Курсовая работа (т): Пиление древесины на ленточнопильных станках

3.  Выбор режущего инструмента

3.1    Характеристика и параметры дереворежущего инструмента

Параметры дереворежущего инструмента принимаем по ГОСТ6232-77. Выбираем широкие ленточные пилы нормального профиля, тип 3.

Характеристика ленточной пилы приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристика ленточной пилы

ленточнопильный станок пиломатериал бревно

Профиль зубьев ленточной пилы показан на рисунке 6.

Рисунок 6 - Профиль зубьев ленточной пилы.

3.2    Расчет годовой потребности

Годовой расход режущего инструмента определяется по формуле:

, (1)

где Тгод - число часов работы инструмента в год, час,

Тгод = l·m·Tcм·n, (2)

где l - число рабочих дней в году, l = 250 дней;

m - число смен, m = 2;

Tcм - продолжительность смены, час, Tcм = 8 час;

n - коэффициент использования рабочего времени станка, n = 0,93;

Тгод = 250·2·8·0,93 = 3720 час

Z - число одинаковых инструментов в комплекте на один станок, шт, Z = 1 шт;

а - величина допуска стачивания рабочей части инструмента, мм, а = 50 мм;

в - величина уменьшения рабочей части инструмента за одну переточку, мм,

в = 0,6 мм;

t - продолжительность работы инструмента между двумя переточками, час,

t = 4 час;

К - процент на поломку и непредвиденные расходы инструмента, %, К = 15 %.

4.     
КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА СТАНКА И КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Кинематическая схема станка представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 - Кинематическая схема ЛД-125

Рассчитаем первую кинематическую цепь, которая представлена на рисунке 8, расчеты сведем в таблицу 6.

При расчете цепей мы использовали следующие формулы:

i = Dведущ/Dведом, (3)

где i - передаточное отношение механизма резания;

Dведущ - диаметр ведущего звена;

Dведом - диаметр ведомого звена.

n = nэл/i, (4)

где n - частота вращения, мин-1;

nэл - частота вращения электродвигателя, мин-1.

V = πDn/(6·104),(5)

где V - скорость вращения, м/с;

D - диаметр рабочего шкива ленточнопильного станка, м;

n - частота вращения рабочего шкива, мин-1.

U = z·t·n, (6)

где U - скорость подачи, м/мин;

z - число зубьев звездочки;

t - шаг звездочки, м;

n - частота вращения звездочки, мин-1.

Рисунок 8 - Кинематическая схема первой цепи

Таблица 6 - Кинематические расчеты первой цепи

Рассчитаем вторую кинематическую цепь, которая представлена на рисунке 9, расчеты сведем в таблицу 7.

Рисунок 9 - Кинематическая схема второй цепи

Таблица 7 - Кинематические расчеты второй цепи

Расчет потерь мощности также сведем в таблицу 8 и таблицу 9.

Для расчета потерь мощности мы использовали следующие формулы:

No = Nn·ŋ, (7)

Δr = Nn - No, (8)

где No - отводимая от электродвигателя мощность, кВт;

Nn - подводимая к электродвигателю мощность, кВт;

ŋ - КПД элемента цепи;

Δr - потери мощности на электродвигателе, кВт.

Таблица 8 - Потери мощности на первой цепи

Таблица 9 - Потери мощности на третьей цепи

5. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СТАНКА

5.1 Расчет оптимальной скорости подачи

Скорость подачи распиливаемого материала в общем виде, м/мин,

, (8)

где V - cкорость резания, м\с,

V = πDn/(6·104), (9)

D - диаметр шкивов, мм, D = 1250 мм;

n - частота вращения шкивов, мин-1, n = 625 мин-1;

V = 3,14·1250·625/(6·104) = 40,88 м/с

uz - подача на зуб, мм;

t - шаг зубьев пил, мм, t = 50 мм.

В формулу (3) подставляется оптимальное значение подачи uz, ограниченное параметром шероховатости поверхности, точностью размеров сечения пиломатериалов и мощностью электродвигателя механизма резания.

Подача на зуб uz1 принимается в зависимости от параметра шероховатости досок, вида подачи и вида распиливаемого материала.

Т.к Rm max = 500 мкм, зубья пилы плющенные на сторону и распиливаемый материал - хвойная древесина, то:

uz1= 1 мм.

Подача на зуб uz2, ограниченная заполнением впадин опилками, мм:

при угле резания δ =60º

uz2 = t2/6h, (10)

где t - шаг зубьев, мм, t=50 мм;

h - высота пропила, мм, h=630 мм.

uz2 = 502/6·630 = 0,66 мм

Подача на зуб uz3, ограниченная точностью выпиливаемых пиломатериалов (по условию устойчивости полотен пил), мм:

, (11)

где Ркр - критическая нормальная сила, Н;

в - ширина пропила, мм,

в = S + 2S0, (12)

S - толщина пилы, мм, S = 1,2 мм;

S0 - уширение зубьев на сторону, мм, S0 = 0,4 мм;

в = 1,2+ 2·0,4 = 2 мм

а - суммарный поправочный коэффициент,

а = араnам, (13)

ар - коэффициент, учитывающий затупление зубьев, для талой древесины ар =1,3;

аn - коэффициент, учитывающий породу древесины, для сосны аn= 1;

ам - коэффициент, учитывавший состояние древесины, для талой древесины ам= 1.

