Диссертация (1025005), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Неполнота отражения последних научных достижений ирезультатов исследований в предметных областях.•Отсутствиеединогоинформационногоифункциональногопространства для всех этапов ЖЦИ.Исходя из перечня недостатков в подходе, связанном с использованиемготовых АС, можно говорить об актуальности задачи создания частной20специализированной АС для осуществления процесса автоматизации иуправления проектированием и производством конкретного типа изделия.1.2.
Современные лесопильные станкиВ настоящее время, лесопильная промышленность играет важную рольдля развития во многих странах, особенно тех, у которых имеется большаяплощадь лесных угодий. И, безусловно, Россия является одной из таких. Средипроцессов обработки древесины, продольное пиление является важной иответственной операцией. От качества его выполнения во многом зависяткачество изготовления деталей и экономия древесины.Рис.
1.1. Схема круглопильных станковПервые лесопильные рамы появились в Европе в 1348 г., станки сдисковыми пилами – в 1777 г., с ленточными пилами – в 1809 г. и все онинепрерывно развиваются [43, 44, 45]. Однако до сих пор остаётся многонерешенных технических проблем в системе лесопильных станков. Каждая изтрех, упомянутых выше, конструктивных схем имеет свои достоинства инедостатки.Круглопильные станки просты по конструкции и все инерционные силы вних полностью уравновешены (Рис. 1.1). Недостатками круглопильногооборудования являются сложность, дороговизна изготовления дисковых пилбольшого диаметра и значительные потери древесины в опилки [43, 44, 45],связанные с толщиной дисковых пил.Попытка уменьшения толщиныдисковых пил при увеличении их диаметра приводят к колебанию и потере21устойчивости пилы [46, 47, 48, 49].Поэтому практика применениякруглопильных станков сводится, в основном, к распиловке бревен с диаметромдо 200…300 мм.Рис.
1.2. Схема ленточных пилЛенточные пилы (Рис. 1.2) получили в лесопилении широкое внедрение ираспространение благодаря высокой скорости подачи. Однако, недостаткамиленточнопильных станков являются недостаточная жесткость и устойчивостьпильных полотен [43, 44, 45]. Это приводит к невысокой точности обработкипиломатериалов, колебательной проблеме и уменьшению ресурса работыполотна [50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59]. Кроме того, отсутствиевысококачественных отечественных ленточных пил приводит к зависимости отимпорта [43, 44, 45].Рис.
1.3. Схема рамного лесопильного станкаВ настоящее время большинство пиломатериалов в России производятсярамными лесопильными станками (Рис. 1.3).22Рис. 1.4. Схема многопильного станка с круговым поступательным движениемполосовых пильных полотенОбычно, в рамных лесопильных станках устанавливается комплект изнескольких пил, за один ход движения которого, станок может пилить сразунесколько плит пиломатериалов.
К недостаткам рамных лесопильных станковможно отнести невысокую скорость резания, невысокое качество обработаннойповерхности и относительно большие непроизводительные затраты энергии.Кроме того, конструкция лесопильных рам, связанная с использованиемконструктивнонеуравновешенногокривошипно-ползунногомеханизмарезания, порождает ряд таких проблем, как уменьшения ресурса подшипниковиузлов,необходимостимассивногофундамента,необходимостидополнительного механизма для уравновешивания станка [43, 44, 45, 60, 61,62].Для сохранения преимуществ и исключения недостатков традиционнойлесопильной рамы, за последнее время в России был первоначально разработани создан принципиально новый вид лесопильной рамы - многопильный станокс круговым поступательным движением полосовых пильных полотен(Рис.1.4).
По сравнению с лесопильной рамой подобного назначения, можновыделить основные преимущества этого типа станка [22, 23, 24]:- пильный блок станка может быть динамически уравновешен бездополнительных механизмов;23- новая конструкция позволяет значительно уменьшить длину пильныхполотен, следовательно, увеличивается их жесткость, устойчивость, а также иточность размеров пиломатериалов;- шесть пильных модулей расположены так, что только одним из нихосуществляется процесс пиления в любой момент времени. Это приводит кснижению энергопотребления;- движение с ведущего на ведомый вал передается непосредственно черезпильные полотна без дополнительных передаточных механизмов.Однако, до настоящего времени создание этого оборудования не былореализовано в силу сложности и наукоёмкости поставленной задачи.
Попыткисоздания конструкции без привлечения современных методов расчета ипроектирования заканчивались неудачно [22, 23, 24].1.3. Существующие научно-технические проблемы и несогласованностимежду этапами ЖЦ пильного блока многопильного станка нового типаПервые образцы станка были успешно созданы в конце ХХ веке [23, 24](Рис. 1.5).
Наиболее важным рабочим узлом станка является пильный блок(ПБ), включающий шесть пильных модулей (Рис. 1.6). Из-за сложнойнаукоемкойданнойконструкции,донастающеговремениосталисьнеизученные до конца отдельные научно-технические проблемы, возникающиепри проектировании и производстве ПБ.Недостаточно изученной является проблемаустойчивости плоскойформы пильного полотна при различных условиях работы ПБ.
