Силовий розрахунок круглопилкового верстата моделі ЦДК4 – 3

Мета та завдання заняття

1.1. Мета заняття полягає у визначенні числових значень опору подачі, тягового зусилля, сили притискання заготовок та потужності на подачу.

1.2. Завдання заняття:

1.2.1. Скласти розрахункову схему.

1.2.2. Визначити сили різання.

1.2.3. Визначити опір подачі, тягові зусилля та сили притискання заготовок.

1.2.4. Визначити потужність на подачу.

Вихідні дані.

З технічної характеристики верстата ЦДК4-3 відомо, що потужність двигуна механізму різання N_д.р _.=13 кВт. Частота обертання пилкового вала п = 2910 хв.^-1. Діаметр пилки D = 400 мм. На верстаті розпилюють березові дошки товщиною 40 мм.

3. Розв’язання.

3.1. Розрахункова схема.

Для розрахунку вводять систему координат так, щоб вісь х було направлено за напрямком швидкості подачі v_s, вісь у - перпендикулярно до неї (рис. 3.1).

F²_m

Рис. 3.1. Схема круглопилкового верстата з гусеничною подачею для розрахунку опору подачі та тягового зусилля гусениці

3.2. Визначення сили різання.

Дотичну силу різання P_Z визначають з умови максимального завантаження двигуна механізму різання:

, (3.1)

де - коефіцієнт корисної дії (ККД) механізму різання, причому

(3.2)

а v – швидкість різання

м/с. (3.3)

Крім того, — ККД муфти; - ККД підшипників кочення; - ККД, що враховує вентиляційні втрати потужності протягом обертання пилки.

Нормальна складова сили різання P_y:

. (3.4)

Перехідний множник т = 0,5 для зубів середньої гостротивизначають з табл. 1 (див. додаток).

Горизонтальна проекція сили різання:

, (3.5)

де - кінематичний кут зустрічі між швидкістю різання та швидкістю подачі, причому для круглопилкових верстатів з верхнім розміщенням пилки:

(3.6)

(3.7)

До формули (3.6) входять такі параметри: R = 200 мм– радіус пилки; h =40 мм— висота пропилу; с = 2 мм - вихід пилки за матеріал.

Вертикальна проекція сили різання:

(3.8)

3.3. Визначення опору подачі, тягових зусиль та сили притискання заготовок.

Опір подачі на першій стадії, коли заготовка входить у верстат:

(3.9)

де Q₂, Qз - сили притискання колодок, які визначають з умови, що вертикальна складова сили різання у випадку використання гострого інструменту не повинна відривати заготовку вгору від гусениці, тобто

(3.10)

У формулах (3.9),(3.10): = 1,3 - коефіцієнт запасу, т_Г = 0,25 - перехідний множник для гострого інструменту (див. додаток табл. 1); f = 0,25 - коефіцієнт тертя ковзання колодок по заготовці (див. додаток табл. 2); = 0,6 см - коефіцієнт тертя кочення (див. додаток табл.3); R_P = 3 см - радіус притискного ролика; Q₁ - сила притискання переднього ролика, яку визначають за умови надійного подавання заготовки на першій стадії, а саме

, (3.11)

де T_I - тягове зусилля гусениці на першій стадії подавання заготовки, причому

(3.12)

У формулах (3.11), (3.12): G_з =140 Н - сила ваги заготовки; = 0,46 - коефіцієнт зчеплення гусениці з поверхнею заготовки (див. додаток табл. 4).

Підставивши до лівої частини рівняння (3.11) вираз (3.12), а до правої вираз (3.9), одержимо величину сили притискання переднього ролика

(3.13)

Обчислимо коефіцієнт запасу на першій стадії подачі заготовки, використовуючи рівняння (3.11):

. (3.14)

Визначимо опір подачі на другій стадії, коли заготовка проходить через верстат і притиснута усіма роликами та колодкою:

(3.15)

де Q₁ = Q₄ (див. рис. 3.1).

Тягове зусилля на другій стадії:

(3.16)

Коефіцієнт запасу тягового зусилля на другій стадії:

(3.17)

Силу притискання заготовки заднім роликом визначають з умови надійного подавання заготовки на третій стадії, коли вона виходить з верстата та не притискається переднім роликом, тобто

. (3.18)

Формули для визначення Т_ІІІ та S_III такі ж, як і для Т_І та S_I, тому Т_ІІІ = Т_І, S_III = S_I, звідки Q₄ = Q₁ та .

Розрахунки показують, що на усіх стадіях проходження заготовок через верстат запас тягового зусилля достатній для надійного подавання їх без зупинок.

4. Визначення потужності на подачу.

Потужність на подачу заготовок визначають за формулою:

, (3.19)

де - можлива швидкість подачі за потужністю двигуна механізму різання.

Можливу швидкість подачі визначають за відомою з теорії різання методикою розв'язування оберненої задачі. Спочатку визначають добуток К_T · S_Z:

(3.20)

де К_T - питома робота різання, Дж/см³; S_z - подача на зуб пилки, мм; N_Д.Р _. - потужність двигуна механізму різання, Вт; а_попр. - поправковий коефіцієнт; b - ширина пропилу, мм; h - висота пропилу, мм; z - кількість зубів пилки; п - частота обертання пилки, хв.^-1.

Нехай на верстаті установлено стругальну пилку за ГОСТ 18479-83, тип 1 - пилка одноконусна для поздовжнього розпилювання. Діаметр пилки D = 400 мм, товщина b = 3,6 мм, кількість зубів z = 60 з кутом різання = 70°.

Поправковий коефіцієнт для розпилювання круглою пилкою можна визначити:

(3.21)

де а_n = 1,25 - множник, що враховує породу, для берези (див. додаток табл. 5); а_w = 1,05- множник, що враховує вологість, для напівсухої деревини (див. додаток табл. 6, W = 25—30%); а_p = 1,5 - множник, що враховує гостроту інструменту, для часу роботи пилки 120 хв. (див. додаток табл. 7); а_v = 1,02- множник, що враховує швидкість різання, для v = 60,9 м/с (див. додаток табл. 8); = 1,34 - множник, що враховує кут різання, для = 70° (див. додаток табл. 9); а_h = 0,95 - множник, що враховує висоту пропилу, для h = 40 мм (див. додаток табл. 10).

За величиною K_Т·S_z з таблиці 11(див. додаток) шляхом інтерполяції визначають S_z =0,19 мм, а далі швидкість подачі за формулою:

(3.22)

Результати розрахунків зведені до табл. 3.1.

Таблиця 3.1.

Результати силового розрахунку круглопилкового верстата моделі ЦДК4-3

№ з/п	Назва показників	Одиниця вимірювання	Величина показника
1.	Дотична сила різання Р_z	Н	204,0
2.	Нормальна сила відтиску Р_y	Н	102,0
3.	Горизонтальна проекція від сил різання Р_Г	Н	228,0
4.	Вертикальна проекція від сил різання Р_в	Н	2,25
5.	Опір подачі на першій стадії S_I	Н	473,2
6.	Опір подачі на другій стадії S_II	Н	687,4
7.	Опір подачі на третій стадії S_III	Н	473,2
8.	Тягове зусилля на першій стадії Т_I	Н	615,1
9.	Тягове зусилля на другій стадії Т_ІІ	Н	1108,0
10.	Тягове зусилля на третій стадії Т_ІІІ	Н	615,1
11.	Сила притискання колодок Q₂ і Qз	Н	62,0
12.	Сила притискання роликів Q₁ і Q₄	Н	1071,0
13.	Швидкість подачі	м/с	33,17
14.	Потужність на подачу N_n	Вт	494,0