Основные задачи и программа испытаний 120
6.2. Анализ результатов испытаний 122
6.3. Экспериментальная проверка наличия нежелательных резонансных режимов и отстройка пильного модуля по частоте 129
6.4. Перспективы применения и дальнейшие пути совершенствования конструкции 133
6.5 Выводы 134
Основные выводы 135
Литература 136
Приложения 148
- Сопоставление основных параметров существующего оборудования и перспективы повышения его эффективности
- Основные технико-экономические задачи по расчёту и проектированию многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен
- Анализ прочностных и динамических характеристик пильного модуля
- Расчет частот собственных колебаний пильных полотен на основе расчетной схемы стержня
Введение к работе
Повышение эффективности работы лесопильно-деревообрабатывающей промышленности теснейшим образом связано с развитием комплекса машин, обеспечивающих реализацию основных этапов технологического процесса производства. Особое место при этом принадлежит бревнопильным станкам, играющим главную роль в формировании размеров и качества пиломатериалов. В настоящее время в России основная часть пиломатериалов производится на лесопильных рамах с возвратно-поступательным движением пильных полотен.
Широкое применение находят также круглопильные станки и ленточнопильные станки с лезвиями в форме замкнутой ленты-пилы.
Каждая из трех упомянутых выше конструктивных схем имеет свои достоинства и недостатки. Так, лесопильным рамам свойственны: невысокое качество обработанной поверхности и относительно большие непроизводительные затраты энергии. Динамические свойства основных механизмов обуславливают необходимость массивного фундамента и, как следствие, стационарность лесопильных рам. Высокая виброактивность лесопильных рам, связанная, прежде всего, с использованием конструктивно неуравновешенного кривошипно-ползунного механизма резания, порождает целый ряд проблем, касающихся не только нагруженности узлов и деталей самой машины, но и интенсивного вредного вибрационного воздействия ее на окружающую среду, и в первую очередь на человека.
К недостаткам круглопильного оборудования следует, прежде всего, отнести сложность изготовления и дороговизну дисковых пил большого диаметра, поэтому практическое применение дисковых пил сводится, в основном, к распиловке бревен малых диаметров (до 300-3 50мм). Ленточные пилы характеризуются малым ресурсом работы полотна, что с учетом практического отсутствия высококачественных отечественных ленточных пил приводит к зависимости от импорта.
С учетом вышеизложенного, актуальной задачей является разработка новых технических решений в области создания деревообрабатывающего оборудования, сохраняющих преимущества и исключающих недостатки существующего оборудования.
В свете решения этой задачи автором предлагается принципиально новый вид деревообрабатывающего оборудования - многопильный станок с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен.
Простота и надёжность конструкции предлагаемого станка позволяет обеспечить высокие функциональные характеристики, среди которых следует особо выделить: улучшение качества обработанных поверхностей, снижение энергопотребления; относительно малый вес и динамическую сбалансированность основных узлов; повышенную мобильность оборудования при отсутствии массивного фундамента.
Таким образом, актуальность работы определяется необходимостью решения важной прикладной научно-технической задачи, посвященной проектированию и расчету нового типа деревообрабатывающего оборудования - многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен, показатели которого соответствуют и опережают современный мировой уровень оборудования аналогичного функционального назначения.
История эксплуатации и создания деревообрабатывающего оборудования знает о попытках разработки, так называемой, коленчатой пилы или коленчатого станка^ представленной на рис. 1. Появление этой идеи и первые попытки создания изготовления коленчатой пилы относятся к концу Х1Х-го века [1].
Рис. B.l. Принципиальная схема «коленчатого» станка для распиловки бревен. Полотна с зубьями смещены друг относительно друга и совершают круговые поступательные
движения.
Кажущиеся простота и надёжность принципиальной схемы коленчатого станка вселяли надежду на создание нового эффективного лесопильного оборудования, удовлетворяющего давним пожеланиям эксплуатационников.
Предполагалось, что новая конструкция позволит достичь и, даже, улучшить ряд важнейших качественных и количественных показателей присущих традиционному лесопильному оборудованию. О том, что такие работы имели место, свидетельствует ряд изобретений и патентов, преследующих цель создания нового станка.
