Расчёт мощности резания при обработке брёвен на фрезерно-брусующем станке, типа ФБС-750

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Кафедра лесопильно-строгальных производств

Пятовская Юлия Петровна

Факультет механической технологии древесины

Курс III   группа  3

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

По дисциплине:    Фрезернопильное оборудование для комплексной переработки пиловочного сырья

На тему:  Расчёт мощности резания при обработке брёвен на фрезерно-брусующем станке, типа ФБС-750

Отметка о зачёте       _______________________________       ____________

                                                                                                                  ^(дата)

Руководитель       __________________        ____________      ____________

                                                                 ^{(должность)                                         (подпись)                           (и.,о.,фамилия)}

                                  _______________

                                                                        ^(дата)

Архангельск,

2006

Введение

Фрезерно-брусующие станки предназначены для переработки брёвен на двухкантные брусья и технологическую щепу для Целлюлозно-бумажной промышленности.

Таблица 1 – Технические параметры ФБС-750

Параметры	Размерность	Числовые данные
Вершинный диаметр	см	8…18
Скорость подачи	м/мин	50
Наибольшая кривизна	%	2
Общая установленная мощность	кВт	120
Длина станка	м	3,4
Масса	т	9

Загрузочное устройство, типа «горка», ориентирует брёвна кривизной в вертикальной плоскости выпуклостью вниз, центрирует его и подаёт в станок. Кантование брёвен выполняется автоматически, за счёт участка с наклонно-расположенными вальцами, центрирование брёвен – за счёт седловидной формы вальцов, для фиксации бревна устройство имеет прижимной валец с приводом от пневмоцилиндра.

ФБС имеет литую конструкцию, на которой установлены две каретки (суппорты). Каждая каретка опирается на две цилиндрические направляющие и имеет возможность поднастройки на размер, посредством, винтовой передачи или с помощью гидропозиционера. На каждой каретке установлен горизонтальный вал с фрезерной головкой, электродвигатель привода, клиноремённая передача и тормозное устройство.

Фрезы малоножевые, конические, с прорезным пильным диском на торцах. Корпус фрезы сварной, на котором установлены четыре однокромочных ножа.

За фрезами установлены направляющие стенки, ограничивающие поперечное перемещение бруса. Зазор между стенками и брусом не более 0,8 мм. На выходе из станка брус перемещается двумя парами подпружиненных вертикальных вальцов. Привод вальцов через червячные редукторы, которые обеспечивают снижение надёргивания обрабатываемого материала на инструмент.

Расчёт мощности и режимов резания ФБС

Требуется определить мощность и режимы резания при обработке брёвен на фрезерно-брусующем станке, оснащённом малоножевыми коническими фрезами с прорезными пильными дисками.

Диаметр брёвен в вершине, D_в = 18 см;

Порода – сосна;

Длина, L = 5,5 м;

Величина сбега, С = 1 см/м;

Высота вырабатываемого бруса, h_бр = 100 мм;

Высота подъёма оси вала фрез над направляющей линейкой, а = 250 мм;

Диаметр прорезных пил, D_п = 575 мм;

Толщина пил, S = 3,6 мм;

Расчётный диаметр резания ножей, D_р = 565 мм;

Частота вращения фрез, n = 750 мин^-1;

Скорость подачи, U = 40 м/мин;

Число ножей на фрезе, Z_н = 4;

Число зубьев прорезной пилы, Z_п = 56.

1.  Мощность резания ФБС.

При обработке древесины малоножевыми коническими фрезами с прорезными пильными дисками мощность резания на один комплект инструмента, кВт, будет определяться:

N = N₁ + N₂,

где  N₁ – мощность резания при фрезеровании (перерабатывается сбеговая зона бревна ножами фрезы в технологическую щепу);

N₂ – мощность резания при пилении прорезными пильными дисками (формируются пласти бруса).

В целом на ФБС мощность резания, кВт:

N_рез = 2N.

2.  Расчёт мощности и силы резания при фрезеровании.

При расчёте мощности при фрезеровании принимается условие переработки в комлевой части бревна.

