Коротышевая лесопильная рама

4. Расчет основных узлов

4.1 Силовые и мощностные  расчеты 

4.1.1 Расчет механизма резания

Режущими инструментами в ленточнопильных станках являются бесконечные ленты, совершающие прямолинейное движение. Длина ленты

, (4.1)

где dк – диаметр шкива, равный 420 мм;

SП – наибольшая ширина пропила, принимаем с запасом равным 620 мм;

е – запас, равный 150 мм.

Согласно ГОСТ 5524–75 и ГОСТ 10484–74 для тленточнопильных станков применяют ленту с Lп=0,32 м и s=1…3,5 мм. Величина стабилизирующего ролика b.

мм, (4.2)

где m – номинальная толщина доски, принимаем 14 мм;

y – припуск на усушку, принимаем для хвойных пород 1 мм;

с=0,5 мм – величина развода на сторону.

Выбираем толщину пильной ленты по ГОСТ 5524-75 для ленты марки 3400-0032 она равна s=1,0±0,15 мм.

Выбираем величину сбега Сб  распиливаемых бревен по максимальному диаметру равному d=600 мм сбег составляет Сб =2,0 см/м.

По нижеприведенным формулам определяем максимальную высоту пропила tmax, мм, сумму высот пропилов Σt, мм, среднюю высоту пропила tср, мм, свободную длину пилы lc, мм:

при распиловке бревен

 мм.  (4.3)

при распиловке вразвал

 мм.  (4.4)

свободная длина пил

 мм.  (4.5)

Уточненная длина ленты составит

 мм.  (4.6)

Коэффициент коррекции на попадание опилок в межзубные впадины

. (4.7)

 

Принимаем значение фиктивной силы резания p и касательного давления опилок на переднюю грань зуба k по таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Зависимость фиктивной силы резания p и касательного давления стружки k от породы древесины и ее температуры

Удельное сопротивление трения опилок в пропиле

 МПа.  (4.8)

Ширина пропила

 мм.  (4.9)

Способность пилы сопротивляться воздействию сил резания характеризуется жесткостью и устойчивостью. Устойчивость пилы определяется по величине критической радиальной силы резания, при которой пила теряет плоскую форму.

Нормальная критическая сила Fкр

 (4.10)

Посылка с ограничением по шероховатости поверхности пиломатериалов находится по формуле

 мм.  (4.11)

Максимальная посылка ограниченная заполнением междузубных впадин опилками

 мм.  (4.12)

Максимальная посылка ограниченная прочностью полотен и зубьев рамных пил

 мм.  (4.13)

Максимальная посылка с ограничением по устойчивости пилы

 (4.14)

По результатам расчета принимаем максимальную посылку за один рабочий ход пилы (рабочий ход осуществляется за один оборот)

 мм. (4.15)

Скорость резания v является величиной переменной и достигает

 м/с. (4.16)

где Sп – ход пильной рамки, м;

w = 15 рад/с – угловая скорость шкива, рад/с.

Средняя скорость резания в м/с

 м/с. (4.17)

Усилие резания

 кН, (4.29)

где k = 257,8 105 – удельная работа резания, Дж/м3; b = 0,003 – ширина пропила, м; Н = 0,8d– высота пропила, м; v = 11.21 – скорость резания, м/с;  
u = 0,014– скорость подачи, м/с.

Усилие отжима

 кН, (4.30)

где mо – коэффициент отношения усилия надвигания к усилию резания, принимаем 0,3.

Усилие на трение

 кН (4.31)

где Qл = 0,35 – вес лесоматериала, Н;

q = 0 – усилие прижима, кН;

μ = 0,15 – коэффициент трения;

Мощность затрачиваемая на пиление

 кВт. (4.32)

где η – общий КПД механизма резания, принимаемый равным 0,85.

 

4.2. Прочностной расчет направляющей

Расчетная схема прочностного расчета направляющей представлена на рисунке 4.3. Наибольшее нагружение возникает при изменении кривизны материала, такой вывод можно сделать на основании анализа конструкции станка на рисунке 3.2.

Рисунок 4.3 – Расчетная схема

Анализ расчетной схемы позволяет сделать вывод о необходимости расчета рычага по условиям растяжения и изгиба. Для схемы на рисунке 4.3, рассмотрим направляющую в качестве стержня с граничной точкой которой являются точка приложения сосредоточеных сил Fy, x и точкой закрепления. Если начало координат расположить на правом конце стержня, а ось z направить справа налево, то, используя метод сечений, рассекая последовательно, отбрасывая левую часть, заменяя ее действие внутренним усилием Q и уравновешивая оставшуюся часть, получим:

кН, (4.33)

Требуемая площадь поперечного сечения для стального стержня, из условия прочности будет определяться выражением:

м2.  (4.34)

Зная требуемую площадь, выразим необходимую из условия прочности сторону прямоугольника:

, (4.35)

и, с учетом подстановки

м, м. (4.36)

Условие жесткости при центральном растяжении-сжатии:

 (4.37)

Выражаем из предельного неравенства требуемую из условия жесткости площадь поперечного сечения:

м2. (4.38)

Из условия жесткости сторона прямоугольника:

м, м.

Окончательно принимаем

м.

Проверяем по условию изгиба для этого определяем значение максимального изгибающего момента, в нашем случае оно будет

 кНм. (4.39)

Из условия прочности при изгибе

м3. (4.40)

Для прямоугольного сечения осевой момент сопротивления

, (4.41)

С учетом (4.35)

м, м.