Так, например, в устройстве [3] пильные модули размещаются на консольных участках валов, при этом передача движения от ведущего вала к ведомому валу и их синхронизация осуществляется с помощью цепной передачи. Однако цепная передача ограничивает частоту вращения валов, а само устройство не решает задачу исключения эффекта формоизменения пильного полотна. При этом ширина распила недопустимо увеличивается, а пиление становится не возможным.
Известны также устройства для распиловки древесины [100 — 105], содержащие станину, на которой расположены пильный блок в виде ведущего и ведомого коленчатых валов с параллельными осями вращения и с опорами на концах. При этом пильные модули с пильными полотнами шарнирно закреплены на одноименных шейках коленчатых валов. Во всех вышеупомянутых устройствах для обеспечения синхронизации вращения валов используется дополнительная жесткая кинематическая связь между ведущим и ведомым валами, что усложняет и утяжеляет конструкцию, но не решает основную проблему формоизменения пильных полотен.
Однако до настоящего времени эта идея не была реализована в силу иных и весьма существенных причин. В качестве основной причины следует назвать сложность и комплексный характер поставленной задачи. Ниже будет отмечено, почему не увенчались успехом попытки эмпирического проектирования конструкции без привлечения современных методов расчета и проектирования. Особенно наглядно это выявилось при анализе динамики, устойчивости и прочности полосовых пильных полотен, подвижных узлов, а также некоторых других деталей и агрегатов станка.
Целью настоящей работы является создание на основе структурной схемы коленчатого станка опытно-промышленного образца нового вида лесопильного оборудования - многопнльного станка с круговым поступательным движением пильных полотен.
В работе была поставлена следующая основная задача - с позиций современного развития науки об обработке лесоматериалов, используя новейшие достижения в области механики и численных методов, теоретически обосновать, спроектировать и довести до уровня опытно-промышленного образца новую конструкцию лесопильного станка с функциональными показателями, не уступающими современному мировому уровню, по существу решив крупную научно-техническую задачу, имеющую важное народнохозяйственное значение.
В первой главе проводится обзор литературных источников, посвященных вопросам лесопиления. Приводится сравнительный анализ основных характеристик оборудования, используемого для лесопиления. Обсуждаются основные схемы конструкций лесопильных станков, их особенности, преимущества и недостатки. На основе сопоставления основных параметров существующего оборудования и возможности повышения его эффективности делается вывод о перспективности применения конструкции многопильного коленчатого станка и дается обоснование его технической и экономической целесообразности.
Во второй главе рассматривается принципиальная схема многопильного станка с круговым поступательным движением пильных полотен. Формулируются основные задачи по расчёту и проектированию конструкции. Основное внимание уделяется анализу функциональных характеристик пильного модуля и обеспечению динамического баланса конструкции. Обосновывается выбор геометрии зуба дереворежущего полотна в зависимости от конструкции пильного модуля и характеристик процесса пиления, определяются усилия резания. Анализируются возможные энергетические потери. Приводятся расчеты потребляемой мощности.
Сопоставление основных параметров существующего оборудования и перспективы повышения его эффективности
Перечень характерных преимуществ и недостатков оборудования, перечисленных конструктивных схем представлен в Таблице 1.1.
Анализируя сложившуюся экономическую обстановку и конъюнктуру рынка, следует отметить следующие тенденции в лесопильной промышленности. Имеющая место экономическая нестабильность, деловые риски, дефицит энергоносителей, позитивный опыт таких стран, как Канада, Швеция в разработке лесных ресурсов, указывают на целесообразность организации деревоперерабатывающего производства с ежедневной распиловкой не более 50 кубических метров пиловочника [123].
Именно такой объём переработки пиловочника для одного станка — 50 кубометров в смену (в день) - характерен для оборудования используемого в так называемом малом лесопилении. Расчёты показывают: небольшое деревообрабатывающее предприятие, находящееся в центре лесного массива с радиусом 15,..20 км в течение 80...100 лет, теоретически способно ежегодно с площади 200 гектаров перерабатывать от 12000 до 15000 кубических метров пиловочника, с последующей рекультивацией лесосеки. Такое предприятие представляется весьма рентабельным с наибольшим экономическим эффектом на одного работника.
