На тему: Определение мощности приводов механизмов резания

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ
ГОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С. М. КИРОВА»
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ДЕРВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: Оборудование отрасли
На тему: Определение мощности приводов механизмов резания и подачи
деревообрабатывающего станка ЦА-2А диленно-реечный с ролико-дисковой подачей
Пояснительная записка
КП.260200.5530.ПЗ
Разработал: Ануфриева Алла Григорьевна,
студентка заочного факультета,
5 курс, 5350 гр.;
бюджетная форма обучения,
специальность ТДО,
№ зач. книжки 060715
Руководитель проекта: Ганапольский С. Г., к.т.н., доц.
Сыктывкар 2010
2
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
СЫКТЫВКАРСКИЙ ЛЕСНОЙ ИНСТИТУТ – ФИЛИАЛ
ГОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ имени С. М. КИРОВА»
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ДЕРВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине
«ОБОРУДОВАНИЕ ОТРАСЛИ»
ТЕМА: Определение мощности приводов механизмов резания и подачи
деревообрабатывающего станка ЦА-2А диленно-реечный с ролико-дисковой подачей
СТУДЕНТ: Ануфриева А. Г.
Название
Доска
Заготовка
необр.
Деталь
Доска
или её
обрезная
элементы
Порода
сосна
ГРУППЫ: 5530
ИСХОДНЫ ДАННЫЕ
Влажн. Длина Ширина Толщина Диаметр Шерох.
65 %
5
сосна
210
40
-
180
40
-
500
мкм
________________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
Эскиз детали:
2
СТРУКТУРА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
1. Введение (цель и задачи курсового проекта)
2. Общая часть
2.1 Назначение и полная классификация станка.
2.2 Место станка в технологическом потоке.
2.3 Описание конструкции станка и принципа работы с указанием взаимодействия
механизмов функциональных узлов.
2.4 Техническая характеристика станка с предельными параметрами обработки.
2.5 Режущий инструмент (вид, тип, номер ГОСТа, линейные и угловые размеры).
2.6 Обеспеченность требованиям стандартов безопасности (ограждения, блокировки).
3. Расчетная часть.
3.1 Расчет скорости резания и скорости подачи по кинематической схеме станка
3.2 Расчет потерь мощности в передаточных механизмах приводов резания и подачи,
построение ручьевых диаграмм.
3.3 Решение обратной задачи по резанию древесины, назначение скорости подачи
заготовки.
3.4 Построение расчетной схемы станка - функциональной схемы, совмещенной с
планом сил.
3.5 Определение значений составляющих силы резания и суммы их проекций на оси X и
У.
3.6 Составление уравнения тягового баланса, определение значения тягового усилия.
3.7 Определение значений потребляемой мощности на резание и подачу, вывод о
возможности выполнения задания.
3.8 Заключение, общие выводы.
ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В состав графической части проекта входят чертежи: общего вида станка, его кинематическая и
функциональная схемы.
Лист 1: общий вид станка ЦА-2А диленно-реечный с ролико-дисковой подачей
Лист 2: кинематическая схема станка
Лист 3: функциональная схема станка
Календарный график выполнения проекта
Разделы
Удельный вес, %
Сроки выполнения
Общая часть
20
Расчетная часть
30
Графическая часть
40
Оформление
10
Задание выдано __________________________ Срок выполнения _____________________
Студент ________________________________________________ (подпись)
Руководитель ___________________________________________ (подпись)
2
РЕФЕРАТ
Ануфриева А. Г. Станок диленно-реечный ЦА-2А с ролико-дисковой подачей
КП.260200.5530.ПЗ : Курс. Проект/ СЛИ, кафедра ТДП, руководитель Ганапольский С.Г.
- Сыктывкар, 2006г. -Гр.ч. 1 л. ф.А1, 2л. ф.АЗ; ПЗ 24 стр., 6 рис, 5 табл., 3 источника.
ДЕРЕВООБРАБОТКА, СТАНОК, РАСЧЕТ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
Цель работы - изучить конструкцию станка, произвести технологические,
кинематические, конструктивные расчеты, определить производительность станка.
Приведена общая характеристика станка и его полная классификация, описание
инструмента.
Произведены
следующие
расчеты:
кинематической
схемы,
нологические силовых показателей, скорости подачи с учетом ограничений.
Сделаны общие выводы по назначению и использованию станка.
2
тех-
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………...…………………..................
3
1. Анализ конструкции станка .…………………….……...……………………………….
4
1.1. Назначение и полная классификация станка..………………………………...…..
4
1.2. Место станка в технологическом потоке…………………………………………..
4
1.3. Описание конструкции станка с указанием взаимодействия механизмов
функциональных узлов …………………………………………………………….…….....
5
1.4. Техническая характеристика станка с предельными параметрами обработки
8
1.5. Режущий инструмент…………………………………………………….…………
8
1.6. Обеспеченность требованиям стандарта безопасности
9
2. Кинематические расчеты……………………………………………...…..……….……
10
2.1. Расчет скорости подачи………………………………………………...…..….……
11
2.2. Расчет скорости резания …………………………………...……………….………
12
3. Расчет потерь мощности в элементах кинематической цепи………………………….