Качествопиломатериалов и точность обработки в значительной степени зависят отустойчивого состояния пилы при резании [63, 64, 65]. В работах [23, 24] былаприведена оценка устойчивости пильного полотна при холостом ходе.Устойчивость плоской формы пильного полотна при пилении рассмотрена небыла. Анализ устойчивости плоской формы полотна был проведен сиспользованием готовой системы автоматизированного расчёта, реализующейметод конечных элементов (МКЭ). При этом устойчивое состояние полотнаможно оценить только при его определенных размерах и с заданными24конкретным значениями внешних силовых факторов.
В работе [63] былаполучена формула для расчета устойчивости полосовых полотен, однакоданная формула была сформулирована на основе модели традиционноголесопильного оборудования и не могла быть применена для анализаобсуждаемого станка. Так как проблема устойчивости плоской формы полотнак настоящему времени не была решена полностью, было принято решениеограничить частоту вращения валов (n = 2000 оборотов в минуту), которая недостаточна с точки зрения производительности.Рис.
1.5. Образец станка «Шершень» - модели М2001 в процессе работы.1- станина; 2 – могопильный блок; 3 – электродвигатель;4 – механизм подачи; 5 – пульт управленияК числу нерешенных проблем следует отнести отсутствие формулыопределения жёсткости пильного полотна для нового станка. От жесткостипильного полотназависят способность пиления, точность и качествообработанных поверхностей пиломатериалов [66, 65]. В работах [66, 67, 68]была приведена формула для расчета начальной жесткости полосовых пил,25однако данная зависимость сформулирована на основе модели традиционноголесопильного станка (лесорамы), условие закрепления полотен которойотличается от обсуждаемого станка. Поэтому использование приведеннойформулы в данных работах длянового станка приводит к существеннойпогрешности.3142Рис.
1.6. Схема пильного блока лесопильного станка нового типа1-двигатель; 2-нижний вал; 3-верхний вал; 4-пильного блокаПринципиальная схема лесопильного станка нового типаИзвестно, что резонансные колебания являются одним из наиболееопасных явлений для технического оборудования, которое приводит кразрушению конструкций. Поэтому, отстройка резонансных режимов отрабочих для пильных полотен является важной задачей, без решения которойсоздание данного станка невозможно [23, 24].
Для автоматизированнойотстройкирезонансныхрежимоврациональновывестианалитическуюзависимость собственной частоты колебаний пильных полотен в соответствии среальным условием закрепления с учетом эффекта внецентренного натяжения.Расчет собственной частоты в среде автоматизированной системы МКЭ [24]26оказывается эффективным только для проверки полотна с заданнымиконкретными размерами и значением силы натяжения. Выбор рациональныхпараметров пильного полотна и силы натяженияпри многокритериальномпроектировании ПБ удобно осуществить с использованием аналитическойзависимости.Поэтомувыводаналитическойформулы,позволяющейавтоматизировать расчет собственной частоты колебания пильных полотен,составляет третью задачу.Вкачествемногопильногочетвертойблока,задачирассматриваетсявключающегошестьуравновешиваниепильныхмодулей.Уравновешивание является одной из основных задач, возникающих припроектировании движущихся звеньев технических систем.
В силу спецификинового станка данная задача не была достаточно изучена. В [22, 23] приведенаединственная схема уравновешивания станка без теоретического основания еевыбора. Кроме того, по приведенной схеме, угловое расположение 6 пильныхмодулей фиксировано, и расстояние между соседними пильными модулямидолжно быть одинаковым. При таком расположении ограничена возможностьвыбора рациональной схемы уравновешивания пильного блока станка.Поэтому,возникланеобходимостьсозданияметодикиобеспеченияавтоматизированного уравновешивания пильного блока, состоящего из шестипильных модулей и определения рациональной схемы уравновешивания.Пятойявляетсяпроблеманесогласованноститребованиймеждуотдельными этапами ЖЦ станка.
В процессе жизненного цикла, отдельныеучастники заинтересованы в выполнении различных требований и критериев,характеризующих качество и конкурентоспособность рассматриваемого станка.Заказчиков интересуют производительность станка, качество обработкипиломатериалов и доля отходов древесины в опилки (Рис. 1.7). Расчетчиковинтересуют жесткость, устойчивость, прочность, долговечность и проблемаколебания пильных полотен. Технологи интересуются технологичностьюдеталейиобеспечениемуравновешенностипильногонеобходимойблока.Сточкистепенидинамическойзренияконструкторов,27вышесказанные аспекты не должны конфликтовать с требованиями кгабаритным размерам и массам деталей станка.ПроизводительностьЦенаПотерядревесиныв опилкиКачество обработкиПрочность, усталостьЖёсткостьРАСЧЁТЧИКУстойчивостьСобственнаячастотаКОНСТРУКТОРЗАКАЗЧИКМассаРазмерыТЕХНОЛОГУравновешенностьТехнологичностьРис.
1.7. Проблема несогласованности требований между отдельными этапамиЖЦИВсе участники, преследующие свои цели, стремятся к тому такомусостоянию, когда общая конструкция станка максимальным образом могла быбыть оптимизирована. Однако этого не всегда можно добиться. Наоборот, настыке отдельных этапов ЖЦ, обычно остаются элементы несогласованности, апорой, даже противоречивости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
