Система за регулиране наклона на лентоводните колела на блок-банциг Георги Попов, Николай Максимов Технически университет, София Резюме: The paper is based on calculations, which were made in order the type and the main parameters o the system or tilting o wheels o up-to-dated block-band saw to be determined. The variant o manual unstep regulation o the tilt o both wheels is the preerable. The cost o the machine raises to a certain extent, but its parameters improve considerably (quality o cutting, productivity, saving instruments and resources or their preparation). Ключови думи: дърворежещи машини, блок-банциг, регулиране на лентоводните колела 1. Въведение Проведеният анализ на поведението на лентовия трион при дърворежещи машини от типа блок-банциг [1] показа, че устойчивостта на лентата може чувствително да се увеличи чрез създаване на система за регулиране на наклона на двете лентоводни колела под определен ъгъл. По този начин се подобрява качеството на рязане, повишава се производителността на процеса, увеличава се трайността на инструментите и се икономисват средства за поддържането им.. Определяне на вида и параметрите на системата за накланяне на лентоводните колела При банциговите машини, произвеждани у нас, и по специално при блок-банцига ББ 110, който е взет за основа на настоящата работа, е изградена система за накланяне само на горното лентоводно колело. Тази конструкция води до повишаване на устойчивостта на лентовия трион [1], но има и редица недостатъци. Такива са увеличените напрежения в лентата, както и недостатъчната и стабилност в долния край на правата част, който всъщност съвпада със зоната на рязане. Лентоводните колела на блок-банцига ББ 110 са с диаметър D=110 mm и широчина B=118 mm. Те са изработени със симетрично заоблена работна повърхност. Междуосовото разстояние между вала на долното лентоводно колело (основния вал) и оста на горното се движи в интервала от 090 до 90 mm, като това движение се осъществява автоматизирано с помощта на електромотор, верижна предавка, червячна предавка и предавка винт гайка. Посочените стойности на междуосовото разстояние съответстват на дължини на лентовия трион между 7700 и 8100 mm, без да се отчита неговото удължаване при опън. Широчината на лентовия трион варира между 80 и 15 mm. За да се установи какъв ще бъде най-подходящия начин за изграждане на системата за накланяне на долното лентоводно колело, трябва да се установи дали зависимостта на ъгъла на наклона на колелата от широчината на триона трябва да бъде непрекъсната или може да заема определен брой стойности. Основният критерий за достигнатия ъгъл на наклона ε е изместването на лентовия трион по двете колела до излизането на зъбите извън венеца им. Височината на зъбите h на лентовите триони варира между (0,5 0,5).t (3), където t е стъпката на зъбите. При широките лентови триони стъпката е t = 3 50 mm. Оттук следва, че височината на зъбите е h = 8 5 mm за различните форми на зъбите и различните предназначения на съответния трион. За по-голяма яснота тук ще бъдат направени пресмятания на напреженията в лентата за симетрично заоблени лентоводни колела, работещи с лентови триони с широчини 80, 90, 100, 110, 118 и 15 mm. Според направения анализ [1] най добри показатели на режещия механизъм се получават при съчетаването на накланянето на двете лентоводни колела с несиметрично заобляне на техните работни повърхности. Тази форма на венеца е патент на фирмата Lombardi, а освен това в нашите машиностроителни заводи не съществуват подходящи условия за нейното изработване. Поради тази причина се приема, че лентоводните колела на разглежданата машина остават със симетрично заоблени работни повърхности, както е при базовия вариант. Симетричното заобленият венец се изработва по-трудно от правия, при който обаче лентовият трион работи с много големи вътрешни напрежения. При симетричното заобляне радиусът на закръгление е 8 9 m, като в зависимост от широчината на лентоводното колело изпъкналостта 1 е 0, 0,4 mm. Ако се приеме, че за разглеждания случай R = 8,5 m, при широчина на колелата 1
