CC BY
11
УДК 674.047 Проф. В.В. Шостак, д-р техн. наук; тж. В.В. Пуна -
НЛТУ Украти, м. nbsis
СИЛИ Р1ЗАННЯ П1ДЧАС РОЗПИЛЮВАННЯ СОСНИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНИХ СТР1ЧКОПИЛКОВИХ ВЕРСТАТАХ
Описано результати експериментальних дослiджень. Отримано рiвняння perpecii яке характеризуе залежтсть дотично'1' сили piзання вiд подачi на зуб пилки i висоти пропилу. Показано вплив кута входження с^чково'1' пилки в матеpiал на величину сил piзання.
Prof. V.V. Shostak; eng. V.V. Puna - NUFWT of Ukraine, L'viv Cutting powers during sawing a pine on horizontal band-saw machines
Results of experimental research are presented below. The equation of a regression defining dependence of tangential force of cutting from feeding on a saw tooth and kerf depth is obtained. Impact of an angle of intromission of a ribbon saw in a material on the magnitude of cutting powers is demonstrated.
Сили piзання шдчас pозпилювання деpевини на веpтикальних CTpiH^-пилкових веpстатах дослщжувались у pоботах В.А. Худякова [1], О.С. Феок-тютова [2], Н.Ю. Мжловцика [3], 1.Т. Ребезнюка [4] та шших. У цих pоботах дослщжено вплив висоти ^опилу в межах вщ 50 до 300 мм швидкост пода-Hi - вщ 10 до 30 м/хв., ^оку зубiв - вiд 10 до 50 мм.
На гоpизонтальних стpiчкопилкових веpстатах швидкостi подачi змь нюються в межах вiд 0,25 до 10,0 м/хв., висота ^опилу - вщ 100 до 500 мм. Для гоpизонтальних стpiчкопилкових веpстатiв викоpистовують нахил пилки вiдносно матеpiалу, що для веpтикальних стpiчкопилкових веpстатiв взагалi не дослiджувалося. Кpiм цього умови pоботи гоpизонтальноi пилки, щодо ви-носу тиpси, iстотно вiдpiзняються вiд умов pоботи веpтикальноi пилки. У веpтикальних пилок тиpса piвномipно pозноситься по боках западини зубiв i виноситься одночасно з двох боюв. У гоpизонтальних стpiчкопилкових веp-статах тиpса зб^аеться знизу, ^ш^с^еться полотном пилки до нижнього боку ^опилу i дуже мало виноситься з ^опилу. Такi вiдмiнностi ^оцесу пиляння i pежимiв piзання для гоpизонтальних стpiчкових пилок обфунтову-ють необхiднiсть пpоведення нових дослiджень.
Дослщження пpоводили на гоpизонтальному сpiчкопилковому веpста-тi моделi СКТП-505-2 на якому встановили сконстpуйований нами вимipю-вальний вузол який давав змогу записувати сили piзання на магнiтну плiвку з подальшим pозшифpуванням на комп,ютеpi [5]. Спочатку було пpоведено се-piю попеpеднiх дослiдiв на нульовому piвнi з метою визначення статистич-них хаpактеpистик пpоцесу пиляння на експеpиментальнiй установцi. Для цих дослщв викоpистали сосновий бpусок шиpиною 223 мм, довжиною 465 мм, який встановили на площадку тензовимipювального динамометpа. Розпилювання пpоводили на швидкостi подачi us=1,1 м/хв., пилкою товщи-ною 5=1,5 мм з кpоком зубiв t3=22,2 мм i висотою зубiв h3=5 мм. Пилки були pозведенi, величина pозводу на стоpону Sp=0,42 мм. Внаслiдок pозпилювання на гоpизонтальному стpiчкопилковому веpстатi pозпилювання ведеться у го-pизонтальнiй площинi i ш^ина бpуска е висотою пpопилу. Цю назву збеpе-
жемо за аналопею до розпилювання на вертикальних стр1чкопилкових вер-статах. Сер1я попередшх дослщв становила 15 повторень. Шсля статистич-ного оброблення результалв дослщв отримали так величини: середне ариф-метичне значення дотично! сили р1зання Р2=147,034 Н; середньоквадратичне в1дхилення дотично! сили р1зання а=6,77 Н; коефщент вар1аци и=4,605 %; середня похибка середнього арифметичного т=1,748 Н; показник точност Р=1,189 %. На рис. 1 показано приклад осцилограми з записаною силою рь зання Р2 { силою вщтиску Ру. р, Н 200
150
100
50
:
5 10 15
■Р2
■Ру
Ъ с
-50
Рис. 1. Осцилограма запису сил рЬання мдчас розпилювання на горизонтальному стрiчкопилковому верстатi
Користуючись вщомою формулою п = и2 • t2 / Р2 визначили кшьюсть необхщних дослщв прийнявши показник достов1рност1 t =1,96 1 показник точност Р =5 %, а коефщ1ент вар1аци и =4,60 %. Кшьюсть дослщв у подаль-ших експериментах п = 4,6052 • 1,962 / 52 = 3,26. Приймаемо кшьюсть дослщв у подальших експериментах п =5.
