авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Режимы резания древесины в круглопильных станках по теплостойкости материала инструмента

-- [ Страница 2 ] --

Имея достоверную информацию о распределении температуры по высоте зуба, приведенной во второй главе (формула 4), и произведя необходимые математические подстановки и преобразования, получим выражение для определения теплоты, передающейся в окружающую среду режущей частью конвективным теплообменом.

(7)

Величина в квадратных скобках Z называется среднеинтегральным коэффициентом теплоотдачи зуба пилы. Она численно равна количеству теплоты, передаваемой зубом пилы в окружающую среду при повышении температуры резания на 1оС в установившемся тепловом режиме.

Для значений параметров ср, , h, b, 1 и а, влияющих на величину среднеинтегрального коэффициента теплоотдачи зуба пилы Z, её аналитическая зависимость из формулы (формула 7) аппроксимирована. Зависимость Z от высоты зуба h аппроксимирована полиномом 3-ей степени, а влияние остальных параметров ср, , b, 1 и а аппроксимировано степенной функцией

. (8)

где h – высота зуба в направлении биссектрисы угла заострения , мм.

Аналогичным способом разработана методика определения конвективного теплообмена диска пилы. Для чего также введено понятие среднеинтегрального коэффициента теплоотдачи диска пилы, который численно равен количеству теплоты, расходуемой на нагревание диска пилы на 1оС в установившемся тепловом режиме. Для его определения разработана аппроксимирующая зависимость

= 1,8810-3D0,96 V0,426 b0,471. (9)

4. Экспериментальные исследования количества тепла, отводимого в стружку и заготовку

Для оценки количества тепла, отводимого в стружку поставлен полный факторный эксперимент ПФЭ 2К. В качестве переменных факторов в эксперименте были приняты: высота пропила 27 h 49 мм и скорость подачи 15 VS 30 м/мин. Постоянные факторы: влажность древесины W = 10 ± 2%, порода – сосна, температура окружающей среды tокр = 19,9 °С, геометрические и угловые параметры пил – стальной круглой плоской по ГОСТ 980-80 и дисковой с твердосплавными пластинами по ГОСТ 9769-79, частота вращения пилы – 2940 мин–1.

Цели исследования: температура стружки с y1, оС; температура окружности межзубовых впадин (периферии диска) пилы Д y2, оС, мощность на резание Nрез y3, Вт. Блок схема экспериментальной установки приведена на рисунке 4, а результаты экспериментов приведены в таблице 1.

  Схема экспериментальной-24

Рисунок 4 – Схема экспериментальной установки: 1 – пила круглая; 2 – электродвигатель механизма резания; 3 – резистивный делитель; 4 – клещи токовые измерительные модели АТА-2502 (датчик Холла); 5 – цифровой осциллограф многоканальный National Instruments 6008; 6,18 – соединительный кабель; 7,17 – персональный компьютер; 8 – нейтральный провод; 9 – фазные провода; 10 – патрубок; 11 – измеритель температуры CENTER 308; 12 – заслонка; 13 – термопара хромель-алюмелевая; 14 – стружка; 15, 21 – прижимные вальцы; 16 – заготовка; 19 – инфракрасный пирометр Mikron- М120 cf; 20 – гусеница механизма подачи

Таблица 1 – Результаты экспериментальных исследований

температуры стружки и мощности на резание

№ опыта Натуральные значения факторов Кодированные значения факторов Температура стружки с, оС Температура на окружности межзубовых впадин пилы Д, оС Мощность на резание, Nрез, Вт
h x1, мм VS x2, м/мин x1 x2
Пиление круглой плоской пилой по ГОСТ 980-80 с разведенным зубом
1 27 15 –1 –1 38,1 28,5 2250
2 49 15 +1 –1 51,4 31,2 4930
3 27 30 –1 +1 38,1 29,0 3423
4 49 30 +1 +1 48,0 35,9 8032
Пиление дисковой пилой с твердосплавными пластинами по ГОСТ 9769-79
1 27 15 –1 –1 36,4 28,4 1800
2 49 15 +1 –1 47,1 33,5 4443
3 27 30 –1 +1 36,7 32,8 3136
4 49 30 +1 +1 45,6 33,7 7145

Зависимость температуры стружки от изучаемых факторов h и VS в кодированном виде приведена уравнениями регрессии для пил круглой плоской с разведенным зубом и твердосплавной соответственно

; (10)

. (11)

Как видно из уравнений (10) и (11), наибольшее влияние на выходную величину (температуру стружки при пилении) оказывает высота пропила (фактор x1), имеющая наибольшее значение коэффициента. При увеличении высоты пропила (x1) значение температуры стружки увеличивается. При увеличении скорости подачи (фактор x2) температура стружки убывает, значение коэффициента при данном факторе отрицательное. Эффективность полученной регрессионной модели проверена вычислением отношения . Регрессионная модель считается эффективной если Fu > (3…5). Фактические значения коэффициента Fu = 16,2 для плоской круглой пилы с разведенным зубом и Fu = 40 – твердосплавной, следовательно регрессионные модели эффективны.