B = 118 mm разстоянието може да се изчисли по следната формула (фиг. 1) (3): ( R ( B / ) ) = R = 0,048 mm (1) Лентовите триони, работещи върху машини с лентоводни колела със симетрично заоблена работна повърхност и оборудвани със система за накланяне на колелата, се валцуват в надлъжно направление. R благоприятни при опъването на лентата върху колелата на машината. Ако симетрично валцувана лента бъде огъната около лентоводно колело с права периферия, тя ще прилегне до него, и след опъването й надлъжните ръбове ще се удължат и напрегнат допълнително. Според Вюстер [] напреженията в огънатата част на лентата при колела с права периферия са около два пъти по-големи в сравнение с напреженията при колела със заоблена периферия. Освен това заоблянето на лентоводните колела, съчетано със симетрично валцуване на триона, увеличава съпротивлението на лентата срещу изместване от силата на подаване. Симетричното валцуване на лентовите триони се извършва по три пътечки, като най-голямата сила се прилага в средната от тях. Схемата, по която се валцува, е показана на фиг. [3], като: N < N 1 и = 1. () В Фиг. 1 Валцуването има следните цели: - създаване на по-големи вътрешни напрежения в предния режещ ръб; - намаляване в определена степен на напреженията на опън в задния надлъжен ръб на лентата; - изправяне на недопустимите надлъжни кривини на лентата. При широките лентови триони вълцуването се извършва в средата или несиметрично, което зависи от това, дали венците на лентоводните колела са изработени със симетрично или несиметрично заоблена работна повърхност. Валцуване се прави и по задния надлъжен ръб на триона т.нар. валцоване на конус. С тези действия се създават подходящи вътрешни напрежения, които повишават устойчивостта на лентата при работа. При симетрично валцуване на лентовите триони, което е подходящо за разглежданата машина, имаща симетрично заоблени лентоводни колела, средната част на триона се удължава. Относително по-късите странични ръбове се натоварват на опън, а средната част на натиск. Когато лентата бъде огъната в надлъжно направление с радиус R, равен на радиуса на лентоводните колела, и се направи проверка с контролна линия, се определя изпъкналостта. По нея може да се направи заключение за степента на валцуване на триона. Симетрично валцуваните лентови триони работят най-добре върху лентоводни колела, периферията на които е заоблена с радиус R 1, равен на радиуса на огъване на лентата. В този случай вътрешните напрежения в триона не се променят и остават Фиг. 15 0 15 0 За да работят добре лентовите триони, когато лентоводните колела са наклонени, те се валцуват на конус. Това валцуване води до удължаване на задния ръб, в резултат на което напреженията в този ръб се намаляват спрямо напреженията, които биха се получили в ръба на невалцуван на конус трион от допълнителното му огъване при накланянето на колелата. Валцуването на конус се съчетава със симетричното валцуване, като се приеме, че разглежданата машина е с две наклоняеми лентоводни колела със симетрично заоблена работна повърхност. Най-добри резултати се получават, когато двете лентоводни колела са наклонени под еднакъв ъгъл [1]. За да се установи, какви са напреженията в лентовия трион при различните му широчини и какви трябва да бъдат ъглите на накланяне на лентоводните колела, те трябва да се пресметнат за случая със симетрично валцуване на триона, съчетано с валцуване на конус и симетрично накланяне на колелата. Изчисленията ще бъдат направени за пет стойности на широчината на триона, като е прието, че височината на зъбите е h = 15 mm. Размерите са дадени в табл. 1. Ν 1 Ν Ν 3 1
