УПРАВЛЕНИЕ И УСТОЙЧИВО РАЗВИТИЕ 3/0 (3) MANAGEMENT AN SUSTAINABLE EVELOPMENT 3/0 (3) КРИТИЧЕН АНАЛИЗ НА ЗАДВИЖВАНЕТО НА БАНЦИГОВИ МАШИНИ Лесотехнически университет, София Резюме Направен е критичен анализ на два начина за задвижване на банцизите: с ремъчна предавка и чрез директно свързване на електродвигателя с основния вал. Определени са силите, натоварващи основния вал на банциг при двата начина на задвижване на банциговите машини. Извършени са якостни изчисления на основния вал на банциг. Предложено е конструктивно решение за намаляване на огъването в конзолните части на основния вал, с което ще се подобри работата на банциговата лента и на клиноремъчната предавка. Ключови думи: банциг, основен вал, ремъчна предавка, якостно изчисляване. Key words: band saw, main drive shaft, V-bet transmission, strength cacuation. Увод Банциговите машини са едни от най-често използваните в дървообработващите и мебелните предприятия. На тях се обработват трупи, призми, заръбени и незаръбени дъски, капаци и детайли. Голямото разнообразие в приложението им е довело до създаване на доста различни конструкции банцигови машини. Различието е главно в механизма за подаване на преработваната суровина. При преработване на трупи подавателните механизми са вагони, при незаръбените дъски и капаците са каретки и при детайлите са верижно-валцовите такива [5]. Основен механизъм на банциговите машини е режещият със задвижването му. Конструкциите на режещите механизми не се различават съществено при различните типове банцизи (фиг. ). Разликата е в задвижването им. T T T T, n T d ш T T, n G к G ш F R G к F t d ш F t а б Фиг.. Конструкции на задвижване на режещия механизъм на банцигови машини: а) задвижване с ремъчна предавка; б) задвижване чрез свързване на основния вал с вала на електродвигателя посредством съединител На фиг. са показани задвижването и лагеруването на основния вал с монтираното върху него долно лентоводно колело и лагеруването на оста на горното лентоводно колело с лентата, поставена върху двете колела на два вида задвижване: а) задвижване с ремъчната предавка и б) задвижване чрез свързване на основния вал с вала електродвигателя посредством съединител. От фиг. а се вижда, че долното лентоводно колело и задвижваната ремъчна шайба натоварват основния вал конзолно, при което се получават големи огъвания на вала от опъването на банциговата лента и ремъците на ремъчната предавка. Това огъване на вала влошава работата на банцига и ремъчната предавка. При задвижването, показано на фиг. б, съществува само огъването на вала от опъването на лентата и се премахва огъването от опъването на ремъците.
Цел на настоящата работа е да се направи критичен анализ на натоварването на основния вал на банцига при задвижване на режещия механизъм с ремъчна предавка и при директно свързване на основния вал с електродвигателя с оглед на търсене на по-ефективно конструктивно решение.. Видове задвижване на механизма за рязане при банцизи.. Задвижване на режещия механизъм с ремъчна предавка Задвижващият механизъм в този случай се състои от основен вал, клиноремъчна предавка и електродвигател (фиг. а). По-долу подробно се разглежда натоварването, изчисляването и деформацията на основния вал в качеството му най-натоварен елемент от задвижващия механизъм и влияещ съществено върху работата на банцига.... Натоварване на основния вал Основният вал на банцига е сложно натоварен. Върху него действат напречни сили, осови сили и усукващи моменти. Напречните сили се формират от: опъването на лентата F0, периферната сила Ft, теглото на лентоводното колело Gk, опъването на ремъците FR и теглото на задвижваната ремъчна шайба Gш (фиг. ). Осовата сила, която се поражда от силата на подаване е по-малка от останалите сили и в анализа не е включена. Силата от опъване на лентата F0 (в N) се определя по уравнението.b.s., () В е широчината на лентата, m; s дебелината на лентата, m; σ напрежението на опън от опъването на лентата, N/m. За нормалната работа на лентата напрежението на опън се приема равно на []: а) σ =(30 0)0 6 N.m - при обикновените банциги; б) σ =(50 70)0 6 N.m - при делителните банциги; в) σ =(80 00)0 6 N.m - при банцигите за трупи. Периферната сила Ft (в N) се определя по уравнението.t Ft, () е диаметърът на лентоводните колела, m; Т предаваният въртящ момент в N.m, който се определя по формулата 9550.P..d ш T, (3) n.d ш Р мощността на електродвигателя, kw; η КПД на задвижващия механизъм, който се приема η=0,9; n честотата на въртене на електродвига-теля, min - ; dш и dш диаметрите сътветно на задвижва-щата (малката) и задвижваната (голямата) шайби, m. Резултантната напречната сила F, която действа по средата на лентоводното колело (т. С на фиг. а,б) и натоварва вала на огъване във вертикалната равнина, се определя по уравнението F=F0+Ft-Gk, () Gk е силата на тежестта на долното лентоводно колело, N. dc de d=dc df Фиг.. Изчислителна схема, диаграми на огъващите и усукващите моменти и на конструкцията на основния вал на банциг при задвижване с ремъчна предавка dg d
КРИТИЧЕН АНАЛИЗ НА ЗАДВИЖВАНЕТО НА БАНЦИГОВИ МАШИНИ Силата от клиноремъчната предавка FR, която действа на противоположната страна на вала (т. на фиг. а,б) във вертикалната равнина, зависи от вида, сечението и броя на ремъците [3]: c.t.z.c.n.d ш FR..sin dш 0, (5) с е коефициентът, отчитащ условията на натоварването се приема, както следва: за леко натоварване с=,3; за средно натоварване с=,5 и за тежко натоварване с=; с - коефициентът, който зависи от сечението на клиновите ремъци: с=0,7 за сечение А (3х8), с=0,385 за сечение В (7х), с=0,637 за сечение С (х) и с=,33 за сечение (3х9); z броят на ремъците; α - ъгълът на обхващане при малката ремъчна шайба в градуси, определен по уравнението dш dш 80.53,7, (6) a а е междуосово разстояние на ремъчната предавка, m. Резултантната напречната сила Fk, която действа по средата на голямата ремъчна шайба (т. на фиг. а,б) във вертикалната равнина е равна на Fk=FR+Gш. (7) Усукващият момент Мус, предаван от вала, е равен на въртящия момент Т, т.е. M T. (8) ус... Проектно изчисляване на основния вал На фиг. е дадена конструкцията на основния вал на банциг, а така също изчислителната схема и диаграмите на огъващите Mог и усукващите Мус моменти. Силите, действащи върху вала са: F и FR. Валът е лагеруван на два търкалящи лагери. Определени са: - опорните реакции (фиг. б) F.( ) F k.3 RA ; F k.( 3 ) F. RB (9) - огъващите моменти (фиг. в) Мог C=0; Мог А=F.; Мог В=Fk.3; Мог =0, (0) - усукващият момент (фиг. г) Валът по цялата си дължина е подложен на усукване от предавания въртящ момент Мyc=Т. - диаметрите на вала в характерните сечения (фиг. д) Диаметрите на вала в крайните шийки т. С, където се закрепва лентоводното колело и т., където се закрепва задвижваната шайба са []: Mус dc d,. 3, ' 0,.[ ус] () dc и d са диаметрите на вала, съответно в т. С и т., m; [τ I ус] - намалено допустимото напрежение на усукване, N.m -. За стомана 5 [τ I ус]=5.0 6, N.m -. Диаметрите на вала в опорите в т. А и в т. В, където се поставят търкалящите лагери са []: MеквА 3 ; MеквB 3, () 0,.[ ог ] 0,.[ ог ] МеквА е еквивалентният момент в сечение А, N.m, определен по формулата MеквА MогА M ; (3) ус МеквВ - еквивалентният момент в сечение В, N.m е: MеквB MогB M ; () ус [σог] - допустимото напрежение на огъване, N.m -. По конструктивни съображения шийките на вала се изработват с еднакви размери и то с размера на по-голямата от двете, като се съобразява със стандартните вътрешни диаметри на търкалящите лагери, т.е. приема се =. - конструктивно оформяне на вала Конструкцията на вала (фиг. д) има стъпаловидна форма, като се започне с изобразяване на крайните шийки в сеченията в т. С и т.. Диаметърът на шийката в сечение т. С трябва да бъде колкото е възможно по-голям. Стъпалата между шийките в сечения т. С и т. А трябва да бъдат малък брой и с малка височина. Дължините на отделните шийки на вала се определят, като се вземат предвид дължината на главината на лентоводното колело, широчината на лагерите и размерите на капачките за кутията за лагерите (лагерното тяло).