В натуральных значениях факторов температура стружки в зависимости от значений факторов h и VS определяется выражениями при пилении пилой круглой плоской с разведенным зубом и пилой дисковой с твердосплавными пластинами соответственно

; (12)

. (13)

Количество теплоты Qс, кДж/с, отводимой стружкой, определяется по формуле

Qс = СVc с, (14)

где С – теплоёмкость сухой древесины сосны, С = 2,0 кДж/(кг оС);

– плотность древесины сосны, = 500 кг/м3;

с = (с – tокр) – нагрев стружки, оС;

Vc – секундный объём срезаемых стружек, м3/с, определяется по формуле

Vc = Vsbh /60, (15)

где Vs – скорость подачи, м/мин; b – ширина пропила, м; h – толщина заготовки, м.

Математическая модель доли мощности резания, идущей на нагрев стружки k в кодированном обозначении факторов описывается выражениями:

для пилы с разведенным зубом , (16)

для твердосплавной пилы . (17)

Анализируя уравнения (16) и (17), можно сделать вывод о том, что наибольшее влияние на выходную величину (долю мощности резания, идущей на нагрев стружки k) оказывает высота пропила (фактор x1), имеющая наибольшее значение коэффициента. При увеличении высоты пропила (x1) значение доли мощности резания, идущей на нагрев стружки k, увеличивается. При увеличении скорости подачи (фактор x2) значение выходной величины также увеличивается, значение коэффициентов при обоих факторах положительное.

Регрессионные модели эффективны: для пилы с разведенным зубом Fu = 7,6, твердосплавной Fu = 66,3, что больше нормативного значения отношения Fu > (3…5).

Зависимость коэффициента k от натуральных значений факторов описывается выражениями:

для пилы с разведенным зубом , (18)

для твердосплавной пилы . (19)

Мощность, затрачиваемая на нагрев заготовок при пилении, в абсолютном выражении составляет от 22 до 138 Вт в заданном диапазоне варьирования переменных факторов или 1,1 – 1,8 % от всей мощности на резание. С увеличением высоты пропила и скорости подачи количество теплоты, отводимой заготовкой, и доля мощности резания, идущая на нагрев заготовок, увеличиваются.

Таким образом, сток теплоты из зоны резания в стружку q1 = Qс = 0,41...2,69 кВт или от 21,2 % до 33,5 от всей мощности на резание. Сток теплоты в инструмент для прогрева лезвия зуба и корпуса инструмента q2 = Qрч + Qд. На прогрев инструмента требуется 1…2 мин, эта часть теплоты имеет постоянное значение в установившемся тепловом режиме q2 до 45%. Причем 80 % этой теплоты, поступающей в инструмент отводится через режущую часть, а 20 % – отводится диском. Таким образом, до 36% от теплоты эквивалентно выделяемой в зоне резания отводится режущей частью, и до 9% диском пилы. Сток теплоты в окружающую среду для установившегося теплового режима q4 составляет от 20 до 30%.

5. Экспериментальные исследования теплоотдачи зубьев пил

Численные значения средних коэффициентов теплоотдачи зубьев пил ср определены экспериментально в зависимости от толщины зуба, скорости охлаждающего воздуха, мощности теплового источника. Исследования ср, Вт/(°С м2) проводились на экспериментальной установке (рисунок 5).

Как показано на схеме (рисунок 5) зубья 9 и 10 соприкасаются в вершинных частях, вторичная цепь трансформатора 16 оказывается замкнутой и по ней потечет ток. В месте соприкосновения зубьев электрическое сопротивление цепи максимально, и именно в этом месте происходит местный нагрев. Регулирование напряже­ния трансформатора, и как следствие температура нагрева, достигается изменением напряжения в его первичной обмотке ЛАТРом 17. Измерение величины электрического тока осуществляется токовыми измерительными клещами 15 модели АТА-2502 (датчик Холла), в которых наводится ЭДС, пропорциональная величине электрического тока, поступающего на зубья пилы. Далее с токовых клещей ЭДС фиксируется вольтметром 18. Напряжение определяется также вольтметром 18. Мощность теплового источника определялась как произведение электрического тока и напряжения.

