Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Для современного лесопильного и деревообрабатывающего производства важным является обеспечение высокой работоспособности используемой техники и достижение соответствующего качества выпускаемой продукции.
Выпуск качественных пиломатериалов во многом определяется надежной работой подающих механизмов станочного оборудования. Это, прежде всего, связано с тем, что механизмы подачи, применяемые в лесопильном и деревообрабатывающем оборудовании, выполняют одновременно функции базирования и перемещения заготовки в зону резания. Точность базирования и стабильное перемещение заготовки определяются в существенной степени надежностью сцепления рабочих элементов подающих механизмов с перемещаемыми заготовками.
При недостаточном сцеплении подающих механизмов с материалом заготовки происходит ее проскальзывание, перемещение в сторону противоположную подаче, поперечный сдвиг или проворот относительно продольной оси Это обусловливает существенное снижение точности получаемых изделий и приводит к интенсификации изнашивания режущего инструмента и деталей используемого оборудования.
Обеспечение высокой работоспособности деталей механизмов подач осложняется тем, что они находятся во взаимосвязанном состоянии. Поэтому выход из строя одной из них влечет за собой отказ всего механизма, и как следствие, остановку оборудования. Простой оборудования в ремонте снижает его производительность, что в значительной степени отражается на рентабельности производства.
Анализ работы вальцовых подающих механизмов, широко используемых в лесопильном и деревообрабатывающем производстве, показал, что задаваемые геометрические параметры рабочих элементов вальцов и используемые для их изготовления материалы не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям, вследствие нерациональной формы и значительного износа, достигаемого в процессе эксплуатации Поскольку подающие вальцы являются одними из наиболее металлоемких деталей в механизмах подач их изготовление и замена, представляет достаточно сложную задачу.
Поэтому расходы на замену и восстановление этих деталей весьма значительны, причем по мере увеличения времени эксплуатации техники, они постоянно возрастают В связи с этим повышение срока службы подающих вальцов имеет существенную значимость с точки зрения экономии материальных ресурсов и повышения работоспособности оборудования
В тоже время влияние геометрической формы на усилия сцепления рабочих органов подающих вальцов с перемещаемыми заготовками и условия формирования износостойких характеристик, применяемых конструкционных материалов, обеспечивающих их долговечность, не исследованы в достаточной для практического использования степени. Поэтому проблема обоснования рациональной формы рабочих элементов вальцов, выбора перспективных конструкционных материалов и их эффективной упрочняющей обработки является
актуальной.
Цель и задачи работы. Целью работы является повышение работоспособности вальцовых подающих механизмов лешнильниі и и деревообрабатывающего обо-
j РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ Г
СПетербург
09 ИЯОт
рудования путем совершенствования геометрической формы шипов и существенного повышения их износостойкости.
Основные задачи настоящей диссертационной работы, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели, сводятся к следующему:
1. Установить условия реализации механизмов изнашивания рабочих элемен
тов вальцов в зависимости от условий их эксплуатации; выявить критерии перехода
одного механизма изнашивания к другому.
2. Теоретически обосновать и предложить рациональную геометрическую
форму рабочих элементов вальцов, позволяющую снизить скорость изнашивания
шипов и обеспечить их надежное сцепление с перемещаемыми заготовками в про
цессе эксплуатации.
3 Теоретически обосновать выбор конструкционного материала для изготовления шипованых колец подающих вальцов, условия выполнения упрочняющей обработки рабочих элементов подающих вальцов, обеспечивающей повышение их прочности и износостойкости.
-
Разработать методики исследований фрикционно-механического сцепления и изнашивания предлагаемых конструкций рабочих элементов подающих вальцов при подаче ими древесных заготовок.
-
Экспериментально установить закономерности влияния геометрических параметров шипов на усилия фрикционно-механического сцепления с заготовками и их износостойкость в зависимости от состояния перемещаемой древесины и условий контактирования в процессе работы оборудования.
-
Исследовать влияние на величину износа шипов подающих вальцов составов и структуры конструкционных материалов и условий выполнения их упрочняющей обработки.
-
Разработать рекомендации по использованию в промышленности подающих вальцов повышенной работоспособности.
8 Провести производственные испытания опытных образцов шипованых колец подающих вальцов и оценить экономическую эффективность их использования в подающих механизмах лесопильного и деревообрабатывающего оборудования.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются подающие вальцы лесопильных рам, оснащенные шипами для подачи бревен.