Таблица 1 1 3 4 5 6 В 3, mm 80 90 100 110 118 15 s, mm 1 1,1 1,1 1,1 1, 1, h, mm 15 15 15 15 15 15 B, mm 65 75 85 95 103 110 Тук: В 3 е пълна широчина на лентовия трион (със зъбите); h височина на зъбите ; s дебелина на триона ; В широчина на лентовия трион (без зъбите). Размерите В и s са взети от [3]. Параметърът при симетрично валцуване на трион с дебелина, клоняща към нула е: σ. R =, (3) E където: R = 0,56 m радиус на огъване на триона, равен на D/; σ = 70 МРа напрежение в лентата; Е = 10000 МРа модул на линейна деформация. Така се получава = 0,187mm. За трион с реална дебелина s, изпъкналостта е: и Eпл. c. = 1 + R. C R 7 ( β. B) 4 (4) 10. s C =,[1/m ] (5) където: С е параметър, зависещ от дебелината и широчината на триона; β = 0,45 коефициент (β = 0,4 0,5); R = 0,56 m радиус на лентоводните колела. Стойностите на параметъра C са пресметнати и изведени в табл.. Таблица В 3, mm В, mm s, mm h, mm β C, 1/ m 80 65 1 15 0,45 13,65 90 75 1,1 15 0,45 9,33 100 85 1,1 15 0,45 5,65 110 95 1,1 15 0,45 3,6 118 103 1, 15 0,45 3,00 15 110 1, 15 0,45,40 3. Пресмятане на напреженията от симетричното валцуване, валцуването на конус и от накланянето на лентоводните колела Напреженията от симетричното валцуване в правата част на триона са пресметнати за В = 118 mm по уравнение (1). Така се получава = 0,000187 m. Сумарното напрежение в средата на триона се пресмята по формулата: σ общо = [σ р +(- σ с )] = ε пл.с..e, където σ р напрежение на опън в ръба на триона; σ с - напрежение на натиск в средата на триона; ε пл.с. степен на пластична деформация в среда-та на триона [% o ]. ε пл.с. =.( 1/R + R.C) =0,000187.(1/0,56+0,56.13,66) = 0,000658 σ общо = [σ р +(- σ с )] = ε пл.с..e = 0,000658.10000 = = 138,8 MРa σ р =1/4.ε пл.с..е=1/4.0,000658.10000=34,57 МРа σ с = - [σ общо - σ ра ] = -[138,8-34,57] = -103,71 МРа Напреженията от симетричното валцуване в огънатата част на триона (около лентоводното колело) [3] се пресмятат по следните формули: σ с =ε eл.с..е σ р. = σ общо - σ с. ε eл.с. е еластична деформация в средата на триона [ o / oo ]; ε eл.с /ε пл.с. =C.R /(1+C.R )=3,0.0,56 / (1+3,0.0,56 ) = 0,4847 ε eл.с. =0,4847. ε пл.с. =0,4847.0,000658=0,000319 σ с =ε eл.с..е =0,000319.10000 = 66,99Мра σ р. = σ общо - σ с =138,8-66,99 = 71,9 Мра Напреженията от валцуването на конус и от накланянето на лентоводните колела се пресмятат по следния начин. При загряване на лентовия трион в процеса на работа напреженията в предния ръб намаляват с около 35 МРа. За да работи добре трионът, необходимо е в студено състояние този ръб да бъде напрегнат с 65 МРа повече от задния. Тази разлика може да се пресметне по следната формула: 8. E. B.. E = L σ = ε, (6) 3
където: ε е относително удължение на задния ръб от валцуването на конус; R н радиус на надлъжната кривина на гърба на триона за разстояние L, m; изпъкналостта на надлъжната кривина на гърба на триона, mm; L дължината на контролната линия с която се отчита, m. След заместване в уравнение (6) се получава: σ = 65 МРа. Ако се приеме за дължина на предния ръб на триона L = 7,9 m, то за удължението на задния ръб от валцуването по конус се получава L=,444 mm. При накланянето на лентоводните колела задният ръб на лентата се опъва по-силно и се създават допълнителни напрежения на опън. На фиг. 3 е показано схематично накланянето на двете колела. В l l Фиг. 3 Удължението на задния ръб, което се получава от накланянето на лентоводните колела може да се представи като: L = 4 l = 4.B. tgε (7) ε ε Това напрежение е излишно и чрез валцуването на конус то се премахва. Следователно ъгълът ε, на който трябва да се наклонят двете лентоводни колела, за да се получи най-благоприятно разпределение на напреженията в триона, е ε = 9 за В 3 = 80 mm. По същата методика са направени изчисленията за останалите четири широчини на триона, като резултатите от пресмятанията са изведени в таблица 3. Тук са дадени също и напреженията от симетричното валцуване, параметрите на валцуването на конус и необходимият ъгъл на накланяне