Файл: Кондрашкин, Е. П. Расчет прочности и использование круглых пил, установленных наклонно к оси вращения.pdf

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОПАГАНДЫ

УДК 674.053 : 621.934

Е. П. КОНДРАШКИН, Б. А. КРАВЦОВ

РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

КРУГЛЫХ ПИЛ, УСТАНОВЛЕННЫХ

НАКЛОННО К ОСИ ВРАЩЕНИЯ

Се р и я — Передовой производственный и научно-технический опыт в деревообрабатывающей промышленности

Л е и и и г р а д

1974

t y - з Ш о

К о н д р а ш к и н Евгений Павлович,

К р а в ц о в Борис Александрович

Расчет прочности и использование круглых пил, установленных наклонно к оси вращения. ЛДНТП, 1974.

20 с. с илл. 3200 экз. 9 коп.

УДК 674.053:621.934

(С ) Ленинградская организация общ. «Знание» РСФСР.

ЛДНТП, 1974.

В Директивах XXIV съезда КПСС предусмотрено повышение экономической эффективности производства путем механизации трудоемких процессов. В этом направлении проделана данная ра­ бота. в которой раскрывается использование наклонных круглых пил как составной части инструментальных головок в деревообра­

зуются [3] для совмещения во времени опиловки материала и дроб­ ления образующихся при этом отходов, а также для облегчения их уборки.

Рис. 1. Схема дробильно-обрезной установки: / — основная пила; 2 —■наклонные пилы; 3 — зажимные косые шайбы; 4 — распиливаемый материал; 5 — двигатель

3

Расположенная на консоли пильного вала режущая головка состоит из трех пил одинакового диаметра. Две пилы — наклонные,

пильного вала в обычном, перпендикулярном к нему положении. Основная пила производит опиловку материала, а наклонные пи­ лы (рис. 1 и 2) одновременно с этим дробят отходы.

Безопасность обслуживающего персонала обеспечивается огра­ ждением-приемником, соединенным с эксгаустерной установкой.

Трехпильная режущая головка успешно прошла полупроизводственные испытания в Лесотехнической академии им. С. М. Киро­ ва и установлена на Усть-Ижорском фанерном заводе [3]. Она мо­ жет быть использована не только на фанерных предприятиях, но и на других деревообрабатывающих производствах, в частности, при изготовлении древесностружечных, древесноволокнистых, древпластмассовых плит и т. п. материалов. Применение данного инст­ румента исключает трудоемкий процесс уборки отходов от станка и дает значительный экономический эффект.

На одном валу с основной пилой могут быть установлены вме­ сто наклонных пил фрезерные диски. Однако трехпильная головка по сравнению с пильно-фрезерной имеет ряд преимуществ: состоит из обычных пил и не требует специального режущего инструмента; устанавливается непосредственно на хвостовике мотора резания: имеет небольшой вес; легко балансируется.

Все пилы головки можно и целесообразно употреблять без раз­ вода зубьев, что упрощает ремонтно-подготовительные работы и улучшает использование наклонных пил, так как резание произ­ водят не только главные, но и боковые режущие кромки зубьев, особенно максимально отклоненных от плоскости, перпендикуляр­ ной к оси вала.

Электродвигатель вместе с инструментальной головкой следует устанавливать под углом в несколько мицут к плоскости пропила с таким расчетом, чтобы задняя кромка основной пилы отходила от плоскости пропила на 0,3—0,5 мм. Например, при пилах диа­ метром £>п = 500 мм этот угол составляет 3—4'.

Исследования [3] показали, что мощность, потребляемая на­ клонной пилой на дробление материала, примерно вдвое меньше мощности, расходуемой основной пилой на резание.

Для эксплуатации трехпильных головок необходимо изготавли­ вать специальные шайбы для регулирования зазора между основ­ ной и наклонными пилами из-за их переточки.