Предметом исследования является изучение влияния геометрических параметров шипов подающих вальцов на коэффициент фрикционно-механического сцепления с перемещаемыми заготовками и износостойкость.
Методология выполнения работы. В процессе выполнения теоретических и экспериментальных исследований применен комплексный подход с использованием теоретического анализа и физического моделирования основных процессов изнашивания рабочих элементов вальцов подающих механизмов, экспериментальных методов оценки износостойкости применяемых материалов. Расчет, анализ и обработка опытных данных проводилась с применением программ Microsoft Excel, Mathcad Professional 2000, CorelDRAW 10,0.
Научная новизна работы.
- на основе использования принципа самоорганизации фрикционного контакта решена задача выбора рациональной геометрической формы рабочих поверхностей шипов, обеспечивающей минимизацию скорости изнашивания и устойчивое вое-
5 произведение этой формы в процессе эксплуатации, что позволит сохранить стабильное фрикционно-механическое сцепление подающих вальцов с древесиной;
предложен критерий - коэффициент фрикционно-механического сцепления, характеризующий степень надежности контакта шипов подающих вальцов с перемещаемой древесиной и разработаны методические основы его экспериментальной оценки;
разработаны теоретические основы расчета нагрузок, действующих на шипы подающих вальцов в процессе распиливания древесных заготовок, установлены требования к прочностным характеристикам материала шипов, которые являются определяющими при проектировании механизмов подач лесопильного и деревообрабатывающего оборудования;
- обоснованы возможности повышения износостойкости и прочности шипов
подающих устройств лесопильного и деревообрабатывающего оборудования на ос
нове использования высокопрочных чугунов с шаровидным графитом и их поверх
ностной упрочняющей обработки посредством закалки с нагревом токами высокой
частоты.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
теоретические основы создания и использования благоприятной геометрической формы рабочих элементов подающих вальцов, обуславливающей закономерный и минимальный износ поверхностей трения шипов;
установленные закономерности влияния геометрической формы шипов на усилия фрикционно-механического сцепления с перемещаемой древесиной;
закономерности трения и изнашивания при фрикционно-механическом взаимодействии шипа и древесного материала; предлагаемые принципы повышения долговечности рабочих элементов вальцов на основе применения высокопрочного чугуна;
- возможность применения поверхностного упрочнения шипов подающих
вальцов, основанную на использовании закалки с нагревом ТВЧ, обеспечивающей
повышение износостойкости за счет формирования высокодисперсной мартенсит-
ной структуры и свободного графита сфероидальной формы в поверхностном слое
шипов.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается их сопоставлением с известными теоретическими решениями и исследованиями других авторов, применением апробированных методик при постановке и проведении экспериментальных исследований, оценке статистических характеристик полученных результатов, хорошей сходимостью теоретических выводов с результатами экспериментальных исследований.
Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на Молодежных научно-технических конференциях вузов приграничных регионов славянских государств, Брянск, 2001 -2002 г.; на Международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы лесного комплекса», Брянск 2001 - 2004 г.г.; «Состояние и перспективы развития дорожного комплекса», Брянск 2002 - 2003г.г.; на научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ 2002 г.; в полном объеме диссертация докладывалась на научных семинарах кафедры «Механическая технология древесины» БГИТА.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 10 научных работ В работах, опубликованных в соавторстве (3, 4, 7, 9), личное участие автора заключается в выполнении теоретических и экспериментальных исследований и анализе их результатов. В работах, где соискатель является единственным автором (1, 2, 5, 6, 8,10), сформулированы цель и задачи исследований, представлен основной объем теоретического и экспериментального материала, приведенного в диссертации, рассмотрены перспективы использования полученных результатов для повышения работоспособности лесопильного и деревообрабатывающего оборудования.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения. Работа изложена на 148 страницах печатного текста, содержит 31 рисунок, 9 таблиц, список литературы из 124 наименований в том числе 7 иностранных.
Реализация результатов. Упрочненные кольца с измененной геометрией боковых поверхностей рекомендованы для использования в деревообрабатывающей промышленности при установке в нижних вальцах механизма подачи лесопильной рамы.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований также используются при чтении лекций по курсу «Теория и конструкция деревообрабатывающего оборудования», в курсовом и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальностям 170400 в Брянской государственной инженерно-технологической академии.