N₁ = Р_к∙V , кВт

         1000

где  Р_к – средняя касательная окружная сила резания, Н (за один оборот),определяется:

Р_к = а_n∙Р_lк∙Z_н∙(Q_вх – Q_вых) ,

                   360

где  а_n – коэффициент, учитывающий породу древесины, а_n = 1;

Р_lк – средняя касательная сила на дуге резания, Н, определяется по эмпирической формуле:

Р_lк = - 678 + 38,6h_ср + 50,7U_z ,

где  h_ср – средняя ширина фрезерования в рассматриваемом сечении, мм, определяется:

h_ср = (10D_к)²∙πφ/1440 – 0,25В∙h_бр ,

                             В

где  D_к – диаметр бревна в комле, см, определяется:

D_к = D_в + L∙C,

где  D_в – диаметр в вершине, см;

L – длина бревна, м;

С – сбег бревна, см/м;

D_к = 18 + 5,5∙1 = 23,5 см;

φ – центральный угол, соответствующий фрезеруемому сегменту в рассматриваемом сечении, град., определяется:

φ = 2arcsin(B/10D_к),

где  В – диаметр бревна в комле, см, определяется:

В = Вmax = ((10D_к)² – h_бр²)^0,5,

где  h_бр – высота вырабатываемого бруса, мм;

В = ((10∙23,5)² – 100²)^0,5 = 212,7 мм;

φ = 2arcsin(212,7/(10∙23,5)) = 129,7;

h_ср = (10∙23,5)²∙3,14∙129,7/1440 – 0,25∙212,7∙100 = 48,5 мм;

                                  212,7

U_z – подача на нож фрезы, мм, определяется:

U_z = 1000U ,

          n∙Z_н

где  U – скорость подачи, м/мин;

n – частота вращения фрез, мин^-1;

Z_н – число ножей на фрезе;

U_z = 1000∙40 = 13,33 мм;

          750∙4

Р_lк = - 678 + 38,6∙48,5 + 50,7∙13,33 = 1869,9 Н;

Q_вх, Q_вых – кинематические углы встречи, соответственно на входе и выходе ножа из древесины, град;

Q_вх = arccos(2(a – B – f)/D_p),

Q_вых = arccos(2(a – f)/D_p),

где  а – высота подъёма оси вала фрезы над опорной балкой, мм;

В – ширина пласти бруса в рассматриваемом сечении (для случая фрезерования – это ширина пласти бруса в комлевой части бревна), мм;

f – расстояние от нижней образующей бревна до нижней образующей пласти бруса в рассматриваемом сечении, мм, определяется:

f = 0,5(10D_к – В),

f = 0,5(10∙23,5 – 212,7) = 11,15 мм;

D_p – расчетный диаметр резания ножей, мм;

Q_вх = arccos(2(250 – 212,7 – 11,15)/565) = 84,7;

Q_вых = arccos(2(250 – 11,15)/565) = 32,3;

Р_к = 1∙1869,9∙4(84,7 – 32,3) = 1088,7 Н;

                     360

V – расчётная скорость резания при фрезеровании, м/с, определяется:

V =   π D_p n ,

        60∙1000

V = 3,14∙565∙750 = 22,18 м/с;

           60∙1000

Мощность резания при фрезеровании будет равна:

N₁ = 1088,7∙22,18 = 24,2 кВт.

              1000

3.  Расчёт мощности и силы резания при пилении прорезными пильными дисками.

Расчёт при пилении выполняется в среднем сечении бревна.

Мощность резания при пилении, кВт, определяется:

N₂ = Р_кzl_кZ_nn

            6∙10⁷

где  Р_кz – средняя касательная сила резания на один зуб, Н, определяется:

Р_кz = a_na_wa_pa_B(pb + U_zsinQ_cp(K_nS + αH_cp)),

где  a_n – коэффициент, учитывающий породу древесины, a_n = 1;

a_w – коэффициент, учитывающий влажность древесины, a_w = 1,19 (при влажности больше 70% и наличии бассейна);

a_p – коэффициент, учитывающий вид резания (для полузакрытого резания пила установлена на торце фрезы a_p = 0,75);

a_B – коэффициент, учитывающий вид пиления (для попутного пиления a_B = 1,1);

p – фиктивная удельная сила резания по задней грани зуба, Н/мм, определяется:

p = 3,92 + 0,0353Q_ср,

где  Q_ср – средний кинематический угол встречи, град., определяется:

Q_ср = Q_вх – Q_вых ,

                2     

где  Q_вх, Q_вых – кинематические углы встречи, соответственно на входе и выходе зуба пилы из древесины в среднем сечении бревна, град;

Q_вх = arccos(2(a – B_ср – f_ср)/D_p);

Q_вых = arccos(2(a – f_ср)/D_p);

где  а – высота подъёма оси вала фрезы над опорной балкой, мм;

В_ср – ширина пласти бруса в среднем сечении бревна, мм, определяется:

В_ср = ((10D_ср)² – h_бр²)^0,5,

где  D_ср – диаметр бревна в среднем сечении, см, определяется:

D_ср = D_в + 0,5L∙C,

h_бр – высота вырабатываемого бруса, мм;

D_ср = 18 + 0,5∙5,5∙1 = 20,75 см;

В_ср = ((10∙20,75)2 – 1002) = 181,8 мм;

f – расстояние от нижней образующей бревна до нижней образующей пласти бруса в среднем сечении, мм, определяется:

f = 0,5(10D_ср – В_ср),

f = 0,5(10∙20,75 – 181,8) = 12,85 мм;

Q_вх = arccos(2(250 – 181,8 – 12,85)/575) = 78,9;

Q_вых = arccos(2(250 – 12,85)/575) = 34,4;

Q_ср = 78,9 – 34,4 = 56,65;

                2     

p = 3,92 + 0,0353∙56,65 = 5,92 Н/мм;

b – ширина пропила, мм, определяется:

b = S + 2S₀;

S – толщина пил, мм;

S₀ – уширение на сторону, мм, S₀ = 0,6…0,8 мм;

b = 3,6 + 2∙0,8 = 5,2 мм;

U_z – подача на зуб пилы, мм, определяется:

U_z = 1000U

          n∙Z_n

где  U – скорость подачи, м/мин;

n – частота вращения фрез, мин^-1;

Z_н – число зубьев прорезной пилы;

U_z = 1000∙40 = 0,952 мм;

          750∙56

K_n – фиктивное давление передней грани зуба на стружку, Н/мм², определяется:

K_n = (0,196 + 0,00392Q_ср)δ + (0,0686 + 0,00147Q_ср)(90 – V_n) – (5,4 + 0,167Q_ср),

где  δ – угол резания зубьев пилы, град. (для продольной распиловки δ = 60º);

V_n – скорость резания при пилении, м/с, определяется:

V_n = πD_nn   ,

         60∙1000

где  D_n – диаметр прорезных пил, мм;

V_n = 3,14∙575∙750 = 22,6 м/с;

           60∙1000

K_n = (0,196 + 0,00392∙56,65)60 + (0,0686 + 0,00147∙56,65)(90 – 22,6) – (5,4 + 0,167∙56,65) = 50,64 Н/мм²;

α – удельное сопротивление резанию от трения стружки о стенки пропила, α = 0,57 (плющение);

H_cp – средняя высота пропила, мм, H_cp = В_ср;

Р_кz = 1∙1,19∙0,75∙1,1(5,92∙5,2 + 0,952∙sin56,65(50,64∙3,6 + 0,57∙181,8)) = 252,9 Н;

l_к – длина дуги контакта зуба пилы с древесиной, мм, определяется:

l_к = π D_n(Q_вх – Q_вых)/360,

l_к = 3,14∙575(78,9 – 34,4)/360 = 223,2 мм;

Мощность резания при пилении прорезными пильными дисками будет равна:

N₂ = 252,9∙223,2∙56∙750  = 39,5 кВт;

                   6∙10⁷

Мощность резания на один комплект инструмента, кВт, будет равняться:

N = 24,2 + 39,5 = 63,7 кВт;

В целом на ФБС мощность резания, кВт, будет равняться:

N_рез = 2∙63,7 = 127,4 кВт.