Использование наклонных круглых пил ставит перед проекти­ ровщиками задачу расчета их на прочность. При этом надо отме­ тить, что, кроме вибрационных и температурных влияний на пиль­ ный диск при любой его установке, в цилиндрическом опасном се-

4

чении наклонно установленной пилы (под кромкой косой зажим­ ной шайбы) под воздействием центробежных сил инерции появ­ ляется значительная изгибная составляющая расчетного напряже­ ния. Эта составляющая пропорциональна углу А, (при малых А) и поэтому отсутствует при обычной установке пилы, но может ока­ зать наибольшее влияние на ее напряженное состояние при л>0.

Рассмотрим наиболее растянутый элемент материала пильного диска у его поверхности около кромки зажимной шайбы (на диа­

круглых пилах. Так как на свободной поверхности диска напряже­ ние отсутствует, то выбранный элемент находится в плоском на­ пряженном состоянии. Ориентируя элемент относительно симмет­ рично проходящего через него диаметра диска и учитывая закон парности касательных напряжений [1], приходим к выводу, что по четырем взаимно перпендикулярным площадкам рассматриваемого

сравнения на рис. 3 показан элемент материала у поверхности пи­ лы в произвольном положении II, в котором действуют и каса­ тельные составляющие тго =тог ■

Таким образом, используя полярные координаты, для опасной

вектор силы Рр, представляющей собой перпендикулярную к плос­ кости /'0 составляющую реакции обрабатываемого материала

(рис. 2).

Радиальную и окружную составляющие силы резания можно не учитывать из-за их незначительного влияния на прочность пи­ лы [2]. Вызванное ими суммарное напряжение в любом направле­ нии для пил толщиной не менее 2 мм находится в пределах до

20—25 кГ/см2.

Следует отметить, что в точках, расположенных не у поверхно­ сти, материал пильного диска испытывает касательные напряжения в перпендикулярном к пиле (т. е. к плоскости г0) направлении, которые распределяются по толщине диска по параболическому, закону. Однако максимум этих напряжений (в данных условиях, как показали расчеты на основании теории пластинок, он имеет величину в несколько десятков кГсм2), соответствующий вершине упомянутой параболы, приходится на точку (гш, 0) в срединной плоскости. Так как эта плоскость при изгибе пилы является ней­ тральным слоем, то влияние касательных напряжений на проч­ ность пилы незначительно.

* По малости угла л здесь принято, cos А » 1.

6

Согласно 4-й (энергетической) теории прочности (1], расчетное напряжение в опасной точке, с учетом плоского напряженного со­ стояния, составляет:

где аГр и <j0p — постоянные по толщине пильного диска растягиваю­

8

получаем вместо формул (4) и (5):

Наиболее простые формулы для составляющих о Ги и ови мож­ но вывести на основании работы [5], где рассматривается подходя­ щая для данного случая расчетная схема круглой пластинки со свободным внешним контуром под линейно изменяющейся нагруз­ кой (рис. 4). Эта схема предусматривает воздействие на круглый

Рис, 4. Схема круглой кольцевой пластинки со свобод­ ным внешним и защемленным внутренним контуром под линейно изменяющейся нагрузкой

диск распределенной нагрузки, изменяющейся линейно от — рц до рц (аналог перпендикулярной к плоскости г© составляющей, рав­ ной по абсолютной величине: <74sin ^ = ^ , (рис. 2) и противополож-

9

ное по направлению воздействие на него реактивного момента Мц со стороны абсолютно жесткой центральной части диска ради­ усом гш.

Для элемента диска, ограниченного двумя осевыми плоскостя­ ми, образующими между собой угол d 0, и двумя цилиндрическими поверхностями радиусов г и r+dr, имеются [5] следующие выраже­

ния для составляющих интенсивности изгибающего момента (кГсм/см) *:

На основании этих выражений выведем формулы для опреде­ ления составляющих сг,-н и а еи .

Исходя из формул (10) и (13), получаем:

10 !