Современные методы оценки напряженного состояния ленточных пил
Спицын И.Н. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
In article results of the researches which have been not noted earlier, pressure in band saws are resulted at their operation which rate depends on physical conditions and wood cutting conditions.
В современном лесопилении ленточнопильные станки целесообразно использовать при продольной распиловке крупномерных бревен. Опыт эксплуатации ленточнопильного оборудования как нового, так и эксплуатируемого, показывает, что проблема повышения прочности и устойчивости ленточных пил стоит достаточно остро для повышения качества пиломатериалов. При анализе проблемы выявлены функции, описывающие напряженное состаяние ленточных пил, которые не в полной мере описывают напряжение, возникающие при эксплуатации режущего инструмента.
Суммарное напряжение ленточных пил складывается из многих составляющих, которые условно можно разделить на две категории для конкретного станка: управляемые и неуправляемые. К неуправляемым можно отнести напряжения: от изгиба пилы на шкивах и от центробежных сил. К управляемым напряжениям относятся: напряжения от сил резания, радиального и торцевого биения шкивов, силы натяжения и напряжения от наклона шкивов. Суммарное напряжение по граничным условиям не должно превышать предел усталости ленточной пилы. В тоже время обеспечение жесткости и устойчивости ленточной пилы функционально связано с силой натяжения пилы. Поэтому для повышения устойчивости пилы в зоне резания с целью увеличения качества получаемого пиломатериала следует соблюдать условия эксплуатации, при которых суммарные напряжения в пиле не превышают предел усталости.
Для определения суммарных напряжений в ленточной пиле используют следующее уравнение [1]
(1)
где 
– напряжение от сил натяжения, МПа;
– напряжение от изгиба ленты на шкивах,
МПа;
– напряжение от центробежных сил, МПа;
- напряжение от вальцовки, МПа;
– напряжение от нагрева полотна, МПа;
– напряжение от наклона шкивов, МПа;
– напряжение от сил сопротивления резанию,
МПа;
– прочие неучтенные напряжения, МПа.
Не совсем корректным является использование термина «прочие неучтенные напряжения», вследствие неопределенности числа составляющих напряжений и их физических значений. Основная проблема заключается в том, что величину данных напряжений невозможно рассчитать, хотя они могут иметь значительную величину и влиять на прочность и устойчивость ленточных пил.
Напряжения от разнотолщинности ленточных пил частично исследованы д-р. техн. наук В.К. Шилько, канд. техн. наук И.В. Слепченко и В. И. Веселковым [2]. При этом отмечается, что изменение толщины ленточной пилы носит случайный характер, разнотолщинность приводит к снижению усталостной прочности полотна пилы.
При проведении исследований, нами получена математическая модель, связывающая величину напряжений ленточной пилы от ее разнотолщинности.
Функция аппроксимации имеет вид
(2)
где E – модуль упругости 1 рода эвтектоидных сталей, Е = 210000 МПа
- наибольшей и наименьшей градиент
толщины ленточной пилы, мм;
D – диаметр шкива ленточнопильного станка, мм.
Как показали исследования, величина данного напряжения изменяется в пределах от 10 МПа до 20 МПа в зависимости от геометрических и технологических параметров станка и качества изготовления и подготовки режущего инструмента.
Напряжение от вибрации ленточнопильного станка. В технологии эксплуатации отечественных ленточнопильных станков при продольном раскрое древесины не учитывались параметры вибрации и их влияние на суммарное напряжение в ленточной пиле. Нами, при исследовании технологии раскроя древесины выявлено, что компоненты вибрации, в частности виброскорость, оказывает существенное влияние на напряженное состояние ленточной пилы; получена математическая модель , описывающая зависимость напряжения пилы от виброскорости. Функция для определения величины напряжения пилы от виброскорости имеет вид [3]
(3)
где 
– виброскорость механизма резания
ленточнопильного станка, мм/с;
- угловая скорость пильного шкива,
рад/с.
Данная составляющая суммарного напряжения изменяется в пределах от 8 МПа до 12 МПа в зависимости от физического состояния оборудования и режущего инструмента.
Напряжение от радиального и торцевого биения шкива. Динамика работы ленточнопильных станков зависит от технологии их изготовления. Под качеством изготовления понимается величина радиального и торцевого биений шкивов, регламентированных ГОСТ 25135 – 82 «Оборудование деревообрабатывающее. Станки ленточнопильные вертикальные для продольной распиловки бревен. Нормы точности» [4]. Величина напряжений от радиального и торцевого биений аппроксимируется функцией
(4)
где 
– радиальное биение пильного шкива, мм;
– торцовое биение пильного шкива, мм.
При соблюдении требований технического регламента, величина напряжений от радиального и торцового биений не должна превышать 20 – 22 МПа.
Таким образом, необходимо учитывать приведенные в работе напряжения в ленточных пилах,
Выводы:
1. Получены математические зависимости, описывающие напряженное состояние ленточных пил.
2. Учет данных напряжений позволяет совершенствовать существующие режимы пиления на ленточнопильных станках.
Литература
1. Феоктистов, А.Е. Ленточнопильные станки [Текст]/ А.Е. Феоктистов. – М: Лесная пром – сть, 1976. – 152 с.
2. Шилько, В.К. Механизмы резания ленточнопильных станков / В.К. Шилько. – Томск: Изд-во Том. гос. архит. - строит. ун-та, 2005. – 220 с.
3. 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.