14
4. Решение обратной задачи по резанию…………………………………………………..
16
4.1. Расчет скорости подачи по мощности резания……………………………………
16
4.2. Расчет скорости подачи по заданному уровню шероховатости обрабатываемой
поверхности………………………………………………………………………………….
17
4.3. Расчет скорости подачи по работоспособности инструмента……………………
19
5. Расчет сил и мощности резания………………………………………………………….
20
6. Составление уравнения тягового баланса по расчетной схеме………………………
21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………..……….....
23
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………………...……....
24
2
ВВЕДЕНИЕ
Целью данного курсового проекта является углубленное изучение станка ЦА-2А.
Круглопильный станок ЦА-2А получил широкое распространение на предприятиях
страны. Эти станки серийно выпускает ОАО «Тюменский станкостроительный завод».
Станок ЦА-2А до сих пор используется на предприятиях страны, так как хорошо
зарекомендовал себя простым и надежным в эксплуатации, но его недостаточная
механизация ограничивает применение в процессах точного раскроя.
2
1. Анализ конструкции станка
1.1. Назначение станка и полная классификация станка
Станок диленно-реечный с ролико-дисковой подачей ЦА-2А предназначен для
продольной распиловки досок и брусков толщиной от 10 до 80 мм.
Станок применяется на деревообрабатывающих предприятиях, лесопильных
заводах, на строительных площадках и на других производствах, связанных с
деревообработкой.
На пильный вал данного станка можно установить одну или две круглых пилы.
По назначению станок ЦА-2А является круглопильным специализированным
одноцелевым станком для обработки необрезных досок. Специализация станка снижает
универсальность, но упрощает конструкцию, повышает степень концентрации обработки
и уровень технологии.
По характеру движения рабочих органов и заготовок станок относится к станкам
проходного типа. То есть деталь не останавливается для обработки, а обрабатывается в
процессе непрерывного движения.
По степени механизации станок относится к полумеханизированным станкам, так
как человек выполняет часть операций энергетического потока. Механизировано только
главное движение.
По технологическому признаку - это круглопильный станок для продольной
распиловки досок и брусков толщиной 10-80 мм.
По конструктивным признакам: по числу одновременно обрабатываемых деталей однопоточный; по числу главных рабочих органов - одношпиндельный; по принципу
взаимного расположения функциональных узлов – горизонтальная компоновка станка.
По способу управления станок относится к станкам с программным управлением в
наладочном режиме, позволяющим осуществлять предварительную настройку машины во
время обработки предыдущей детали или кратковременной остановки.
1.2. Место станка в технологическом потоке
Исходя из своего предназначения, станок обычно устанавливается в лесопильном
цехе в потоке с любым бревнопильным оборудованием, раскраивающим бревно на
необрезные доски. Данные станки обладают довольно высокой производительностью,
поэтому они хорошо справляются с поступающим на них сырьем от лесопильных рам и
бревнопильных
круглопильных
и
ленточных
устанавливается на втором этаже лесопильного цеха.
2
станков.
Станок,
как
правило,
Перед
круглопильным
станком
устанавливается
стол,
на
котором
доски
ориентируются относительно пилы станка.
Диленно-реечный станок обслуживает один рабочий.
1.3. Описание конструкции станка с указанием взаимодействия механизмов
функциональных узлов
Общий вид станка представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 − Общий вид станка ЦА-2А
Станок ЦА-2А состоит из следующих составных частей: направляющая линейка 1,
механизм прижима 2, валец передний подающий 3, станины 4, ограждение верхнего
подающего механизма с когтевыми завесами 5, вал пильный 6, отсос 7, механизм верхний
подающий 8, валец задний подающий 9, ограждение 10, привод пильного вала 11,
редуктор механизма подачи 12, электрооборудование 13.
В конструкции станка предусмотрена возможность установки второй пилы на
расстоянии 10-50 мм от коренной пилы (с градацией 5 мм).|
Подача материала осуществляется нижними приводными подающими вальцами и
верхним подающим механизмом, включающим зубчатый диск, расклинивающий диск и
валец.
Все подающие элементы этого механизма − приводные.
Станок имеет шесть скоростей подач. Изменение скоростей подач производится
переключением обмоток трехскоростного электродвигателя и перестановкой цепи с одной
пары звездочек на другую.
2
Для предохранения работающего от вылета материала и его частей станок имеет две
когтевые завесы: нижнюю, установленную в столе станка, и верхнюю, установленную в
ограждении верхнего подающего механизма.
Ограждения станка сблокированы с пусковым устройством. При открытой крышке
ограждения
верхнего
подающего
механизма
и
открытой
дверке
ограждения
клиноременной и цепной передач пуск станка невозможен.
Механизм подачи станка снабжен срезным штифтом. При внезапной остановке
пилы, значительных перегрузках штифт срезается, предохраняя станок от поломок, а
электродвигатели от длительных перегрузок.
Станина состоит из двух стоек, скрепленных между собой стяжкой, и стола
коробчатой формы. Внутри станины установлены электродвигатель привода пильного
вала, электродвигатель привода подачи с редуктором, пильный вал, передний и задний
подающие вальцы, отсос.