..3. Изчисляване на вала на деформация За опростяване на изчисленията, действителният вал се трансформира в редуциран такъв с един и същи диаметър, който би имал същата деформация, както степенчатият (фиг. е). Ако се приеме един от диаметрите за диаметър на редуцирания вал, то действителните дължини на отделните стъпала се заменят с редуцирани дължини, определени по следното уравнение []: d i i., (5) dk i са редуцираните дължини на отделните стъпала на вала, m (за случая i= ); i дължините на отделните стъпала на вала, m; d - диаметърът на редуцирания вал, m (за случая се приема dc=d); dk - диаметрите на отделните стъпала на вала m, според фиг. д k=a, B, C, E, F, G. Редуцираните дължини на отделните стъпала на вала са равни на: =; d 5 5. d ; E d 6 6. ; d 8 8. ; df d 0 0 ; d 7 7. ; d 9 9 ; d ; dg d. (6) d На фиг. д е показана схемата на действителния вал със стъпаловидна форма, а на фиг. е е показана схемата на редуцирания вал с постоянен диаметър. С така определените редуцирани дължини се съставя нова изчислителна схема (фиг. 3е), в която редуцираните дължини се определят по следните зависимости: =+5+6; =7+8+9; 3=0++. (7) Определят се провисванията за всяка действаща сила в двата края на вала. Провисването ff в левия край на вала т. С от силата F се определя по уравнението [] F. f.. (8) E.J 3 f Провисването в десния край на вала т. от силата Fк се определя по уравнението [] Fk 3. 3 f, (9) E.J 3 J 0,09.d е инерционният момент на сечението на редуцирания вал, m ; Е модулът на линейна деформация, Ра; За стомана Е=,.0 Ра... Задвижване чрез свързване на основния вал с вала на електродвигателя със съединител Задвижващият механизъм се състои от основен вал, свързан с електродвигателя посредством еластичен съединител (фиг. б).... Натоварване на вала Натоварването на основния вал на банциг, свързан с електродвигателя посредством еластичен съединител е, както следва: - откъм страната на лентоводното колело силите са същите, както при първия тип задвижване с ремъчна предавка, даден в т..; - откъм страната на електродвигателя действа силата, която се поражда от несъосността на вала на банцига и вала на електродвигателя Fk, която може да се определи по уравнението [] Fk Cp., (0) Ср е радиалната коравина на еластичния съединител, N.mm -. Определя се в зависимост от диаметъра на вала d по табл.. Табл.. Стойности за радиалната коравина Ср d, mm 0 0 60 80 00 Ср, N/mm 60 500 0300 000 000 Δ радиално преместване, mm. Приема се в границите Δ=0,05 0,0 mm.... Проектно изчисляване на вала На фиг. 3 е дадена конструкцията на основния вал на банциг, а така също изчислителната схема и диаграмите на огъващите Mог и усукващите Мус моменти. Силите, действащи върху
КРИТИЧЕН АНАЛИЗ НА ЗАДВИЖВАНЕТО НА БАНЦИГОВИ МАШИНИ вала са: F и Fk. Валът е лагеруван на два търкалящи лагери. в г д a б e dc F C de F C A d=dc A R A 5 6 7 М ог A n, T М ус =Т df B R B B 9 0 М ог В 8 3 dg F k F k F k М ус Фиг. 3. Изчислителна схема, диаграми на огъващите и усукващите моменти, конструкцията на основния вал при свързването му с вала на електродвигателя посредством съединител Определени са опорните реакции, огъващите, усукващите и еквивалентните моменти, диаметрите на вала в характерните сечения, по формулите в т... Конструкцията на вала не се различава и при двата типа задвижване...3. Изчисляване на вала на деформация Провисванията в двата края на основния вал на банцига са определени като на вала, разгледан в т... d чрез съединител свързване на вала на банцига с вала на електродвигателя, се установи следното: - огъването на основния вал на банцига откъм страната на лентоводното колело е еднакво и при двата типа задвижвания; - огъването на вала откъм страната на ремъчната предавка е значително помалко при свързването на двата вала със съединител; - при отсъствието на ремъчна предавка е необходимо да се използват електродвигатели с по-ниски честоти на въртене, които са с по-големи габарити, по-скъпи са и с по-нисък коефициент на полезно действие (КПД). За предпочитане е задвижването да бъде с ремъчна предавка; - голямото огъване на вала откъм страната на лентоводното колело налага да се тъси конструктивно решение за неговото намаляване. Това може да стане чрез разтоварване на вала от огъването му, като то се поеме от друг машинен елемент. В този случай валът ще предава само въртящия момент от електродвигателя. Заключение Направеният анализ на двата типа задвижване на механизма за рязане на банцигови машини може да се използва при разработването на нови по-съвременни конструкции на задвижвания с по-добри експлоатационни и надеждни показатели. Литература. Грубе, А., Санев, В. Основы теории и расчета деревообрабатывающих станков, машин и автоматических линий. Лесная промышленность.. Москва. 973. Дуваев, П., Леликов, О. Конструирование узлов и деталей машин. АКАДЕМА. Москва. 00. 95 с. 3. Попов, З. и др. Ръководство за курсово проектиране по машинознание. Земиздат. София. 995. 55 с. 3. Ре зултати от анализа на задвижването на. Соколовски, С. Машинни елементи. Издателска банцигови машини къща ЛТУ. София. 007. 38 с. 5. Филипов, Г. Дървообработващи машини. Земиздат. София. 967. 378 с. От направените изчисления за един и същ вид банциг, но с различни типове задвижващи механизми, а именно с ремъчна предавка и
CRITICAL ANALYSIS OF THE RIVING OF BAN SAWS Savcho Sokoovski, Nencho eiiski University of Forestry, Sofia, Bugaria Abstract Anaysis of two types of driving of the band saws is provided: the first one with a V-bet transmission and the second by a direct fixing of the eectromotor to the main drive shaft. The forces exercising an effort on the main drive shaft of the band saw in the two types of driving of the band saws are determined. Strength cacuations of the main drive shaft of the band saw are made. Constructive soution for decreasing the bending in the consoe parts of the main drive shaft which wi improve the work of the saw band and the V-bet transmission is proposed.