Ни один из перечисленных в Таблице 1.1. видов оборудования полностью не удовлетворяет требованиям малого лесопиления и давним пожеланиям эксплуатационников. Анализ характерных преимуществ и недостатков лесопильного оборудования приводит к выводу о необходимости создании оборудования с конструкцией принципиально иного структурного вида, по возможности объединяющей их преимущества и исключающей их недостатки.
Новое оборудование должно быть динамически сбалансированным и поэтому не требующим массивной рамы и массивного фундамента. Должны быть минимизированы энергетические потери, связанные с возвратно-поступательным движением пильной рамки при распиловке материала несколькими полотнами одновременно, не теряя производительности, повышая качество поверхности и точность распила.
Для минимизации ширины пропила и, как следствие, энергозатрат, а также улучшения качества обработки поверхности желательно обеспечить толщину пильного полотна близкой к ленточной пиле. Целесообразно использовать пильные полотна короче, чем пилы лесопильной рамы, обеспечивая при этом эффективную регулировку усилий натяжения полотна. Оборудование должно быть как можно более простым, надёжным и ремонтопригодным. Важными характеристиками являются также мобильность, малое энергопотребление и малая металлоемкость.
Все вышеперечисленные характеристики должны обеспечивать экономическую целесообразность и малый срок самоокупаемости вновь создаваемого оборудования с наибольшим доходом на одного распиловщика.
Согласно [57, 85] одним из наиболее распространённых станков для роспуска пиловочника (брёвен) на доски в России является лесопильная рама модели Р63-4Б - станок, предназначенный для роспуска на доски брёвен диаметром до 600 мм. Известно также, что деловая древесина с диаметром более 600 мм, так называемый толстомер, добывается в Западной Сибири и в Приморском крае, а её объём составляет 5-7 % от общей добычи деловой древесины. По некоторым данным толстомер занимает в объеме переработки древесины около 10-15%.
До 1992 — 1994 г.г. отечественная промышленность выпускала около 2000 шт. в год станков модели Р63-4Б. К 2000 году производство этих станков упало до 20 шт. в год (по данным Департамента лесопромышленного комплекса Минпромнауки РФ в 2000 году), но возросло производство ленточнопильного оборудования (около 400 единиц в 2000г.), а также увеличился ввоз импортного ленточнопильного оборудования (500 — 600 ед, в 2000г.). Последние данные являются экспертными и основаны на информации выставочного и производственного характера. В доступных автору источниках отсутствуют полные данные за последние годы, а тем более - на перспективу.
Процесс перехода деревопереработчиков России на ленточнопильное оборудование, начавшийся в начале 90-х годов, был вызван несколькими факторами. Один из них — отказ большинства малых предприятий от эксплуатации лесопильных рам. Основными причинами отказа являлись: повышение цен на электроэнергию при высокой потребляемой мощности, низкий уровень качества и точности обработанной поверхности распила и, как следствие, - снижение продажной цены пиломатериалов, а также необходимость дополнительных вложений в строительно-монтажные работы для вновь приобретённых станков и некоторые другие факторы.
Однако ленточнопильное оборудование, которое хотя и решило часть проблем, относящихся к качеству пиления и энергопотребления, оказалось капризным в эксплуатации, относительно малопроизводительным и при этом достаточно дорогим. Как показывают наши и другие расчёты экономической эффективности [57], при правильной эксплуатации лесорам, уровень рентабельности их работы не ниже, а даже выше ленточнопильного оборудования. Поэтому, создание образца конкурентоспособного по качеству распила и энергопотреблению ленточнопильному оборудованию, который одновременно позволит заменить лесорамы модели Р63-4Б новым, современным видом оборудования и может рассматриваться как одна из целей настоящей работы.