На верхней плоскости стола крепится верхний подающий механизм и его
ограждение с верхними когтевыми завесами. В окне стола размещена нижняя когтевая
завеса. В левой стойке станины находится ниша для электроаппаратуры. С передней и
задней стороны станина закрыта крышками.
Отсос охватывает нижнюю часть пилы и служит для отвода опилок. Для удобства
присоединения станка к эксгаустерной системе отсос имеет специальный переходный
фланец.
Пильный вал смонтирован на двух опорах в жестком корпусе, который крепится с
внутренней стороны стола. На одном конце вала насажен шкив, на другом крепится пила.
Конструкцией станка предусмотрена возможность установки второй пилы. Расстояние
между пилами устанавливается набором сменных проставных шайб и может выбираться в
пределах от 10 мм до 50 мм с градацией в 5 мм. Для предотвращения поворота пильного
вала при закреплении пил предусмотрена возможность удержания его ключом, для чего
на конце пильного вала имеются лыски.
Верхний подающий механизм состоит из двух кронштейнов, укрепленных шарнирно
на оси. На валу переднего кронштейна укреплен подающий диск, а на валу заднего
кронштейна - рифленый валец с расклинивающим диском. Прижим распиливаемого
материала к нижним вальцам осуществляется весом кронштейнов.
При установке на станке второй пилы в ее плоскости устанавливаются второй
подающий диск и второй расклинивающий диск. Расстояние между подающими дисками
устанавливается
набором
сменных
проставных
шайб,
а
расстояние
расклинивающими дисками - набором сменных проставных зубчатых венцов.
2
между
Верхний подающий механизм закрыт общим ограждением сварной конструкции.
Сверху ограждение имеет крышку. Сбоку ограждения находится качающийся щиток,
предохраняющий работающих от вылета мелких обрезков и сучков сбоку. Внутри
ограждения находится перед пилами когтевая завеса.
Концы когтей имеют форму трехзубого сектора, что обеспечивает надежное
заклинивание материала различной толщины в случае обратного выброса.
Передний подающий валец выполнен рифленым для лучшего сцепления с
распиливаемым материалом. Валец вращается в шарикоподшипниковых опорах, получая
вращение от заднего вальца через цепную передачу.
Задний подающий валец выполнен рифленым, приводным. Валец получает
вращение от редуктора механизма подачи через цепную передачу и срезной штифт. При
чрезмерных нагрузках штифт срезается, и механизм подачи станка останавливается. Для
возобновления функционирования механизма подачи необходимо установить новый
штифт.
Привод пильного вала включает электродвигатель и клиноременную передачу.
Натяжение ремней осуществляется опусканием по пазам плиты, на которой закреплен
электродвигатель.
Редуктор
механизма
подачи
служит
для
уменьшения
числа
оборотов
трехскоростного электродвигателя. На выходном валу редуктора находятся две звездочки,
от одной из которых вращение передается через систему цепных передач к механизму
подачи станка.
Изменение скорости подачи можно также осуществить перестановкой цепи с одной
из звездочек редуктора и заднего подающего вальца на другую, рядом расположенную
звездочку.
Ременная передача станка и цепные передачи закрыты общим ограждением сварной
конструкции. Для удобства обслуживания передач в ограждении имеются две дверки.
Направляющая линейка служит для размерной настройки станка на ширину
выпиливаемых деталей и направления распиливаемого обрезного материала. Линейка
устанавливается по шкале и закрепляется в нужном положении рукояткой.
Прижимной механизм служит для создания постоянного прижима обрезного
материала к направляющей линейке. Он устанавливается в зависимости от ширины
распиливаемого материала и фиксируется рукояткой.
2
1.4. Техническая характеристика станка ЦА-2А
Техническую характеристику станка ЦА-2А представим в виде таблицы 1:
Таблица 1 − Техническая характеристика станка ЦА-2
Ширина обрабатываемого материала, мм
Толщина обрабатываемого материала, мм наибольшая наименьшая
Наибольшая скорость резания, м/сек
Скорость подачи материала, м/мин
Наименьшая длина обрабатываемого материала, мм
Наибольший диаметр пилы, мм
Расстояние между пилами, мм
Габаритные размеры станка, мм
длина
ширина
высота
Масса станка (с электрооборудованием), кг
Количество электродвигателей на станке
Тип электродвигателя привода пильного вала
Мощность электродвигателя привода пильного вала, кВт
Частота вращения электродвигателя привода пильного вала,
об/мин
Тип электродвигателя привода подачи
Мощность электродвигателя привода подачи, кВт
Частота вращения электродвигателя привода подачи, об/мин
10-300
10-80
61
34; 42; 44; 55; 65;
82
600
400
10-50
1365
1040
1165
1080
2
АО2-51;
С2; М301
10
2920
ФТ-2-42/8-6-4 С2;
М301
0,8; 1,0; 1,4
700; 900; 1350
1.5. Режущий инструмент
На станке ЦА-2А применяются дисковые пилы для продольной распиловки типа А с
разведенными зубьями диаметром до 400 мм и толщиной до 2,5 мм. Диаметр внутреннего
отверстия 50 мм.