4.3 Расчет надежности оборудования

Наиболее ответственным узлом механизма резания является подшипник качения, приводного шкива. Он испытывает постоянные циклические нагрузки при движении пильной рамки, амплитуда которых составляет порядка 10 кН. Сложный отказ этого узла может вызвать перекос пильной рамки и нанести значительные повреждения, как самому оборудованию так и находящемуся рядом с ним персоналу.

Основным расчетным показателем подшипников качения является гамма-процентный ресурс. Гамма-процентный ресурс определяет долговечность при заданной вероятности сохранения работоспособности и хорошо количественно характеризует случаи ранних разрушений.

Исходными данными для расчета являются: частота вращения об/мин, время работы ч, среднее значение динамической нагрузки Н, статическая грузоподъемность Н.

Рассчитаем динамическую грузоподъемность

, (4.42)

Ресурс

млн. оборотов. (4.43)

Коэффициент запаса по средним нагрузкам

, (4.44)

где p =10/3 – показатель степени принимаемый в зависимости от типа подшипника.

Вероятность безотказной работы определяем по квантили нормированного нормального распределения

, (4.45)

где vi,p – коэффициенты учитывающий тип подшипника и тела качения, принимаем для роликового упорного подшипника 0,25 и 0,12 соответсвенно.

По таблице нормального распределения определяем вероятность безотказной работы, которая составит Pi = 0,7915.

Вероятность отказа

. (4.46)

На основании проведенного расчета делаем вывод о необходимости проведения обслуживания и проверки подшипника через каждые 1000 часов работы и замены через 3000 часов.

4.4. Эстетика и эргономика проектируемого оборудования

Человек, машина и среда, в которой он работает, рассматриваются в эргономике как целостная единая система со сложными взаимодействиями.

Разработатанные методы и рекомендации по учету человеческих факторов при эксплуатации техники должны обеспечить благоприятные условия труда на рабочем месте и тем самым способствовать повышению эффективности функционирования человеко-машинных систем, снижению травматизма и заболеваемости обслуживающего персонала. Это и является одной из целей проектирования .

Одним из важных эргономических аспектов является автоматизация рабочего места, которое заключается в приведении управляющего блока к совокупности одноименных точек находящихся в рабочей зоне оператора, одновременно обеспечивающих удобное использование органов управления. Органы управления в ленточнопильном станке располагаются, как показано на рисунке 4.4.

При проектировании техники наиболее серьезное внимание уделялось не только лишь разработке конструктивных решений, направленных на решение эргономических параметров, связанных в основном с нормализацией факторов внешней среды, в которой работает человек, но и на повышение эффективности использования самого человека.

В процессе эксплуатации лесопильной рамы эргономическое обеспечение осуществляется в основном в двух направлениях.

Изучение роли факторов внешней среды и особенностей трудовой деятельности на физиологические системы работающих. Указанные материалы использовались при совершенствовании форм организации труда в виде рациональных режимов труда и отдыха.

Рисунок 4.4 – Расположение органов управления на панели:

1 - рукоятки установки величины подачи; 2 - кнопочная станция включения перемещения лесоматериала; 3 - кнопочная станция включения перемещения гидроцилиндра; 4 - кнопка отключения механизма резания; 5 - кнопка включения механизма резания; 6 - кнопка включения подачи вперед; 7 - кнопка включения подачи назад; 8 - кнопка отключения подачи; 9 - табличка паспортных подач.

Психологические исследования особенностей трудовой деятельности, и прежде всего, операторов новой техники позволяющих разработать научно обоснованные рекомендации по психологическому отбору для работы на оборудовании. Все это позволяет более эффективно эксплуатировать оборудование и способствует уменьшению текучести кадров.

Что касается эстетических требований к лесопильным рамам, то они устанавливаются к элементам тех конструкций, которые формируют их внешний вид и рабочее место оператора. Сюда входит вся облицовка, пульт управления, ручки управления и электрический шкаф.

Элементы графической информации и цветовое решение композиционно согласованы со структурой самого оборудования. Перечень графических символов представлен в таблице 4.2. Производственное исполнение обеспечивает тщательность покрытия и отделку поверхностей, чистоту выполнения сочленений, округлений, а также четкость исполнения опознавательно-фирменной и инструкционно-технической информации.

Цветографическое решение исключает применение графической информации, не относящейся к управлению, и средств обеспечения защиты от воздействия неблагоприятных факторов производственной среды.

 

Таблица 4.2 - Перечень графических символов, указанных в табличках, расположенных на пульте управления и других узлах.

Символ	Наименование	Символ	Наименование	Символ	Наименование
	Величина подачи в мм/об		Назад		Тормоз
	Пуск		Стоп		Заземление
	Подача		Направление перемещения ворот		Напряжение
	Вперед

Средства отображения информации композиционно объединены в информационный блок — щиток приборов.

Форма рукояток ручных органов управления  информационно-выразительна и отражает способ захвата рукоятки рукой, способ и направление перемещения органа управления. Производственное исполнение рукояток органов управления исключает шероховатости, следы литейных разъемов на основных поверхностях контакта с ладонью руки.

Цвет оборудования принимается по условию гармонии на общем фоне оборудованной площадки. Предпочтение отдается светлым цвета с доминирующей длиной волны из средней части видимого спектра.

Для движущихся частей оборудования применяются яркие, привлекающие внимание цвета и сигнально-предупреждающие цвета и сочетания.