Дотична сила р1зання шдчас розпилювання деревини визначаеться за вщомою формулою
Р _ Кт • апОПр • Ь • И •
2= 60•и
(1)
3
де: Кт - табличне значення питомо! роботи р1зання, Дж/см ; Ь - ширина пропилу, мм; апОпр - поправний множник на гостроту шструменту 1 породу деревини;
И - висота пропилу, мм; и - швидюсть подач^ м/хв.; и - швидюсть р1зання, м/с. Значення питомо! роботи р1зання визначаеться з таблиць або за такою залежшстю
С
Кт , (2)
де: С - постшний коефщент; а, ю - показники степеня; - подача на один зуб, мм; И - висота пропилу, мм.
Швидюсть подач1 визначаеться
0
$ 7 • П • 2 1000
(3)
де: п - частота обертання пилкового шюва; г - кшьюсть зубiв, що проходить через пропил за один оберт пилкового шюва, яке визначаеться
2 = п • / г3.
Швидкiсть рiзання визначаеться
п • Бш • п
и ■
60-1000
де: Бш - дiаметр пилкового шюва, мм; г3 - крок зубiв стрiчковоl пилки. Пiсля постановок отримаемо
(4)
(5)
Р2
С - апопр • Ъ • к • $г
гз
Р7 = А • к1-^ $ 1-
(6) (7)
або
де А = С • апопр • Ъ / гз .
Пiсля логарифмування отримаемо лшшну залежнiсть
1пР7 = 1пА + (1 -«)• 1п$7 + (1 -a)• 1пк. (8)
Будемо шукати рiвняння регреси у вигляд неповного квадратного рiвняння У = ¿0 + Ъ • Х1 + Ь2 • Х2 + Ъу2 • Х1 • Х2, (9)
де: у = 1пР7; Ъ0 = 1пА; Ъ = 1 -а; х1 = 1п$7; Ъ2 = 1 -а>; х2 = 1пк; Ъ12 - коефщент, що враховуе взаемодiю чинниюв.
Для визначення коефiцiентiв рiвняння регреси використаемо повний факторний план (ПФП) для двох змшних чинникiв. Кшьюсть дослiдiв дорiв-нюе N = 22 = 4. Рiвнi кодування чинниюв наведет в табл. 1.
Назва чинника Позна-чення чинника Позначення чинника в нормал1з. вигляд1 1нтервал зм1ни чиннишв, Р1вт кодування
-1 0 +1
Подача на зуб $7 х1 = $7 1,345132 -5,645891 -4,300759 -2,955627
Висота пропилу к $7 0,804719 4,605170 5,409889 6,214608
Матриця планування експерименлв для визначення впливу основних факторiв на дотичну силу рiзання наведена в табл. 2.
Шсля оброблення результата дослщжень одержали рiвняння регреси у нормалiзованому виглядi
у = 5,000618 + 0,181792 • х1 + 0,214186 • х2 + 0,0276973 • х1 • х2. (10)
Перевiрення адекватностi рiвняння регреси проводили за критерiем Фшера. Розрахункове значення критерiю Фiшера ¥р =0,1175 i е меншим табличного =3,24. Однорiднiсть дисперсш дослiдiв перевiряли за критерiем Кохрена. Розрахункове значення критерш Кохрена Ор =0,223. Табличне значення критерш Кохрена От =0,54.
Табл. 2. План-матриця ПФП 22
№ ек-спери-менту Чинники в нoрмaлiзoвaнoму вигляд1 Чинники в явшму вигляд1 Швидкшть шдач1 us, м/хв.