а = 1,3·1·1 = 1,3

Критическая нормальная сила, Н,

, (14)

где В - ширина полотна пилы без учета зубьев, мм, В=112 мм;

l - межосевое расстояние между шкивами, мм, l = 1900 мм;

Е - модуль упругости при растяжении, для легированной стали Е = 2,1·105 МПа;

Yx - момент инерции сечения, мм4,

Yx = ВS3/12 (15)

Yx = 112·1,23/12 = 16,12 мм4,

N - сила натяжения пилы, Н,

N=σоВS, (16)

σо - напряжения при натяжении пил, при S=1,2 мм, σо =80 МПа;

N=80·112·1,2= 10752 Н,

G - модуль сдвига, для легированной стали G=8·104 МПа;

Ya - момент инерции при кручении, мм4,

Ya = ВS3/3 (17)

Ya = 112·1,23/3 = 64,51 мм4,

r2 - параметр,

r2 = (В2+S2)/12 (18)

 = (1,22+1122)/12 = 1045,45.

Подача на зуб uz4, ограниченная мощностью электродвигателя механизма резания:

, (19)

где Nэ - мощность электродвигателя, кВт (принимается согласно характеристике станка), Nэ=30кВт;

ŋ - кпд привода механизма резания, ŋ=0,9;

t - шаг зубьев, мм, t=50 мм;

D - диаметр шкивов, мм, D = 1250 мм;

h - высота пропила, мм, h=630 мм;

n - частота вращения шкивов, мин-1, n = 625 мин-1;

ам - коэффициент, учитывавший состояние древесины, для талой древесины ам=1;

ар - коэффициент, учитывающий затупление зубьев, для талой древесины ар=1,3;

р - фиктивная удельная касательная сила резания по задней грани зубьев, Н/мм, для сосны р=7,2 Н/мм;

kn - фиктивное среднее давление стружки по передней грани зубьев, МПа, для сосны kn = 37 МПа;

a - удельное сопротивление резанию от трения стружки о стенки пропила, для плющеных зубьев aΔ=0,2 МПа.

мм

Выбираем оптимальную подачу на зуб uz4, как самую наименьшую из четырех рассчитанных выше.

Определяем оптимальную скорость подачи распиливаемого материала:

Рассчитанную скорость подачи сравниваем с конструктивной. Конструктивная скорость подачи может быть от 5 до 45 м/мин. Можно сделать вывод о том, что при полученной скорости подачи мы можем продолжать распиливать древесину, но если потребуется увеличить производительность станка, то это легко сделать, увеличив скорость подачи.

6. СИЛОВОЙ И МОЩНОСТНОЙ РАСЧЕТЫ СТАНКА

Рассмотрим функциональную схему ленточнопильного станка.

Рисунок 10 - Функциональная схема ленточнопильного станка

На ленточнопильном станке пила 2 огибает верхний 1 и нижний 5 шкивы и движется с постоянной скоростью, равной окружной скорости шкива (скорость главного движения V). Распиливаемая древесина 4 подается на пилу также с постоянной скоростью (скорость подачи U). Движение подачи может осуществляться вручную по столу, вальцами, конвейером или тележкой. Постоянство этих скоростей как по величине, так и по направлению определяет прямолинейное движение каждого зуба пилы относительно древесины и, соответственно, постоянство параметров стружки. Линия, определяющая траекторию движения зубьев пилы, т.е. направление фактической скорости резания наклонена к направлению подачи под углом θ, называемым кинематическим углом встречи. А так как направление волокон распиливаемой древесины совпадает с направлением скорости подачи, этот угол также называют углом перерезания волокон древесины - ψ.

В процессе пиления возникают касательная составляющая силы резания Рк, действующая в направлении скорости главного движения V, и нормальная составляющая силы резания Pн, действующая под углом 90° к силе резания Рк, т.е. в направлении скорости подачи. Сила Р - равнодействующая составляющих Рк и Рн:

Р = Рк + Рн. (20)

Для повышения качества пиления - устранения возможных боковых отклонений пилы - в станке используются верхние 3а и нижние 3б направляющие.

Кинематические параметры

Скорость резания, м/с,

V = πDn/(6·104), (21)

где D - диаметр шкивов, мм, D = 1250 мм;

n - частота вращения шкивов, мин-1, n = 625 мин-1;

V = 3,14·1250·625/(6·104) = 40,88 м/с

Кинематический угол встречи и угол перерезания волокон древесины:

θ = ψ = 90 - φ, (22)

где φ - угол наклона траектории движения зубьев пилы относительно вектора скорости V,º,

; (23)

U - скорость подачи распиливаемого материала, м/мин, U=11,18 м/мин;

θ = ψ = 90 - 0,26 = 89,74º

Подача на зуб, мм:

 (24)

Толщина стружки, мм:

eΔ = Uz·sinθ (25)

eΔ = 0,23·sin89,74 = 0,22 мм

Сила резания древесины одной пилой, Н:

 (26)