Рекомендуется ставить пилы, имеющие следующие угловые параметры: γ=35, β=40,
α= 15, δ=55.
Размеры дисковых пил и число зубьев определяется по ГОСТ 980-69. Профиль
зубьев пилы представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 — Профиль зубьев пилы
2
Пилы крепятся на пильный вал при помощи прижимных план-шайб. В пиле имеется
специальное отверстие, в которое вставляется штифт, препятствующий повороту диска
пилы при пилении.
1.6. Обеспеченность требованиям стандарта безопасности
1.
К обслуживанию станка допускаются только рабочие, хорошо знающие
устройство станка и назначение органов управления.
2.
Перед началом работы необходимо убедиться в исправности механизмов,
ограждений, заземления.
3.
Упоры (когти) когтевых завес должны быть остро заточенными и свободно
возвращаться в исходное положение под действием собственного веса. Суммарный зазор
между когтями не должен превышать 1 мм.
4.
Одежда работающего должна быть плотно застегнута.
5.
Необходимо периодически проверять правильность работы блокировочных
устройств.
6.
При
работе
на
станке
рекомендуется
пользоваться
противошумными
наушниками.
При работе на станке запрещается:
1.
Пускать в работу неисправный станок или использовать его для работ,
несоответствующих его прямому назначению.
2.
Запускать материал в распиловку, пока пила не набрала полные обороты.
3.
Регулировать, чистить, смазывать станок до полной остановки его механизмов.
4.
Распиливать материал неисправной, плохо заточенной и разведенной пилой.
5.
Работать при плохом освещении, затрудняющем контроль за работой станка.
6.
Оставлять работающий станок без надзора.
7.
Поднимать переднюю когтевую завесу при распиловке материала.
2
2. Кинематические расчеты
Станина состоит из литых элементов коробчатой формы, скрепленных между
собой. Внутри станины встроены: пильный вал VIII, нижние подающие вальцы 22
(задний) и 27 (передний), электродвигатель механизма резания 24, трехскоростной
электродвигатель 1 с редуктором привода механизма подачи, а также приемник опилок,
присоединенный к эксгаустерной системе.
На верхней части станины шарнирно закреплены рамки, на одной из которых (над
вальцом 22) установлен зубчатый диск 18, на другой рамке (над вальцом 27) − рифленый
верхний подающий валец 23 с расклинивающим диском. Подающие вальцы и зубчатый
диск кинематически связаны с электродвигателем подачи.
Для прижима к установленной на столе направляющей линейке предусмотрен
ролик, который снимают при распиловке материала разной толщины (горбылей, реек).
Системой управления, аппаратура которой размещена в нишах станины,
предусмотрена блокировка: электродвигатель подачи можно включать только при
включенном электродвигателе пильного вала. В электроцепь электродвигателя 24
введено реле времени, определяющее время торможения пильного вала при его
отключении. Для изменения скорости подачи предусмотрен барабанный включатель, при
помощи которого увеличивают или уменьшают число оборотов трехскоростного
электродвигателя 1.
В процессе работы доски, бруски или рейки подают вручную под зубчатый диск,
который вместе с нижним подающим вальцом подает их на пилу. При выходе из пилы
распиливаемый материал прижимается вальцами 27 и 23, а выходя из вальцов −
принимается рабочим.
Привод пильного вала включает в себя электродвигатель 24 и клиноременную
передачу 25-26. Натяжение ремней осуществляется опусканием электродвигателя по
продольным пазам.
Механизм подачи состоит из нижнего переднего вальца 22, установленного пред
пилами и нижнего заднего вальца 27. Вальцы размещены под столом и незначительно
выступают над его рабочей частью (поверхностью). Передний валец вращается в
шарикоподшипниковых опорах, получая вращение от заднего вальца через цепную
передачу 20-19, задний вращается от электродвигателя 1 через редуктор и цепную
передачу 6-8 (7-9) со срезным штифтом. При чрезмерных нагрузках штифт срезается, и
механизм подачи станка останавливается. Для возобновления функционирования
механизма
подачи
необходимо
установить
2
новых
штифт.
Сверху
на
станке
смонтированы два качающиеся рычага на концах, которых установлены передний
зубчатый диск 18 и задний рифленый валец 23 с направляющим диском увеличенного
диаметра. Направляющий диск входит в образовавшийся пропил и обеспечивает
сохранение направленного движения заготовки, предварительно прижатой специальным
прижимным устройством к боковой направляющей линейке. Кроме того, этот диск
предотвращает зацепление холостой части пилы в пропиле.
Привод верхних подающих элементов осуществляется от заднего нижнего вальца
через зубчатую передачу 10-11 и цепные передачи 12-13,14-15,16-17.
На схеме видно, что пильный вал IX вращается от электродвигателя 24. Вальцы и
подающие диски механизма подачи приводятся во вращение от трехскоростного
электродвигателя 1 с частотой вращения 700, 900 и 1350 об/мин.