*1 h, мм h, мм
1 -1 -1 0,003532 100 0,287272
2 + 1 -1 0,052000 100 4,229378
3 -1 + 1 0,003532 500 0,287272
4 + 1 + 1 0,052000 500 4,229378
5 0 0 0,0135690 223,6 1,103624
Результати прoвeдeниx дoслiдiв нaвeдeнo в табл. 3.
Табл. 3. Результати дослШв проведених за планом ПФП-22
№ експе-рименту Шрмаль зoвaнi чинники Середне значення дoтичнoï сили р1зання Диспершя лoгaрифму сили р1зан-ня S2 Середне квадратич-не ввдхи-лення а ^ефь щент вар1аци и, % Шхиб-ка се-редшю-го, m ^ч-тсть дoслiду F, %
*1 h, H ln F,
1 -1 -1 102,754 4,631 0,0025940 0,05093 1,10 0,0228 0,492
2 +1 -1 139,844 4,9393 0,0030604 0,05532 1,12 0,0247 0,500
3 -1 + 1 149,204 5,004 0,0018881 0,04345 0,87 0,01943 0,388
4 +1 + 1 226,851 5,423 0,0031950 0,05652 1,04 0,02528 0,466
5 0 0 147,444 4,9925 0,0022579 0,04750 0,95 0,02124 0,425
Для пeрeвoду рiвняння регресн з нoрмaлiзoвaнoгo вигляду у явний вигляд викoристaли замши
ч = InSz-lnSzi«) ; Х2 = 1n h - 1n h(°) ; (11)
A1 A2
де: ln Sz(0) - значення лoгaрифму пoдaчi на зуб на oснoвнoму рiвнi; ln h(0) - зна-чення лoгaрифму висoти прoпилу на oснoвнoму рiвнi; Ab A2 - штервали змiни чинниюв.
Пiсля рoзрaxункiв oтримaли рiвняння рeгрeсiï у явшму виглядi
Fz = 34,69563 • Sz"0'0032775 • h0,3762082+0,02558756.1nSz. (12)
Збiльшeння пoдaчi на зуб i висoти прoпилу призвoдить дo зрoстaння сили рiзaння (рис. 2). Осoбливo важливим e взaeмoдiя цих чинникiв. Одш-часне збшьшення висoти прoпилу i пoдaчi на зуб призвoдить дo лiнiйнoгo зрoстaння сили рiзaння на дшьнищ пiсля пoдaчi на зуб бшьше 0,03 мм.
Якщo вiдoмi значення дoтичнoï сили рiзaння, тo лег^ визначити пи-тoму рoбoту рiзaння за зaлeжнiстю (1)
K =_329,164__(13)
т n • S 1,0032775 . h0,623792-0,0255877-1n Sz ' ^ '
UHGUp ' ^ Z ' l
3i збiльшeнням пoдaчi на зуб i вишти прoпилу питома рoбoтa рiзaння зменшуеться в межах Sz дo 0,03 мм i h дo 400 мм (рис. 3). Шдальше зрoстaн-ня прoпилу i пoдaчi на зуб мaлo впливае на змiну питoмoï рoбoти рiзaння. Це пoяснюeться oсoбливoстями вишсу тирси пiд час рiзaння пилгаю в гoризoн-тaльнiй плoщинi. Тирса практичта не винoситься з прoпилу i пилка кoвзae пo шверхш, утрaмбoвaнoï тирси, мiж нижнiм прoпилoм i пoлoтнoм пилки. Ос-
к1льки сила тертя не залежить в1д площ1 контакту, то це призводить до шве-лювання впливу висоти пропилу на величину питомо! роботи р1зання.
250
200
еч и
$ 150
"й
100
50
—-X
■h=100 мм ■h=226 мм ■h=400 мм h=500 мм
0
0,01
0,02
0,03
0,04 0,05 0,06
Подача на зуб, Sz, мм
Рис. 2. Залежшсть дотичноИ сили рiзання Pz eid noda4i на зуб i висоти пропилу
3000
—♦— h=100 мм
—■— h=226 мм
h=400 мм
—- h=500 мм
0,01
0,02
0,03 0,04 0,05
Подача на зуб, Sz, мм
0,06
Рис. 3. Залежшсть питомо'1 роботи рЬання eid поda4i на зуб i висоти пропилу
На сучасних горизонтальних стр1чкопилкових верстатах пилковий су-порт можна повертати навколо ос i змшювати кут м1ж напрямком швидкост р1зання i швидкост подачь Аналiз лiтературних джерел показав, що вплив кута нахилу пилки для такого виду рiзання не дослщжено.