ε. От резултатите в табл. 3 се вижда, че необходимият ъгъл на наклона на лентоводните колела варира между ε=19 9 за широчини на лентовите триони В 3 =80 15 mm. Височината на зъбите на триона h се променя в зависимост от предназначението на триона, а от нея зависи широчината В, която участва в пресмятането на напреженията и оттам на ε. Затова може да се приеме, че найдоброто решение за изграждане на системата за накланяне на лентоводните колела е, тя да осигурява безстепенно регулиране на ъгъла ε в границите от 0 до 30. Накланянето на колелата трябва да бъде под един и същ ъгъл, тъй като тогава се получава найдобра стабилност на лентата и най-добро разпределение на напреженията в нея [1]. Едновременното симетрично накланяне на колелата е патент на фирмата Lombardi. За разработваната конструкция се избира самостоятелно ръчно накланяне на всяко от колелата, като за всяко от тях е предвидена скала, по която се отчита ъгъла ε. В базовата конструкция междулагерното разстояние на основния вал е L 1 =90 mm, а на оста на горното лентоводно колело е L =300 mm. След като е прието, че максималният ъгъл на наклона на двете колела е ε=30, а минималният е 0, може да се изчисли какво е разстоянието, на което трябва да се изместват подвижните лагерни опори. Това разстояние е означено с Х 1 за основния вал и с Х за оста на горното колело и се изчислява по схемата на фиг. 4: при L I ε = arctg 9 4.B Напрежението в задния ръб на невалцуван на конус трион при накланяне на лентоводните колела на ъгъл ε е: l [ l 1 ] ε=0 30 [ ] ' Χ [ Χ 1 ] σ M = l.e l + D 0 = 77,5 МРа Фиг. 4 4
Таблица 3 1 B ε пл.с. σ р σ с ε ел.с. σ р σ с R H L σ с ε mm mm mm 0 / 00.10 _3 Mpa Mpa 0 / 00.10 _3 Mpa Mpa m mm mm mm (min) 1 0,048 0,06 65 1,76 9,4-77, 1,43 300,3 69,3 09,9 1,34,444 77,5 9 0,048 0,08 75 1,31 68,78-06,3 0,976 04,94 90,78 4,5 1,16,443 77,5 8 3 0,048 0,106 85 0,96 48,6-145,84 0,59 14,3 70,16 75,7 1,0,436 77,3 4 4 0,048 0,13 95 0,714 37,49-11,45 0,69 79,71 70,3 305,7 0,9,455 77,1 5 0,048 0,187 103 0,658 66,99-103,7 0,485 71,9 66,99 305,7 0,9,455 77,1 0 6 0,048 0,177 110 0,586 30,76-9,8 0,39 5,73 70,31 356,0 0,79,441 77,4 19 L 1 = 90 mm, L = 300 mm Х 1 = L 1.tgε 1 = 90.tg30 =,53 mm Х = L.tgε = 300. tg30 =,61 mm Определените стойности на Х 1 и Х ще послужат като основа за създаването на кинематичната схема на двата механизма за накланяне на лентоводните колела. Заключение Системата за накланяне на долното лентоводно колело, която е изцяло нова спрямо съществуващата конструкция, както и промените в системата за накланяне на горното лентоводно колело ще доведат до известно повишаване на цената на машината. Това се компенсира от очакваните предимства на модернизираната конструкция пред базовата. От една страна, получената по-добра стабилност на лентовия трион, особено в долния край на правата част, води до по-качествено рязане и до възможност за по-натоварени режими на работа на триона, следователно и до увеличена производител-ност на машината. От друга страна, чрез подобреното разпределение на напреженията в лентата се постига голяма икономия на инструменти, което при тяхната висока цена е съществено предимство. Освен това отпада необходимостта от изравняване на лентите, което води до намаляване на времето за подготовка на инструментите и до икономия на квалифициран труд, а следователно и на средства. Посочените предимства са основателна причина да се твърди, че модернизацията ще доведе до значително подобряване на качествата на блок-банцига ББ 110. Литература 1. Попов Г., Н. Максимов. Модернизация на блокбанциг с цел подобряване устойчивостта на лентовия трион. Втора научна конференция Смолян 000, Сборник с доклади.. Wüster F. Die Berechnung und Reckvorspannungen in Gattern und Bandsägeblättern - Holz als Koh, 4, 1966. 3. Обрешков П. Ръководство за дърворежещи инструменти. С., Земиздат, 1986. 4. Обрешков П. Дърворежещи машини 1.С., Издателска къща БМ, 1995. 5