Основные технико-экономические задачи по расчёту и проектированию многопильного станка с круговым поступательным движением полосовых пильных полотен
В процессе выполнения диссертационной работы, посвященной созданию многопильного станка с круговым поступательным движением пильных полотен решался и целый спектр технико-экономических задач. Предполагалось, что конструкция станка «Шершень» по сравнению с аналогом - лесорамой Р63-4Б, должна обеспечить улучшение следующих показателей при равной практической производительности: снижение энергозатрат при распиловке единицы пиломатериала на 40-50% (при полной загрузке) и в 1,5-4,5 раза (при распиловке бревен со средним диаметром равным 330 мм и менее); общего энергопотребления в 1,5 - 4 раз; материалоемкости в 2,5 - 3 раза; исключение имеющих место для станка Р63-4Б затрат на строительно-монтажные работы по изготовлению бетонного фундамента и строительных конструкций, которые составляют до 30% от общей стоимости станка. Предполагалось достичь следующих основных эксплуатационных характеристик станка: - Ширина пропила не должна превышать 2,4 мм. - Толщина полотна - не более 1,2...1,4 мм (для сравнения толщина полотна аналога — Р63-4Б от 2 до 3 мм). - Станок должен обладать принципиальной возможностью использования пильных полотен толщиной около 1.1 мм. - Натяжение пильных полотен должно быть индивидуальным, простым и не зависящим от уровня квалификации оператора (обслуживающего персонала). - Срок работы пильного полотна между перезаточками должен быть увеличен в 1.5...2.5 раза, а при использовании стеллита- в 4...5 раз. - Диаметр распиливаемых бревен должен составлять до 500 мм, при их длине 7-8 метров и более, при этом предпочтение отдаётся распиловке двухкантного бруса толщиной до 400 мм. - Должна быть обеспечена плавная скорость подачи (ввода) материала (бревна или бруса) в зону резания - от 0,5 до 3,0 метров в минуту, исходя из требований по обеспечению качества выпиливаемых досок. - Должен быть обеспечен ресурс работы шарнирных узлов без проведения регламентных работ при 2-х сменной работе - не менее 2-х лет. - Станок должен быть простым в разборке, сборке, установке в технологическую линию и эксплуатации.
Станок должен иметь околостаночные средства механизации, а также возможность его использования в комплекте с имеющимися механизмами подачи и отвода пиломатериала из зоны резания. При этом должна обеспечиваться безопасность работы и соответствие необходимым эргономическим требованиям и требованиям техники безопасности по шуму, запыленности и т. п. Иные эксплуатационные характеристики не должны быть ниже соответствующих характеристик аналога (лесорамы Р63-4Б). Конструкция шарнирных узлов пильного модуля и пильного блока должна быть ограниченно-разборная, т. е. не разбираемая до срока истечения ресурса используемых подшипников; иметь возможность периодической смазки опорных подшипников, её надежную подачу, обновление и достаточность. Используемые материалы должны быть отечественного производства. Допускается импортная комплектация пульта управления и привода подачи. В соответствии с традиционной методикой, изложенной в [23, 25,75], проведем оценку мощности, затрачиваемой на пиление, и возможных энергетических потерь. Средняя мощность необходимая для распиловки заготовки или бревна диаметром - Об рассчитана при длине распила — SnpM. Затрачиваемая мощность для одного полотна определяется формулой: где Fpe3 — сила резания, приходящаяся на один зуб полотна; SnpM - общая длина перемещения зубьев при пилении; Тр — время пиления, Zp - количество зубьев пилы, участвующих в процессе пиления. Сила резания, приходящаяся на один зуб пильного полотна, определяется в соответствии с рекомендациями, приведенными в работах [23, 25] где Впр — ширина пропила (в мм); Sz - подача материала в зону резания (в мм), крез — числовой коэффициент (коэффициент давления), зависящий от вида обрабатываемой древесины и имеющий размерность (кГ/мм или Н/ м 10"5). Средняя длина пропила для бревна диаметром D оценивается как Усредненное количество зубьев, участвующих в процессе пиления можно определить по формуле: где t3 - шаг зубьев полосовой пилы (в мм). Необходимо учесть, что сила резания изменяется в зависимости от плотности распиливаемого материала, его влажности и наличии сучков. Учет этих факторов производится с помощью усреднённого коэффициента кра. Например при обработке еловых пород pej« 25...45 [Н/мм2]. Сила резания полотнами в поставе не является постоянной величиной и зависит от t. Максимальная сила резания - F f возникает при распиловке бревна по диаметру (т.е. когда t = D$), тогда