Скорость подачи материала 34, 44, 65 м/мин. При перестановке цепи с одной пары
звездочек (6-8) на другую (7-9) можно получить еще три скорости подачи 42, 55 и 82
м/мин.
2.1. Расчет скорости подачи
Движение от электродвигателя (Лист 1, поз.1) передается на подающий валец (Лист,
поз.22). Кинематическая цепь включает две зубчатые передачи и две цепные передачи.
Общее передаточное отношение i2,19:
i2,19 
где:
nI
,
nVII
(2)
nI – частота вращения вала I, равная частоте вращения вала двигателя;
nVII – частота вращения вала VII, на котором смонтирован подающий валец.
Так же общее передаточное отношение i2,9 может быть найдено из выражения:
i2,19  i2, 3  i4, 5  i6, 8  i20, 19 .
(3)
Выразив передаточные отношения кинематических пар через размеры их элементов,
получаем:
i2,19 
z3 z5 z8 z19
  
,
z 2 z 4 z6 z 20
Подставляя заданные значения в выражение (4), получаем:
iобщ 
50 50 19 12
    7,42 .
20 20 16 12
Из выражения (2):
2
(4)
nVII 
700
 94 мин 1 .
7,42
На валу VII закреплен подающий валец, окружная скорость которого будет
соответствовать скорости подачи U, м/мин:
U
  d в  nVII
1000
,
(5)
где dв – диаметр подающих вальцов, мм;
nVII – частота вращения подающих вальцов (вала VII).
U
3,14  150  94
 44,27 м
.
мин
1000
2.2. Расчет скорости резания
Движение от электродвигателя (Лист 1, поз.24) передается на пильный диск (Лист,
поз.21). Кинематическая цепь включает клиноременную передачу. Передаточное
отношение i25,26:
i25, 26 
где:
nVIII d 26

, (1)
nIX
d 25
nVIII – частота вращения вала VIII, равная частоте вращения вала двигателя;
nIX – частота вращения пильного вала IX.
Из выражения (1), получаем частоту вращения пильного вала IX:
nIX 
nVIII  d 25 2920  150

 2920 мин 1 .
d 26
150
На валу IX закреплена пила, окружная скорость которой будет соответствовать
скорости резания V, м/с:
V
 Dn
1000  60
,
где D – диаметр пилы, мм;
n – частота вращения пильного вала, об/мин
V
3,14  400  2920
 61 м .
с
1000  60
Для кинематической схемы табличные и полученные значения вносим в таблицу 2.
2
Таблица 2 – Расчет кинематической цепи
Поз.
1
I
2
3
II
4
5
III
6
7
8
9
IV
10
11
V
12
13
14
15
VI
16
17
VII
18
19
20
VIII
21
22
23
24
IX
25
26
X
Наименование
элемента
Электродвигатель
подачи
Вал
электродвигателя
подачи
Колесо зубчатое, z2
Колесо зубчатое, z3
Вал
Колесо зубчатое, z4
Колесо зубчатое, z5
Вал
Звездочка, z6
Звездочка, z7
Звездочка, z8
Звездочка, z9
Вал
Колесо зубчатое, z10
Колесо зубчатое, z11
Вал
Звездочка, z12
Звездочка, z13
Звездочка, z14
Звездочка, z15
Вал
Звездочка, z16
Звездочка, z17
Вал
Зубчатый диск
Звездочка, z19
Звездочка, z20
Вал
Пильный диск
Передний нижний
подающий валец
Рифленый верхний
подающий валец
Электродвигатель
привода резания
Вал
Шкив
Шкив
Вал
Характеристика
элемента
Число
Диаметр,
Шаг,
зубьев,
мм
мм
шт.
Передаточное Частота
отношение, вращения,
i
n, мин-1
Скорость
подачи,
U, м/мин
Скорость
резания,
V, м/с
-
-
-
-
700
-
-
-
-
-
-
700
-
-
160
315
20
50
20
50
16
14
19
21
16
16
14
18
18
15
18
15
12
12
-
-
2,5
2,5
2,5
2,5
1,2
1,5
1,2
1,5
1
1
1,3
1,3
0,8
0,8
0,8
0,8
1
1
-
700
280
280
280
112
112
112
112
94
75
94
94
94
94
94
72
72
90
90
72
90
90
90
94
94
94
2920
-
-
61
150
-
-
-
94
44,27
-
165
-
-
-
90
-
-
-
-
-
-
2920
-
-
150
150
-
-
-
1
1
-
2920
2920
2920
2920
-
-
2
-
27
Валец
150
-
-
2
-
94
44,27
-
3. Расчет потерь мощности в элементах кинематической цепи.
Для построения ручьевой диаграммы потерь необходимо рассчитать потери
мощности в каждой передаче кинематической цепи. Расчет начинается от двигателя и
заканчивается исполнительным органом (для механизма резания и механизма подачи).
Потери в каждом элементе определяют через его КПД. Мощность N, отводимая после
каждого элемента, и потери в нем N определяются:
где:
N i  N i1 i ,
(7)
N 'i  N i 1  N i ,
(8)
i – порядковый номер элемента;
 – КПД элемента кинематической цепи (табличное значение)
Расчет потерь мощности в механизме привода подачи оформим в виде таблицы 3.
