CC BY
29
ПРИКЛАДНАЯ ПРОГРАММА РАСЧЕТА ВИБРОАКТИВНОСТИ ДЕРЕВОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
Воробьев А.А. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
The developed applied program of account of the cores a component of vibration of woodworking machines is presented.
При проектировании современного деревообрабатывающего оборудования необходимо учитывать влияние значительного количества различных факторов. Поэтому целесообразным в процессе проектирования нового оборудования является использование методов имитационного моделирования объекта разработки с целью выявления зависимостей и дальнейшей оптимизации конструктивных параметров.
Помимо стандартных расчетов на прочность и жесткость необходимы динамические расчеты, в результате которых определяются критические частоты вращения, что позволяет проверить систему на близость к резонансу, наступающему при совпадении собственной и вынужденной частоты колебаний. А также определить значения основных компонент вибрации - виброскорости и виброускорения, характеризующих динамику работы шпиндельной сборочной единицы (ШСЕ).
Рассмотрим динамическую модель шпинделя механизма резания дереворежущего станка в виде наиболее распространенной компоновки - трехмассо-вой системы, представленной на рисунке 1.
m, I m2 I гпз, I
m - приведенная масса; I - приведенный момент инерции; Ci - элементы составляющей жесткости опоры; L, a, b, c, l - линейные параметры механизма резания.
Рисунок 1 - Динамическая модель механизма резания
Для описания динамики работы конструкции механизма резания экспериментальной установки, составлена морфологическая функция координатного перемещения шпинделя
f(s0) = (1)
в которую входят неизвестные параметры:
/ (щ) - функция технологических свойств обрабатываемого материала;
/ (Яь) - функция радиального биения шпинделя;
/(07^) -функция допуска соосности посадочной поверхности подшипников определяемого по методике и рекомендациям, изложенным в ГОСТ 332585;
/ ^) - функция допуска формы и расположения поверхностей;
/(врег) - функция конструктивного и технологического дисбаланса шпиндельной сборочной единицы (ШСЕ), определяемого по нормативам, приведенным в ГОСТ ИСО 1940.1-2007;
/ (У) - функция статического прогиба шпинделя;
/ (1Т, и) - функция допуска линейных размеров отверстий и валов характерных контактных пар ШСЕ.
Описание входящих в формулу 1 параметров приведено в работе [1]. В результате получим математические модели для компонент вибрации виброскорости, Узр и виброускорения, ЛР.
Математическая модель для компоненты виброскорости имеет вид
у = n • di • Z ^^ 60 • (d0 - dt)
n 2
N
N IT
Zf;
dx
+ ■
1
M u
i I
dy
M Ut:1J0(ki • y + kr)
r'J.
+
1
nk-1
f nt \
(Zx;) Vi=1 J
КГ^ 0(К ■ Х + к1) ,
где Узр - скорость в локальной интегральной энергонасыщенной точке (ИЭТ) механизма главного движения;
Х - составляющие компоненты виброскорости: радиальное биение, допуск
соосности, дисбаланса, прогибов и допуска линейных размеров.
щ - коэффициент, зависящий от количества входящих компонентов хг
Виброускорение в экстремальной интегральной точке, принадлежащей механизму главного движения в области опор качения на поверхности корпуса ШСЕ для уравнения можно записать в виде функции
Ap =
n • d • z 2 n
60 • (d0 - d) 2
1 I N IT 1 •lli-
dx
N l • x + ki)
+
i f M it
- •lif-lJ
dy
M l bio (ki • y + kr)
r> J_
+
1
nk-1
(nk \ lZx,
V,=1
На основании полученных выше теоретических положений была разработана авторская программа «SHAFT», написанная на языке программирования Borland Delphi 7, которая позволяет определять основные вибрационные и динамические параметры шпиндельных сборок по их линейно-массовым характеристикам на стадии проектирования.
Укрупненная блок-схема алгоритма программы представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Укрупненная блок-схема алгоритма программы «SHAFT»
Результаты расчета в программе «SHAFT», представлены в оконной форме на рисунке 3.
V SHAFT
ПОЛУЧЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ
Виброскорость, У$р= 10,812
Виброскорость, Угпр= 10,511
Виброскорость, \/|р= 10,274
Виброускорение, А$р= |6,217
Виброускорение, Агпр= 14,476
Виброускорение, А1р= 12,147
Первая критическая частота, р1 = |6504,047
Вторая критическая частота, р2= |12851,124
Третья критическая частота, рЗ= |74688,871
Рабочая частота, п= |1600,000
Шероховатость, Нгш= |57,400
Коэффициент динамичности, Кс!= 11,064
мм/с мм/с мм/с м/сл2 м/сл2 м/сл2 1 /мин 1 /мин 1 /мин 1 /мин мкм
ВЫХОД
НАЗАД
НОВЫЙ РАСЧЕТ
Рисунок 3 - Результаты расчета в программе «SHAFT»
На основании выполненного расчета видно, что система представлена в антирезонансном режиме (на основании сравнения определенных значений критических частот). Компоненты вибрации определялись на трех уровнях:
Vvs(a), Avs(a) - соответственно виброскорость и виброускорение пиковое (в экстремальной интегральной точке (ИЭТ), принадлежащей механизму главного движения в области опор качения на поверхности корпуса ШСЕ);
Vvm(a), а™ (а) - соответственно виброскорость и виброускорение среднее (в локальной средней точке, принадлежащей базовым поверхностям механизма базирования, механизма подачи);
Vvl(a), Avl(a) - соответственно виброскорость и виброускорение низшие (в локальной низшей точке, принадлежащей несущей системе, опорным поверхностям станка, зеркалу фундамента);
Моделирование в программе «SHAFT» позволяет оптимизировать конструкции механизмов резания и подачи по условию минимизации компонент вибрации на стадии проектирования деревообрабатывающих станков.
Литература
1. Воробьев, А.А. Установление зависимости шероховатости поверхности древесины от показателей вибрации станка [Текст]/А.А. Воробьев, Ю.А. Филиппов // Деревообрабатывающая пром-сть. - 2010. - № 2. - С.6-7.