Анализ прочностных и динамических характеристик пильного модуля
К конструкции шарнирного узла предъявляются требования обеспечения необходимой прочности при минимизации его массы. В силу сложности геометрической формы узла данная проблема не может быть с достаточной точностью решена аналитически. Поэтому, прочностные расчёты проводились численно с помощью метода конечных элементов [50, 51, 63, 64, 91, 133, 134, 147, 160] . Выявлялись наиболее нагруженные зоны деталей, с последующим внесением корректив в конструкторскую документацию. На рисунках 3.2-3.6 представлены результаты анализа напряженно-деформированного состояния шарнирного узла. Рассматривался наиболее неблагоприятный случай нагружения шарнирного узла силой натяжения пильного полотна и максимальным моментом инерционных сил от корректирующей массы. Конечно-элементная аппроксимация детали представлена на рис. 3.2.-3.3. В качестве граничных условий использовались следующие ограничения на перемещения и нагрузки. На нижней полуокружности были запрещены вертикальные перемещения, на правой полуокружности были запрещены перемещения в горизонтальном направлении. На правой нижней четверти были запрещены перемещения по оси X. Нагрузка от пильного полотна моделировалась распределенной нагрузкой приложенной к левой грани детали. Деталь нагружалась инерционной нагрузкой, соответствующей ускорению) а =2960 м/с2 (при п=3000об/мин, е =0,03 м). Линии уровня эквивалентных напряжений по теории прочности Хубера-Мизеса представлена на рис. 3.4. Наиболее опасные участки конструкции представлены в увеличенном виде (рис. 3.5, 3.6.). Максимальное напряжение в конструкции составило 175 МПа. Максимальное перемещение конструкции составило 0.65 мм. Общая масса конструкции составила 1,4 кг. Слабым сечением корпуса характеризуется зона расположения резьбовых отверстий, которые являются концентраторами напряжений. Расчет проводился с учетом действия на корпус шарнирного узла знакопеременной нагрузки. Расчет на долговечность проводился по методике, изложенной в работах [14, 37, 72].
Расстояние между подшипниковыми опорами пильного блока определяется характерным размером обрабатываемого материала, количеством пильных модулей, а также требуемыми функциональными характеристиками, которым должен соответствовать создаваемый станок. Габаритные размеры пильного модуля и пильного блока по высоте желательно минимизировать. В соответствие с конструкторским решением размер пильного створа по ширине должен позволять пропустить бревно размером до 590 - 600 мм. При этом минимальное межопорное расстояние составит 650 мм. Максимальная высота пильного модуля составляет 1500 мм при распиловке брёвен диаметром не более 540 мм. Конструкция пильного блока позволяет при уменьшении диаметра распиливаемого бревна до 250 мм, уменьшить размер пильного модуля до 1200 мм. Расстояние между подшипниковыми опорами пильного блока определяется техническими и эксплуатационными характеристиками, заданными Техническим заданием на разработку станка, а также конструкторским решением.
С целью снижения напряжений в опасных точках, а также уменьшения прогибов обоих валов, их межопорное расстояние было целенаправленно сведено к минимуму. К особым требованиям, предъявляемым к валам пильного блока, следует отнести необходимость обеспечения условия вращения одноимённых эксцентриков на валах без нарушения их взаимного углового расположения. Установка индивидуального шпоночного соединения между валом и каждым эксцентриком ведёт к ослаблению вала в зоне наиболее опасного сечения. Вместе с тем шпоночные пазы являются концентраторами напряжений, что особенно опасно при действии знакопеременной нагрузки [72]. Было принято решение — применить шли це вое соединения валов сопрягаемой пары. Хотя, шлицевое соединение эксцентриков с валами усложняет технологию их изготовления, однако его применение позволяет обеспечить требуемый запас по прочности валов. Анализ напряженно-деформированного состояния валов был проведен по стандартным методикам [27, 29, 113, 119, 143] с использованием современных численных методов [50, 67, 91, 92]. На ЭВМ анализировалось напряженно-деформированное состояние и определялась величина прогибов валов в характерных сечениях, соответствующих местам установки на валы пильных модулей. Предполагалось, что в зонах установки пильных модулей на валы действуют силы натяжения пильных полотен.