Таблица 3 – Расчет потерь мощности
Наименование элемента
1. Зубчатая передача
2. Подшипники качения
3. Цепная передача
Мощность, отводимая
после элемента, кВт
Ni=Ni-1i
3
0,98 =0,94 N1=0,8 0,94=0,75
0,995=0,95 N2=0,752 0,95=0,71
0,965=0,81 N3=0,714 0,81=0,58
КПД
элемента
Потери мощности в
элементе, кВт
N’i=Ni-1-Ni
N’1=0,8-0,75=0,05
N’2=0,75-0,71=0,04
N’3=0,71-0,58=0,13
Рисунок 3 – Ручьевая диаграмма потерь мощности в механизме привода подачи.
Общий КПД механизма подачи определяется по формуле (9):
𝜂общ.п. = 𝜂п.к. · 𝜂з.п. · 𝜂ц.п. ;
𝜂общ.п. = 0,995 ∙ 0,983 ∙ 0,965 = 0,72.
Мощность, необходимая на подачу определяется по формуле (10):
2
𝑁под = 𝑁э.д. ∙ 𝜂общ.п. ,
𝑁под = 0,8 ∙ 0,72 = 0,58 кВт.
Расчет потерь мощности в механизме привода резания оформим в виде таблицы 4.
Таблица 4 – Расчет потерь мощности
Наименование элемента
1. Клиноременная передача
2. Подшипники качения
Мощность, отводимая
после элемента, кВт
Ni=Ni-1i
0,96
N1=10·0,96=9,6
0,992=0,98 N2=9,6·0,98=9,4
КПД
элемента
Потери мощности в
элементе, кВт
N’i=Ni-1-Ni
N’1=10-9,6=0,4
N’2=9,6-9,4=0,2
Рисунок 4 – Ручьевая диаграмма потерь мощности в механизме привода резания
Общий КПД механизма резания определяется по формуле (11):
𝜂общ.р. = 𝜂р · 𝜂п.к. ;
𝜂общ.р. = 0,96 ∙ 0,992 = 0,94.
Мощность, необходимая на резание определяется по формуле (12):
𝑁рез = 𝑁э.д. ∙ 𝜂общ.р. ,
𝑁рез = 10 ∙ 0,94 = 9,4 кВт.
2
4. Решение обратной задачи по резанию
Методика выбора скорости подачи состоит в следующем. С привлечением
справочных материалов рассчитывают наибольшую скорость подачи исходя из условий:
−
полного использования мощности привода механизма резания U;
−
обеспечения заданного уровня шероховатости обработанной поверхности по ГОСТ
7016-82 − U.
−
работоспособности инструмента (для пил – из условия нормального заполнения
емкости впадины между зубьями) − Uδ.
К назначению должна рекомендоваться минимальная из полученного ряда
расчетных значений скорости подачи. Выбранная скорость подачи U должна находиться в
пределах кинематических возможностей станка, то есть Umax < U < Umin, где Umax … Umin –
диапазон скоростей подачи станка (по кинематическому расчету). Если скорость подачи
ограничивается
кинематикой
станка,
делается
заключение
о
целесообразности
модернизации механизма подачи.
4.1. Расчет скорости подачи по мощности резания
Мощность резания Nрез, кВт, определяется по «объемной» формуле (13):
𝑁рез =
𝑘∙𝐵∙𝐻∙𝑢
,
1000 ∙ 60
где k – удельная работа резания, Дж/см3;
В – ширина пропила, мм;
Н – высота пропила, мм,
U – скорость подачи, м/мин.
Удельная работа резания определяется по формуле (14):
𝑘 = 𝑘т ∙ 𝑎0 ,
где kт – табличное значение удельной работы резания, Дж/см3;
a0 – поправочный коэффициент.
Поправочный коэффициент определяем по формуле (15):
𝑎0 = 𝑎п ∙ 𝑎𝑤 ∙ 𝑎𝛿 ∙ 𝑎𝜌 ∙ 𝑎𝐻 ∙ 𝑎𝑣 ,
где поправочные коэффициенты оформим в виде таблицы 5:
Таблица 5 – Поправочные коэффициенты
Обозначение
ап
аw
аδ
Поправочный коэффициент на породу
Поправочный коэффициент на влажность
Поправочный коэффициент на угол резания
2
сосна
W=65 %
δ=55
Значение
1,00
1,1
0,86
Поправочный коэффициент на затупление
Поправочный коэффициент на высоту пропила
Поправочный коэффициент на скорость резания
аρ
аН
av
Т=360 мин.
Н = 40 мм
V=61 м/с
2,8
0,9
1,02
𝑎о = 1,00 ∙ 1,1 ∙ 0,86 ∙ 2,8 ∙ 0,9 ∙ 1,02 = 2,4
Ширина пропила определяется по формуле (16):
𝐵 = 𝑏 + 2𝑏 , ,
где b – толщина пилы, мм;
b′ - развод зубьев пилы на сторону, мм.
𝐵 = 2,5 + 2 ∙ 0,5 .
