К ВЫБОРУ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ КРУГЛЫХ ПЛОСКИХ ПИЛ

 

Пашков В.К. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ)

 

Up-to-date investigations about rotation frequency choice of the plane circular saws have been considered.

 

Ключевыми параметрами при выборе частоты вращения круглых плоских пил n являются минимальная критическая частота вращения  (n<) и собственная изгибная жёсткость диска J_с.

Максимально допустимая частота вращения пилы  по параметру  определяется зависимостью [1]

.                                            (1)

Критическая частота вращения пилы, мин^-1, вычисляется по формуле:

  ,                                    (2)

где      k_н – коэффициент напряженного состояния (проковки, вальцевания) диска пилы;

n_l – частота собственных колебаний невращающейся пилы с нулевыми начальными напряжениями, с^-1;

С_l – температурный коэффициент, (с^{2 о}С)^-1;

DТ – разность температур по радиусу диска пилы (на окружности впадин зубьев и в зоне зажимных фланцев), ^оС;

l – число узловых диаметров, характеризующее форму колебаний (l³2);

В_l – динамический коэффициент.

Для определения  в формулу (2) подставляют значения l = 2,3,4… Наименьшая величина  и будет .

Входящие в формулу (2) величины определяются следующим образом:

,                                                 (3)

,                                                     (4)

,                                                (5)

,                                      (6)

,                                     (7)

где   R_р – расчетный радиус пилы, равный сумме радиуса окружности впадин зубьев и половины высоты зубьев, мм;

,  – безразмерные функции;

с – отношение радиуса зажимных фланцев к расчетному радиусу пилы;

,, – значения DТ при работе пилы соответственно без охлаждения; с охлаждением водо-воздушной смесью и водой, °С;

К_т – коэффициент, учитывающий долю мощности резания, расходуемой на нагрев диска пилы (без зубьев);

Q_ж – расход жидкости на один диск, кг/ч.

 

По данным УГЛТУ при продольном пилении пилами диаметром до 500 мм с разведенными зубьями без охлаждения К_Т =0,03, а при охлаждении водо-воздушной смесью или водой К_Т =0,01.

Коэффициент 0,85 в зависимости (2) не учитывает в явном виде жесткость диска пилы J_с, Н/мм. В процессе пиления собственная жесткость, зависящая от размеров диска (толщины и диаметра), начального напряженного состояния (k_н = 1, k_н > 1) не остается постоянной. Она коррелирует с частотой вращения пилы, температурным перепадом и в общем случае, при увеличении n и DТ снижается для ненатянутой пилы, а для натянутой в начале увеличивается, а затем уменьшается. При  жесткость диска пилы J = 0 и пила теряет плоскую форму равновесия.

В связи с изложенным важно установить на численной оси 0…0,85 частоты вращения, при которых жесткость является максимальной, не ниже усредненного норматива её минимальной собственной изгибной жесткости 40 – 60 Н/мм.

На рисунке показана зависимость в собственной изгибной жесткости J диска пилы от частоты вращения для двух её состояний (1 – ненатянутая пила, 2 – критически натянутая пила D = 500 мм, S = 2,2 мм) по материалам работы [2].

 

Рисунок- Влияние частоты вращения n на собственную изгибную жесткость J диска пилы

 

Величина Э на рисунке характеризует эффективность напряжения. Проведенные в [2] исследования (авторы д.т.н. Стахиев Ю.М. и к.т.н. Ершов С.В.) позволили установить дополнительно к максимально допустимой частоте  наличие ещё двух характерных частот вращения (см. рисунок): n_о – оптимальной и n_у – универсальной, для которых изгибная жесткость максимальна.

Оптимальной частоте вращения соответствует  максимальная изгибная жесткость диска с конкретной степенью натяжения (проковки, вальцевания). Универсальная частота вращения – это оп­тимальная частота вращения для принятого диапазона начальных напряжений в диске пилы.

Выполненные в [2] расчеты показали наличие тесной связи между частотами вращения n_о, n_у и  и позволили установить эмпирические зависимости частот с максимальной изгибной жесткостью :

- при оптимальной зоне и критической степени натяжения пил с параметрами и условиями закрепления по ГОСТ 980-80

n_о = (0,590 – 0,696),                                (8)

- при диапазоне начального напряженного состояния диска пилы от нулевого до критического и параметрах, условиях закрепления пил по ГОСТ 980-80

n_у = (0,351...0,430) .                               (9)

Дополнительными техническими ограничениями при выборе скорос­ти резания являются:

- работоспособность опор пильного вала. Она обеспечивается при проектировании круглопильных станков по общетехническим нор­мативам;

- уровень шума, который не должен превышать требований сани­тарных норм. С увеличением частота вращения уровень шума увеличи­вается;

- работоспособность режущих граней зубьев. По данным СибТИ, интенсивность износа режущих граней существенно возрастает с уве­личением скорости резания свыше 60 м/с;

- обеспечение минимальной энергоемкости процесса пиления.

При продольном пилении острыми пилами с постоянной подачей на зуб силы и удельная работа резания минимальны при скорости ре­зания 40 – 60 м/с, а при пилении затупленными зубьями – при 60 – 80 м/с.

Эти скорости резания необходимо согласовать с выбранной частотой вращения пил.

При поперечном пилении с постоянной подачей на зуб силы и удель­ная работа резания не зависят от скорости резания в диапазоне 20 – 80 м/с. На балансирных станках для поперечной распиловки бре­вен с целью использования энергии махового момента пилы и умень­шения мощности привода рекомендуется использование возможно более высоких скоростей резания, но с частотой вращения пил, не превышающей .

 

Выводы:

1. Частота вращения круглых плоских пил не должна превышать максимально допустимой частоты вращения.

2. Для сохранения собственной изгибной жесткости пил частота их вращения должна соответствовать универсальной или оптимальной частоте вращения.

 

Литература

1. Стахиев Ю.М., Пашков В.К. Руководящие технические материалы по определению режимов пиления древесины круглыми пилами – Архангельск: ЦНИИМОД, 1988. – 74 с.

2. Стахиев Ю.М., Ершов С.В. Максимально допустимая, оптимальная и универсальная частота вращения круглой пилы // Изв. вузов. Лесн. журн. – 1990. – №4. – С.66–70.