Расчет частот собственных колебаний пильных полотен на основе расчетной схемы стержня
Задача научно обоснованного выбора режимов работы станка является важнейшей и анализируемой в рамках настоящей работы. При выборе режимов резания принципиально важно избежать попадания пильных полотен в области резонансных режимов. Частоты резонансных колебаний определяются в первую очередь, геометрией полотна, физико-механическими свойствами материала. Вместе с тем, собственные частоты пильного полотна существенным образом зависят от условий его закрепления и от вида предварительного напряженно-деформированного состояния полотна. Как уже упоминалось ранее, появление резонансных зон с различной физической природой является следствием и во многом обусловлено особым способом передачи движения с нижнего вала на верхний вал — через упруго-деформируемые пильные полотна. Причем, полотна обладают различной жесткостью на растяжение и сжатие. Задача анализа динамического поведения рассматриваемой системы является сложной и многоплановой задачей. Так, в рамках теории катастроф [17, 107] рассматривается динамическое поведение нелинейной системы известной как машина Земана или машина катастроф. В специальной математической литературе отмечается, что динамическое поведение подобных систем весьма сложно. Даже для случаев упругих связей с линейно изменяющейся жесткостью имеют место бифуркации, возможно возникновение хаотических динамических режимов, поэтому полное теоретическое решение данной проблемы до сих пор не получено. В определенной мере анализ динамического поведения пильного модуля родственен вышеупомянутой задаче.
В рамках настоящей работы проведен ограниченный анализ данной проблемы в линейном приближении, который оказался достаточным и приемлемым для решения прикладной технической задачи - создания многопильного станка с круговым поступательным движением пильных полотен. В главе 3 отмечалось, что первые попытки создания коленчатого станка сопровождались требованием жёсткой синхронизации вращения коленчатых валов с помощью дополнительных устройств. Схемы передачи движения от ведущего вала к ведомому валу непосредственно через пильные полотна практически не рассматривались. Известные реальные прототипы коленчатой пилы устойчиво работали при угловых скоростях вращения валов не более 1000 оборотов в минуту. Попытки повышения частоты вращения приводили к динамической потере устойчивости пильных полотен. Именно поэтому, проблему обеспечения динамической устойчивости пильных полотен стали рассматривать как вторую очень важную задачу, без решения которой создать станок не представлялось возможным. Предварительные расчеты, проведенные при разработке многопильного станка «Шершень», показали, что для коленчатых валов следует ориентироваться на рабочие режимы от 1500 до 3000 оборотов в минуту. Поэтому рационально провести отстройку резонансных частот для этой области. Анализируя возможные причины возникновения динамической неустойчивости пильных полотен, можно расположить их по мере важности в следующем порядке: - наличие резонансных частот колебаний пильных полотен в рабочей зоне частот вращения валов пильного модуля; - параметрические колебания пильных полотен, возникающие вследствие периодического силового воздействия со стороны узлов крепления; - совпадение изгибных частот пильных полотен с частотами крутильных колебаний валов, при которых происходит энергетическая «подпитка» пильных полотен; - иные причины.
В рамках работы были предложены следующие подходы и конструктивные решения: Для решения задачи определения и отстройки резонансных частот использовались уточненные конечно-элементные модели пильных полотен, коленчатых валов и других узлов станка. Для оптимизации силового взаимодействия пильных полотен и шарнирных узлов крепления использовались оригинальные упругие элементы, обеспечивающие постоянство усилия натяжения пильных полотен при наличии технологических допусков и температурного воздействия. При возможном взаимном влиянии пильных модулей, жёстко связанных на одноимённых валах, в качестве основной причины динамической неустойчивости полотен следует выделить частотные резонансы. Практика показала, что выпадение одной или нескольких пил из нормального режима работы пильного блока явно зависело от различия усилия их натяжения. Возникла задача расчета и определения частот собственных поперечных и иных колебаний полотна в зависимости от силы его натяжения. Известны работы [27, 57] в которых анализ собственных частот колебаний от усилия предварительного натяжения пильного полотна проведен на основе стержневой модели. Наиболее просто проблема определения частот собственных колебаний пильных полотен и анализ динамических характеристик полосовых пил в первом приближении может быть исследована с помощью формулы Релея [26, 27]. При удачной аппроксимации формы колебаний механической системы возможно получить приближенное значение ее низшей собственной частоты. Рассмотрим пильное полотно как предварительно растянутую балку, совершающую свободные колебания с частотой р (см. Рис. 4.2.).