Скорость подачи определяется по формуле (17):
𝑈=
𝑈𝑧 ∙ 𝑧 ∙ 𝑛
,
1000
где Uz – подача на зуб, мм;
z – число зубьев пилы;
n – число оборотов пилы, об/мин.
Подставляем (14), (15),(16), (17) в формулу (13) и выражаем Кт·Uz:
𝐾т ∙ 𝑈𝑧 =
𝐾т ∙ 𝑈𝑧 =
𝑁рез ∙ 60 ∙ 1000 ∙ 1000
,
𝑎о ∙ 𝐵 ∙ 𝐻 ∙ 𝑧 ∙ 𝑛
9,4 ∙ 60 ∙ 1000 ∙ 1000
= 12,0 ,
2,4 ∙ 3,5 ∙ 40 ∙ 48 ∙ 2920
По таблице определяется [2, с. 22] Uz = 0,2, Кт = 60 Дж/см3.
Тогда скорость подачи найдется по формуле:
𝑈=
0,2 ∙ 48 ∙ 2920
м
= 28,03
..
1000
мин
4.2. Расчет скорости подачи по заданному уровню шероховатости
обрабатываемой поверхности
2
Рисунок 5 – Пиление со встречной подачей
Для определения скорости подачи при пилении воспользуемся зависимостью
шероховатости поверхности пропила от подачи на зуб Uz при различных углах φвых и
способах подготовки инструмента. По найденному в соответствии с заданной
шероховатостью Rz max значению Uz определяем скорость подачи по формуле:
𝑈∇ =
𝑈𝑧 ∙ 𝑧 ∙ 𝑛
.
1000
Определяем угол выхода пилы из заготовки по формуле (18):
𝜑вых = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 (
ℎ−𝐻
),
𝑅
где R – радиус пилы, мм;
Н – толщина заготовки, мм;
h – расстояние от центра пилы до поверхности заготовки.
ℎ3 = (0,45 … 0,50) ∙ 𝑡,
(19)
где h3 – высота зуба, мм;
t – шаг зубьев пилы, мм:
𝑡=
𝜋∙𝐷
𝑧
,
……….
(20)
где D – диаметр пилы, мм;
z – число зубьев пилы.
3,14 ∙ 400
= 26, 2 мм ,
48
ℎ3 = (0,45 … 0,50) ∙ 26,2 = (11,8 … 13,1)мм.
𝑡=
Принимаем h3 = 12 мм.
𝜑вых = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 (
135 − 40
) = 61,64° .
200
Угол входа определяется по формуле (21):
ℎ
𝜑вх = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 ( ) ,
𝑅
135
𝜑вх = 𝑎𝑟𝑐𝑐𝑜𝑠 (
) = 47,32° .
200
Средний угол определяется по формуле (22):
(𝜑вых + 𝜑вх )
,
2
(61,64 + 47,32)
𝜑ср =
= 54,64° .
2
𝜑ср =
Зубья пилы разведенные, по таблице определяем Uz = 0,75, так как φвых = 61,64 и Rz
max
=500 мкм.
2
Отсюда определяем скорость подачи по формуле (17):
𝑈∇ =
0,75 ∙ 48 ∙ 2920
= 106 м/мин .
1000
4.3. Расчет скорости подачи по работоспособности инструмента
Напряженность
работы
впадины
между
зубьями
пилы
характеризуется
коэффициентом напряженности:
𝜎=
𝜃 ∙ 𝑡2
,
𝑈𝑧 ∙ 𝐻
где θ = 0,35…0,55 – коэффициент формы зуба;
σ = 0,5…2,0 – коэффициент напряженности;
t – шаг зубьев пилы, мм:
Н – высота пропила, мм.
Из формулы (23) выражаем и находим Uz:
𝑈𝑧 =
𝑈𝑧 =
𝜃 ∙ 𝑡2
,
𝜎∙𝐻
0,5 ∙ 26,22
= 7,62 мм.
1,5 ∙ 40
Искомая допустима скорость подачи определяется по формуле (17):
𝑈𝑧 ∙ 𝑧 ∙ 𝑛
,
1000
7,62 ∙ 48 ∙ 2920
𝑈=
= 1068,02 м/мин.
1000
𝑈=
Из полученного ряда скоростей подач выбирается наименьшая U = 28 м/мин. В
данном случае ограничение скорости подачи происходит по мощности резания.
2
5. Расчет сил и мощности резания
Функциональная схема станка совместно с планом сил изображенная на рисунке 6.
Рисунок 6 – Функциональная схема станка ЦА-2А
1 – круглая пила, 2 – нижние приводные вальцы; 3 – стол; 4 – верхний подающий валец с
расклинивающимся диском; 5 – зубчатый диск; 6 – когтевая завеса.
Окружная касательная сила резания определяется по формуле по формуле:
𝑃=
𝑘∙𝐵∙𝐻∙𝑈
,
60 ∙ 𝑉
Нормальная окружная сила резания определяется по формуле:
𝑄 =𝑚∙𝑃,
где m – переходный множитель от касательной силы резания к нормальной. По таблице 2
m = 0,25.
