ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОНТРОЛЯ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА КРУГЛОПИЛЬНОГО СТАНКА

Галашев Александр Николаевич

канд. техн. наук, доцент С(А)ФУ г. Архангельск

Е-mail: galashev@list.ru

Хвиюзов Михаил Андреевич

старший преподаватель С(А)ФУ г. Архангельск

Русинов Владимир Яковлевич

доцент С(А)ФУ г. Архангельск

Процесс пиления древесины сопровождается рядом одновременно происходящих явлений. Одно из них – неотвратимое нагревание режущего инструмента деревообрабатывающего оборудования. Многочисленными исследованиями [3, 4, 6] установлено, что наибольшее влияние тепловые изменения оказывают на работоспособность круглых пил. При достижении определенных значений и распределения теплового поля круглая пила теряет устойчивую форму плоского диска, после чего неизбежно следует нарушение и прекращение процесса пиления [6].

Если круглопильный станок рассматривать в качестве функционирующей системы [1], то пильный диск является ее элементом, выполняющим основную для всей системы заданную функцию – пиление. В связи с этим логично было бы в качестве диагностического параметра состояния элемента использовать температуру нагрева пильного диска. Но до последнего времени данная физическая величина, как параметр состояния практически не использовалась. Причиной этому было отсутствие термометрических средств, пригодных для использования в системах контроля и управления круглопильных станков.

В последнее время достаточно широкое распространение получили измерительные приборы, определяющие температуру по инфракрасному излучению, называемые инфракрасными термометрами (пирометрами). Высокое быстродействие, достаточная точность, простота измерения и бесконтактный способ обеспечили применение данных приборов в металлургии, энергетике, механике и в бытовых целях [5]. На основании выше изложенного было сформулировано предположение о возможности  использования пирометров для определения температуры режущих инструментов (круглых пил) непосредственно в процессе пиления древесины, полученные значения впоследствии использовать для производства прогноза технического состояния.

Прежде чем рассматривать процесс изменения температуры (диагностического параметра), следует отметить действие различных факторов. Влияющие факторы можно разделить на две основные группы – конструктивные (внутренние) и эксплуатационные (внешние).

К первой группе относятся факторы определяющие параметры и качество пилы. Основными параметрами круглых пил являются: диаметр, толщина, количество и форма зубьев. Качество пил определяется материалом и технологией изготовления, предварительной подготовкой вальцеванием и проковкой, состоянием корпуса и зубьев.

Вторая группа объединяет эксплуатационные условия. Основными внешними факторами являются параметры круглопильного станка (скорости резания и подачи, мощность привода) и характеристика распиливаемой древесины (порода, размеры и состояние).

Совместное действие многочисленных внутренних и внешних факторов в полной мере не может быть представлено аналитически, тем не менее, общее проявление выражается в скорости изменения параметра

                                                V_t=.                                                 (1)

Величина является случайной, характер её изменения может быть определен экспериментально, но предельное значение устанавливается исходя из условия динамической устойчивости пилы [6]:

                                              .                                             (2)

Температурный перепад по радиусу диска пилы, соответствующий началу потери динамической устойчивости может быть определен по таблицам или по формуле:

                                       ,                                   (3)

где – коэффициент напряженного состояния диска;

 – частота собственных колебаний невращающейся пилы с нулевым начальным напряжением, 1/с;

n – частота вращения диска, мин^-1;

– число узловых диаметров, характеризующих форму колебаний;

В – эмпирический табличный коэффициент, ⁰С/кВт;

 – безразмерная функция, учитывающая отношение радиуса зажимных фланцев к расчетному радиусу пилы;

R_p – расчетный радиус пилы, м.

Таким образом, работоспособность круглой пилы обеспечивается при соблюдении условия:

                                                       .                                           (4)

При выполнении экспериментальных исследований учитывались два существенных обстоятельства, непосредственно связанные с использованием пирометра. Дело в том, что для определения действительных значений температуры необходимо учитывать показатель визирования (разрешение) пирометра и коэффициент теплового излучения материала пилы.

Показатель визирования представляет собой отношение диаметра пятна контроля прибора на объекте к расстоянию до объекта, обозначается в технической характеристике пирометра D:S, то есть определяется не температура в точке, а среднее значение температуры в определенной области. Следовательно, чем меньше расстояние до круглопильного диска, тем меньше площадь пятна контроля. Оптическая ось пирометра (ось прицеливания) должна быть направлена к плоскости  корпуса пилы по нормали, иначе пятно контроля будет в форме эллипса, что может вызвать изменение среднего значения температуры.

Исходя из того, что кольцо повышенного положительного нагрева располагается в периферийной зоне на величину 0,15–0,2 наружного радиуса [4], окружность центра пятна контроля радиусом R_П  должна находится между окружностью оснований зубьев, радиусом R₁ и окружностью нижней границы кольца нагрева, радиусом R₂

R₁ <R_П <R₂,                                       (5)

R₁=D/2–h_з,                                        (6)

R₂=0,4D,                                           (7)

где D – диаметр пилы, h_з – высота зубьев, мм.

Расстояние между корпусом пильного диска и чувствительным элементом пирометра определяется условием:

                                         L_п(0,1D–h_з )/k,                                         (8)

где k – коэффициент визирования.

Коэффициент теплового излучения (КТИ) – способность материала испускать инфракрасное излучение. Величина КТИ зависит от свойств материала, состояния и температуры поверхности. Имеющиеся справочные данные для различных материалов содержат средние значения КТИ, без учета конкретных особенностей объекта. Что же касается круглых пил, необходимо отметить, что применяемые в настоящее время пилы отечественных и зарубежных производителей отличаются материалом корпуса, способом обработки и т. д. Сведения о значениях КТИ в таких данных отсутствуют.

В качестве экспериментального прибора был принят инфракрасный пирометр Condtrol IR-T2, с диапазоном измерений от – 20 до +500 ^оС, при точности измерений 0,2 ^оС и показателем визирования 1:8.

В качестве объекта измерений была принята круглая пила для продольной распиловки древесины LEUCO 350 3.2/2.2 Z54. Было установлено влияние КТИ на показания пирометра, которое достаточно адекватно и эффективно выражается линейным уравнением регрессии:

                                                ,                                           (9)

где Т_П – показания пирометра, ⁰С.

На следующем этапе исследований выполнялся контроль нагрева протестированного пильного диска в процессе продольного пиления хвойных пиломатериалов на станке Ц6-2.

Результаты исследований показали пригодность инфракрасного термометра для контроля нагрева пильного диска в процессе распиловки.

Значения положительного температурного перепада и скорость нагрева пильного диска имеют определенную зависимость от величины начальной температуры нагрева периферийной зоны и продолжительности межторцовых разрывов.

Список литературы:

1.            Волкова В. Н., Денисов А. А. Теория систем: учебное пособие. М.: Высшая школа, 2006. – 511 с.

2.            Михлин В. М. Прогнозирование технического состояния машин. М.: Колос, 1976. – 288 с.

3.            Пашков В. К. Обеспечение работоспособности круглых пил при пилении древесины: автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. СПб.: РИО СПбЛТА, 1998. – 36 с.

4.            Санев В. И. Обработка древесины круглыми пилами. М.: Лесная промышленность, 1980. – 232 с.

5.            Сергеев С. С. Пирометрический тепловой метод и средства неразрушающего контроля объектов электроэнергетики: дисс. канд. техн. наук. СПб., 2004. – 273 с.

6.            Стахиев Ю. М. Работоспособность круглых пил. М.: Лесная промышленность, 1989. – 384 с.