Для визначення впливу кута нахилу пилки р до напряму перпендикулярного швидкост подачi us ми провели серда окремих дослщв на нульово-му рiвнi. Постшними чинниками були: висота пропилу h =223,6 мм, швид-кiсть рiзання 29,5 м/с; частота обертання пилкового шюва 958 об./хв. Кожен дослщ повторювали п'ять разiв. Результати дослщжень наведено в табл. 4.
0
Пiсля розрахунку коефщенпв рiвняння регреси залежностi дотично! сили рiзання вiд кута входження пилки в матерiал отримали у виглядi полiно-ма другого степеня
Рг (р) = 151,0 + 0,0177 -р- 7,0327-10-2-р2, (14)
де р - кут нахилу пилки, кут мiж швидюстю рiзання i перпендикуляром до швидкост подачi, град.
Табл. 4. Результати досл'кдження рiзання пилкою, встановленою тд кутом
§ £ Кут нахилу пилки Р, град. Швид-шсть подач1, м/хв. Подача на зуб, мм Сила р1зання Р,, Н Дис-першя, 5 2 Середне квадратич. ввдхилен-ня, Н Коефь щент варь аци, % Похиб-ка се-редньо-го, Н Точтсть досль ду, %
1 0,0 1,10362 0,0135690 152,72 56,894 7,543 4,94 3,37 2,21
2 4,86 1,10363 0,0135695 146,66 23,458 4,843 3,30 2,17 1,48
3 10,09 1,10362 0,0135690 143,59 70,538 8,399 5,85 3,76 2,62
4 14,97 1,10363 0,0135695 136,16 46,559 6,823 5,01 3,05 2,24
5 20,04 1,10363 0,0135695 122,94 29,598 5,440 4,43 2,43 1,98
6 25,00 1,10362 0,013690 105,46 10,834 3,291 3,121 1,47 1,39
Однорщшсть дисперсш дослщв перевiряли за критерiем Кохрена. Розрахункове значення критерда Кохрена Ор =0,269. Табличне значення кри-терiю Кохрена От =0,43. Адекватнiсть отриманого рiвняння регреси перевiря-ли а критерiем Фiшера. ¥р =1,37 е меншим ¥т =2,71. Поправний коефщент на кут входження пилки в матерiал запишемо у виглядi аналогiчного виразу
ар = 0 + 0,807069 -10-3 - р - 5,468384 -10-4 - р2. (15)
Поправний множник залежност (1) може бути визначений як добуток поправних множниюв: на породу ап; на гостроту шструменту ар; кут нахилу пилки ар.
Висновки. Вперше проведено дослiдження впливу подачi на зуб i ви-соти пропилу на величину сил рiзання i питому роботу рiзання.
Отримано рiвняння регреси, якi дають змогу описати характер впливу основних чинниюв на сили рiзання. Вперше описано взаемодш таких чинни-кiв як подача на зуб i висота пропилу.
Показано вплив кута нахилу пилки на величину сил рiзання i виведено поправний коефщент на величину цього кута в межах до 25 градуЫв.
Лггература
1. Худяков В.А. Резание столярными ленточными пилами при продольном пилении древесины: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 421/ ЛТА, 1954. - 12 с.
2. Феоктистов А.Е. Исследование влияния некоторых факторов на устойчивость ленточных пил: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 421/МЛТИ. - М.: Наука, 1961. - 26 с.
3. Микловцик Н.Ю. Исследование и разработка рациональных режимов эксплуатации узких дереворежущих ленточных пил: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05/ ЛТА. - Л., 1980. - 19 с.
4. Ребезнюк 1.Т. Пщвищення продуктивност процесу дшення деревостружкових плит вузь-кими стр1чковими пилами: Автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.21.05/ ЛЛТ1. - Льв1в, 1992. - 16 с.
5. Шостак В.В., Пуна В.В. Експериментальна установка для визначення сил р1зання де-ревини на горизонтальних стр1чкопилкових верстатах// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 2006, вип. 16.1. - С. 191-195.