U = 28 м/мин; Uz=0,2 мм; Кт=60 Дж/см3.
Удельная работа резания k определяется по формуле (14):
𝑘 = 2,4 ∙ 60 = 144 Дж⁄см3 ,
𝑃=
144 ∙ 3,5 ∙ 40 ∙ 28
= 156,8 Н.
60 ∙ 61
𝑄 = 0,25 ∙ 156,8 = 39,2 Н.
Составляющая силы резания, направленная вдоль подачи, определяется по формуле
(26):
𝑆1 = 𝑃 ∙ cos 𝜑ср + 𝑄 ∙ sin 𝜑ср ,
𝑆1 = 156,8 ∙ cos 54,64 + 39,2 ∙ sin 54,64 = 122,7 Н.
2
Составляющая силы резания, направленная нормально к подаче, определяется по
формуле (27):
𝑆2 = 𝑃 ∙ sin 𝜑ср − 𝑃 ∙ cos 𝜑ср ,
𝑆2 = 156,8 ∙ sin 54,64 − 39,2 ∙ cos 54,64 = 105,3 Н.
Расчет потребляемой мощности на резание находится по формуле (22):
𝑃∙𝑉
,
1000
156,8 ∙ 61
=
= 9,56 кВт.
1000
𝑁рез =
𝑁рез
Расчет потребляемой мощности на резание электродвигателем находится по
формуле (23):
𝑁э.д. = 𝑁рез ∙ 𝜂общ.рез ,
𝑁э.д. = 9,56 ∙ 0,94 = 10,17 кВт .
6. Составление уравнения тягового баланса по расчетной схеме
Уравнение тягового баланса имеет следующий вид
𝑇 = 𝛼 ∙ 𝑃с ,
где Т – тяговое усилие, необходимое для осуществления подачи заготовки при обработке;
Рс – суммарная сила сопротивления;
α = 1,3…1,5 – коэффициент запаса.
𝑃с = 𝑆1 + 𝑓 ∙ (𝑄3 − 𝑆2 ),
где Q3 – вес заготовки, Н;
f – коэффициент трения скольжения древесины о поверхность стола [2. с. 20].
𝑇 = 4∙𝜇∙𝑞,
где μ – коэффициент сцепления рифленого вальца с заготовкой.
Приравниваем уравнения через коэффициент α:
4 ∙ 𝜇 ∙ 𝑞 = 1,5 ∙ [𝑆1 + 𝑓 ∙ (𝑄3 + 𝑆2 )].
Отсюда,
𝑞=
𝑞=
1,5 ∙ (𝑆1 + 𝑓 ∙ [𝑄3 + 𝑆2 ])
,
4∙𝜇
1,5 ∙ (122,7 + 0,6 ∙ [40 + 105,3])
= 163, 96 Н.
4 ∙ 0,48
Решая это уравнение, получаем q = 163,96 Н.
2
Отсюда,
𝑇 = 4 ∙ 0,48 ∙ 163,96 = 314, 8 Н.
Потребляемая мощность двигателя механизма подачи определяется по формуле (33):
𝑁дв.под. =
𝑁дв.под. =
𝑇∙𝑈
,
(60 ∙ 1000 ∙ 𝜂)
314,8 ∙ 28
= 0,2 кВт.
(60 ∙ 1000 ∙ 0.73)
2
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной курсовой работе был проведен анализ диленно-реечного станка с роликодисковой подачей ЦА-2А. Станок классифицирован по всем показателям: ЦА-2А специализированный, проходного типа,
полумеханизированный, с программным
управлением в наладочном режиме, круглопильный для продольной распиловки досок и
брусков, одноцелевой, одношпиндельный с прямолинейной подачей материала и
горизонтальной компоновкой.
В технологическом потоке станок ЦА-2А может использоваться для получения
обрезной доски из необрезной и для продольного раскроя пиломатериалов.
Станок соответствует всем требованиям стандартов безопасности. В его конструкции предусмотрены различные электрические блокировки, когтевая защита и
ограждения.
Распиливание материала происходит при скорости резания V = 61
М/С,
скорости
подачи U = 28,03 м/мин Скорость подачи рассчитана с учетом ограничений, рассчитаны
силы резания и мощность привода механизма резания, составлено уравнение тягового
баланса.
2
БИБЛИОГРАФИЧКСКИЙ СПИСОК
1. Амалицкий, В. В. Деревообрабатывающие станки и инструменты [Текст] : учебник
для среднего профессионального образования / В. В. Амалицкий, В. В. Амалицкий . – М. :
ИРПО : Издательский центр «Академия», 2002. – 400 с.
2. Ганапольский, С. Г., Копылов, В. В. Определение мощности механизмов подачи и
резания деревообрабатывающего станка [Электронный ресурс] : Методические указания к
практическим занятиям по курсу «Оборудование отрасли».– Киров: Изд-во ВятГУ, 2009. –
24с.
3. Положение о дипломном проектировании [Текст] : ч. 1. Единые требования к
текстовым документам : нормативн. изд-е / сост. В. А. Паршукова, А. А. Митюшов ; СЛИ.
Сыктывкар, 209. – 36 с.
2