12.8. Регулирование скорости надвигания пильного аппарата

Многооперационные машины, применяемые на лесосечных работах для валки леса, оснащены цепными пильными устрой­ствами консольного типа, что позволяет спиливать деревья у комля значительных диаметров (до 100 см). Одним из ос­новных параметров пильного аппарата является величина ско­рости надвигания, так как чем выше эта скорость, тем выше производительность.

Однако увеличение скорости надвигания ведет к увеличению потребной мощности резания, что в свою очередь приводит к увеличению габарита пильного аппарата, усложнению меха­низма резания и т. д. Поэтому потребную мощность резания

Рис. 12.9. Регулирование скорости надвигания

ограничивают в определенных пределах с учетом максимально возможной его загрузки, т. е.

Мощность резания можно определять как

где k — коэффициент пропорциональности; F — производитель­ность чистого пиления, см²/с;

где υ_H — скорость надвигания пильного аппарата, м/с; l — мгно­венная длина распила, м.

При распиловке круглых лесоматериалов мгновенная длина распила l является переменной (рис. 12.9, а) величиной. В на­чальный момент она минимальна, а в среднем положении равна диаметру сортимента. Таким образом, для того, чтобы мощность резания была постоянной по всей высоте пропила

при изменяющейся длине, необходимо изменять скорость надви­гания υ_H. В этом случае при максимально возможной загрузке двигателя резания имеет место максимально возможная ско­рость надвигания, т. е. пильный аппарат работает в наиболее оптимальном эксплуатационном режиме как с точки зрения загрузки двигателя, так и возможной максимальной скорости надвигания.

Регулирование скорости надвигания можно производить двумя способами: регулированием υ_H в зависимости от диа­метра распиливаемого сечения и регулированием υ_H в зависи­мости от мгновенной длины распила l. В первом случае ско­рость надвигания постоянна по высоте распила и зависит только от диаметра сечения. Этот способ нашел применение в автоматизированных раскряжевочных установках, где при­меняются круглые пилы, у которых высокая производитель­ность чистого пиления F. При поперечном пилении круглых ле­соматериалов цепными пилами производительность чистого пи­ления в несколько раз ниже и поэтому наиболее эффективно с точки зрения высокой производительности чистого пиления регулировать скорость надвигания в зависимости от мгновен­ной длины распила l. Очевидно, что при l₁, скорость надвига­ния должна быть больше, чем при длине l₂ и так до l₃ = d, за­тем скорость надвигания можно увеличить, так как длина рас­пила l уменьшается (показано пунктиром).

Усилие резания N_p и усилие подачи (надвигания) N_H в экс­плуатационных режимах (рис. 12.9, б) взаимозависимы, как

где k — коэффициент, зависящий от угловых параметров зубьев (k = 0,8...1,2). Это примерное постоянство вызвано тем, что усилие резания N_p и усилие подачи (надвигания) N_H связаны с толщиной снимаемой стружки примерно одними и теми же зависимостями.

С другой стороны, потребная мощность резания определя­ется как

где υ_Ρ— скорость резания, м/с.

Подставляя значение N_p, получим, что

Очевидно, что при N_H = const (скорость резания постоянная величина, υ_p — const) мощность резания будет также постоян­ной, т. е. P_p = const. Тогда выражение P_p = kF = kυ_Hl должно быть постоянной величиной, т. е. P_p = kυ_Hl = const.

Таким образом, при постоянной величине усилия подачи (надвигания) обеспечивается возможно-максимальное значение скорости надвигания υ_Η и как следствие максимальная произ­водительность пиления.

Постоянную величину усилия подачи можно осуществить, например, при помощи гидроцилиндра 3 (рис. 12.9, в) привода механизма надвигания пильного аппарата многооперационной машины. Условие, когда усилие на штоке гидроцилиндра на­двигания должно быть постоянным (Р_H = const), возможно, если давление в поршневой части цилиндра тоже p = const. Это ус­ловие можно реализовать показанной гидравлической схемой (рис. 12.9, в).