Рисунок 5 – Схема экспериментальной установки по определению среднего коэффициента теплоотдачи зубьев пил: 1, 3 – соединительный кабель; 2 – шаговый электродвигатель; 4 – жёсткая муфта; 5 – персональный компьютер; 6 – коническая передача; 7 – винтовая передача; 8 – инфракрасный пирометр Mikron М120; 9, 10 – исследуемые зубья пилы (модели), нижний

и верхний соответственно; 11 – анемометр крыльчатый; 12 – термопара хромель-алюмелевая; 13 – измеритель температуры CENTER 308; 14 – патрубок от установки охлаждения; 15 – клещи токовые измерительные модели АТА-2502 (датчик Холла); 16 – трансформатор; 17 – лабораторный автотрансформатор (ЛАТР); 18 – вольтметр В7-65/2

Измерение температуры по высоте зуба в направлении биссектрисы угла заострения осуществлялось инфракрасным пирометром 8, который устанавливался в начальный момент времени у основания верхнего зуба 10. Шаговый двигатель 2 через жёсткую муфту 4, коническую передачу 6 передает движение на винтовую передачу 7. Пирометр 8 перемещается на 1 шаг, и измерение температуры возобновляется.

Получение данных от пирометра 8, их сохранение в памяти ПК 5 и управление шаговым двигателем 2 осуществляется с помощью программы, составленной в системе программирования Delphi. Измерение температуры по высоте зубьев (температурное поле) осуществлялось при перемещении пирометра вертикально вниз от основания верхнего зуба 10 до основания нижнего 9. Температура охлаждающего воздуха регистрировалась при помощи термоэлектрического преобразователя 12 (хромель-алюмелевая термопара), который подключен к измерителю температуры 13 модели Center-308. Скорость охлаждающего воздуха контролировалась анемометром 11.

Все измерения осуществлялись в установившемся тепловом режиме, который определялся окончанием роста температуры в зоне контакта зубьев. По закону Ньютона–Рихмана количество теплоты, передаваемой конвективным теплообменом определялось из выражения

, (20)

где 2 – количество зубьев; ср – средний коэффициент теплоотдачи зуба пилы, Вт/(°С м2); Fi – площадь поверхности теплообмена рассматриваемого участка, м2; tсрi = (ti – tокр) – средний температурный напор рассматриваемого i-ого участка, °С; i = 0, 1... n – порядковый номер участка; n – количество участков (рисунок 6).

Средний коэффициент теплоотдачи зуба ср определяется из формулы (20). Типовой график распределения температуры по высоте зуба приведен на рисунке 7. Кривые распределения температур по верхнему и нижнему зубу совпадают.

Рисунок 6 – Схема разбивки зуба на кольцевые участки

Рисунок 7 – График распределения температуры по высоте зуба: 1 – верхний зуб; 2 – нижний зуб (Опыт №1: b = 2,2 мм, V = 25м/с, Q = 10 Вт)

По результатам эксперимента составлено уравнение регрессии, определены коэффициенты регрессии, проведена оценка значимости этих коэффициентов с помощью t-критерия Стьюдента. Они имеют вид

. (21)

Наибольшее влияние на значение коэффициента теплоотдачи ср оказывает скорость охлаждающего воздуха V, имеющая наибольшее значение коэффициента при данном факторе. Мощность теплового источника Q (фактор x3) в пределах изменения фактора (от 10 до 15 Вт) существенного влияния на выходную величину (коэффициент теплоотдачи ср) не оказывает. Коэффициент при данном факторе не является значимым. Проверка адекватности математической модели (уравнения регрессии) осуществляется с помощью F-критерия Фишера при принятом уровне значимости q = 0,05. Полученное уравнение регрессии адекватно результатам эксперимента, и может быть использовано. После перевода регрессионного уравнения из кодированного вида в натуральный получим уравнение

. (22)

6. Разработка режимов резания древесины в круглопильных станках по теплостойкости зубьев пил

Разработана методика определения скорости подачи при распиловке древесины в круглопильных станках на основе учета температурной устойчивости материала лезвий инструмента при продольном пилении с толщиной стружки aс 0,1 мм и aс < 0,1 мм соответственно

; ; (23)

при поперечном пилении , (24)

где [t0] – допускаемая температура нагрева лезвий (теплостойкость), оС (табл. 2);

an, aw, ab – коэффициенты, учитывающие породу древесины, влажность древесины и вид пиления соответственно;

a, a, – коэффициенты, учитывающие влияние затупления и влияние угла резания и угла боковой заточки на силу резания при поперечном пилении соответственно;

p – удельная касательная сила резания по задней грани, Н/мм;

b, b1 – ширина пропила и ширина стружки соответственно, мм;

H – высота пропила, мм;

ср – средний кинематический угол встречи, град.;

k, k – касательное давление на стружку, Н/мм2 (для толщины стружки aс 0,1 мм и для толщины стружки aс < 0,1 мм соответственно);

T – коэффициент интенсивности трения стружки о стенки пропила и прессования её во впадине зуба, Н/мм2.

Таблица 2 – Теплостойкость инструментальных материалов, °С

Стали Твердые сплавы Эльбор Алмаз
углеродистые и легированные быстрорежущие вольфрамокобальтовые безвольфрамовые минералокерамические
160 – 400 550 – 700 800 – 1000 800 – 1000 1200 1400 700 – 800


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.