Привідні характеристики деревообробних верстатів. вимоги до електропривода

Деревообробні верстати знайшли широке застосування для виготовлення та ремонту транспортних засобів, інвентарю, тари, рам, дверей, при ремонті та будівництві житла і тваринницьких приміщень. Електродвигуни використовують для привода лісопильних рам, круглопильних, фугувальних, стругальних, фрезерних, свердлильних та інших верстатів.

Лісопильні рами використовують для поздовжнього розпилювання деревини діаметром до 45 см на дошки, бруси та інші пиломатеріали від 2 до 8 м завдовжки.

Технологічний процес розпилювання стовбурів (колод) такий. Обертальний рух від електродвигуна через передачу та кривошип перетворюється на зворотно-поступальний рух пиляльної рами. Вона містить у собі від 8 до 14 розміщених на певній відстані пилок. Колода до пиляльної рами подається вручну або за допомогою спеціального механізму подачі.

Потужність привода лісопильної рами залежить від діаметра колоди, кількості пилок, подачі, частоти обертання привідного вала та ходу пиляльної рами.

Для привода лісопильної рами вибирають електродвигун, який має достатній пусковий момент, оскільки часто буває, що перед пуском пиляльна рама знаходиться у нижньому мертвому положенні.

Залежність моменту статичних опорів може бути прийнята синусоїдальною

М_с=М_с.тахsinj, (141)

де М_с.тах - амплітудне значення моменту статичних опорів, Н∙ м; j - кут повороту привідного вала.

Враховуючи, що за перший період зміни М_с швидкість двигуна на пусковій частині механічної характеристики змінюється в невеликих межах, розгін системи можливий за умов

М_пуск > М_с.тах (142)

Потужність привода, Р, кВт, при конструюванні пилорами визначається залежно від продуктивності

Р = Р_РІЗ + Р_П + 1, 1Р_ХХ, (143)

де Р_РІЗ - потужність, яка витрачається на різання з урахуванням затуплення пилок, кВт; Р_П - потужність, яка витрачається на подачу, кВт; Р_ХХ — потужність холостого ходу, кВт.

Потрібна потужність Р_РІЗ, Вт, на різання визначається за формулою

Р_РІЗ = F_РІЗ v (144)

де F_РІЗ - зусилля різання, Н; v — швидкість різання, м/с.

Зусилля різання F_РІЗ, Н, для лісопильної рами визначають за емпіричною формулою

(145)

де k - питомий опір пилянню при розпилюванні сосни, Н/мм²; b - ширина пропилу, мм; D - подача, мм; Н - хід пиляльної рами, мм; ∑ h - сума висот пропилів, яка вимірюється посередині пропилу колоди, мм.

Сумарна висота пропилів ∑ h, мм, підраховується за формулою

∑ h = 0, 75 D_CP Z, (146)

де D_CP - діаметр середнього перерізу колоди, мм; Z - кількість пилок у пилорамі; 0, 75 - коефіцієнт використання форми колоди.

При затупленні пилки зусилля різання зростає, тому залежно від тривалості роботи вводять поправочні коефіцієнти

Тривалість роботи, год 1 2 3 4

Поправочний коефіцієнт К 1, 14 1, 27 1, 4 1, 5

Значення К для дерев інших порід приймається з поправочним коефіцієнтом: для липи - 0, 8; ялини - 0, 9; модрини - 1, 07; берези - 1, 30; дуба - 1, 55; ясеню - 2.

При розпилюванні на лісопильній рамі подачу D, мм, визначають за формулою

(147)

де Q - коефіцієнт площі западини, що являє собою відношення площі западини, яка визначається геометричним шляхом, до квадрата кроку зубця; - коефіцієнт розрихлення деревини, = 0, 4..0, 7 — для хвойних порід, = 0, 8..1, 5 - для твердих порід; t - крок зубця пилки, м; l - довжина деревини, м.

З урахуванням міцності зубця його крок t, м, визначають за формулою

(148)

де Е - коефіцієнт міцності зубця; Е = 0, 3..0, 4 - для м'яких порід, Е = 0, 2..0, 3 - для твердих порід; S - товщина пилки, мм; h — висота пропилу, мм.