При рабочем ходе (надвигание пильного аппарата) жид­кость от насоса 5 через гидрораспределитель 2 поступает к гид-дроцилиндру 3, а через дроссель 4 на слив в бак 6. Напорный клапан непрямого действия 1 выполняет функцию переливного, так как через него в бак 6 сливается часть жидкости: ΔQ = = Q_h—Q_дв, где Q_H— подача насоса; Q_ДВ — расход гидроци­линдра.

Дроссель 4, установленный у выхода гидроцилиндра создает подпор, обеспечивающий плавное строгивание штока при рабо­чем ходе. Напорный клапан непрямого действия 1 при помощи корректирующих пружин настраивается таким образом, что при увеличении давления p в рабочей полости гидроцилиндра он открывается и часть жидкости ΔQ сливается в бак 6, при этом давление стабилизируется до номинального значения р. Это происходит потому, что напорный клапан 1 имеет внутрен­нюю положительную обратную связь по капиллярному каналу, в результате, чем больше рабочее давление превосходит свое номинальное значение, тем в большем количестве происходит слив жидкости ΔQ в бак. Это обеспечивает клапану стабиль­ную характеристику, т. е. p = f(ΔQ) =const, благодаря чему, при изменении расхода гидроцилиндра 3, вызванного измене­нием нагрузки N_p (при l₁; l₂; l₃ и т. д.) давление, развиваемое насосом 5, а, следовательно, и давление в рабочей полости гидроцилиндра остаются практически постоянными, т. е. уси­лие на штоке гидроцилиндра (усилие надвигания) Ρ = const. Следует отметить, что рассмотренная автоматическая система является разомкнутой, блок-схема которой показана на рис. 12.9, г.

Для определения динамических свойств такой системы не­обходимо исследовать график переходного процесса соответ­ствующего способа регулирования мощности двигателя реза­ния. Предположим, что в начальный момент резания мгновен­ная длина распила l = 0 (при t<0), а при t>0 (рис. 12.10) длина пропила скачкообразно изменяется до значения l=1. Это условие соответствует единичной скачкообразной функции при

теоретическом исследовании устойчивости систем автоматиче­ского регулирования.

Очевидно, что усилие надвигания N_H можно определить как

где т — приведенная масса подвижных частей пильного аппа-

Рис. 12.10. Графики переходных процессов при пилении

рата; υ_Η — скорость надвигания; N — усилие сопротивления по­дачи (реакция).

Перепишем уравнение в виде

Можно считать, что работа резания А, Н•м/см², есть величина постоянная, тогда мощность резания составит Ρ_p = Ν_pυ_p или P_p = Aυ_Hl, а с учетом, что

окончательно будем иметь, что

где υ_y — установившаяся скорость надвигания; υ — значение скорости надвигания; υ_p — скорость резания.

Решением полученного дифференциального уравнения будет уравнение экспоненты вида

Произвольную постоянную С можно определить из началь­ных условий при t = 0, при котором υ_H=υ_max, тогда С =

= υ_max — υ_y. Подставляя это значение, окончательно будем иметь

Соответственно и мощность резания будет (P_p=kυ_Нl)

На рис. 12.10 приведены характеристики υ_H и Р_р в функции времени t. Анализируя графики, видим, что при t<0 скорость надвигания имеет значение υ_max, а при t→∞ υ_H = υ_y Соответ­ственно изменяется и мощность резания от Р_р = 0 при t<0, когда l = 0, и при скачкообразном изменении мгновенной длины распила l мощность резания тоже скачкообразно достигает своего максимального значения P_max при t=0, а затем снижа­ется до установившегося значения Р_р = const при t→∞. Посто­янная времени этого переходного процесса определяется как

Следовательно, для уменьшения времени Τ (соответственно уменьшения времени переходного процесса всей системы) же­лательно уменьшать массу пильного аппарата т. Значение мак­симальной скорости надвигания V_max можно определить из воз­можно допустимого максимального усилия резания N_р(max), ко­торое определяется в основном прочностью пильной цепи, т. е.