На лісопильній рамі швидкість різання - величина змінна, що залежить від швидкості руху v, м/с, пиляльної рами й при радіусі кривошипа R може бути визначена за виразом

v=wR sin j, (149)

При j = 90° швидкість різання має максимальне значення і дорівнює

(150)

Практично середню швидкість v_сер, м/с різання визначають за формулою

, (151)

де D - діаметр кривошипа, м; n - частота обертання корінного вала, хв.^-1.

Потужність холостого ходу пилорами Р_ХХ, Вт, залежно від виду визначають за емпіричною формулою

Р_ХХ =k_П тп² R× 10 ^{– 4}, (152)

де k_П = 1, 97 - коефіцієнт для пилорам на підшипниках кочення; k_П = 1, 44 - коефіцієнт для пилорам на підшипниках ковзання; m − маса усіх рухомих частин, кг; R − радіус кривошипа, м.

Потрібну потужність електродвигуна на подачу деревини Р, Вт, визначають за виразом

(153)

де F_П - зусилля, яке витрачається на подачу деревини, приблизно приймається F_П = F_РІЗ , Н; h_П - коефіцієнт корисної дії механізму подачі; v_П - швидкість подачі, м/с.

Швидкість подачі v_П, м/с, дорівнює

(154)

де U_Z - подача на зубець, мм, U_Z = 1, 4..2; t - крок зубця, м.

Круглопильні верстати використовуються для поздовжнього і поперечного розпилювання деревини. Подача деревини здійснюється безперервно або ж періодично.

За умов безперервної подачі деревини потужність електродвигуна Р, Вт, визначають як для тривалого режиму за формулою

(155)

де F_РІЗ − середня дотична сила різання, Н; v_РІЗ − швидкість різання, м/с; h_П − коефіцієнт корисної дії передачі.

Середня дотична сила різання F_РІЗ, Н, дорівнює

F_РІЗ = kbHv_П, (156)

де k - питоме зусилля різання, яке визначається за таблицями та номограмами, Н/мм², k = 10..46; b - ширина пропилу, мм; Н - висота пропилу, мм; v_П - швидкість подачі, м/с.

Швидкість подачі залежить від можливої подачі деревини на один зуб пилки. Оптимальна подача для круглих пилок при поздовжньому розпилюванні хвойних порід становить 0, 8..1 мм.

Знаючи подачу на один зуб пилки, підраховують швидкість подачі v_П, мм/с, за формулою

(157)

де U_Z - подача на один зуб, мм; Z - число зубів пилки; w - кутова швидкість пилки, с^-1.

У круглопильних верстатах швидкість різання являє собою швидкість передніх різальних кромок і становить

v_РІЗ =wR, (158)

де R — радіус пилки, м.

На круглих пилках швидкість різання, як правило, становить 40...70 м/с.

Потужність подачі Р_П, Вт, визначається за виразом

Р_П = F_П v_П, (159)

де F_П — зусилля подачі, Н.

Зусилля подачі дорівнює

F_П = F_РІЗ cosj + F₀ sinj + (9, 81 т + F_РІЗ sinj - F₀ cosj) f, (160)

де F₀ = (0, 2..0, 08); F_РІЗ - зусилля відтискування, яке залежить від ступеня затуплення пилки, форми зуба, Н; т - маса матеріалу, що подається, кг; f - коефіцієнт тертя деревини по поверхні столу, f = 0, 35..0, 4 для сосни та дуба; j - кут між віссю бруса та напрямком дотичної сили різання.

Для стругальних верстатів потужність електродвигуна Р, Вт, визначається за виразом

(161)

де F_РІЗ - зусилля різання, Н; v_РІЗ - швидкість різання, м/с; h_П - коефіцієнт корисної дії передачі.

Середнє дотичне зусилля різання F_РІЗ, Н, дорівнює

(162)

де k - питомий опір різанню, Н/мм; b - ширина шару деревини, що знімається, мм; h - висота шару, який знімається, мм; v_П - швидкість подачі, мм, v_П = 0, 3..3 на один ніж; v_РІЗ - швидкість різання, м/с.

Сучасні вертикальні лісопильні рами приводяться в дію від двох електродвигунів: від одного, найбільш потужного - кривошипний вал, від іншого - механізм подачі. У лісопильних рамах пізніших конструкцій є третій електродвигун привода гідронасоса. Привідний вал лісопильної рами зв’язаний з привідним двигуном, як правило, за допомогою пасової передачі. Залежно від типу рами частота обертання кривошипного вала становить 200..500 хв^-1.