О проблеме напряженного состояния круглых пил
Подписаться на раздел|
Реструктуризацию лесопильных предприятий сегодня связывают с увеличением удельного веса технологического оборудования с круглопильными узлами резания. Например, в Швеции объем производства пиломатериалов по видам оборудования составляет: круглопильные станки – 55%, ленточнопильные – 35%, лесопильные рамы – 5%. Отсюда понятен интерес промышленности к ежемесячно проводимым в ЦНИИМОДе занятиям по обучению пилоправов процессам правки и натяжения (проковки, вальцевания) дисков пил. На занятиях слушателям обычно задается вопрос: "Зачем необходимо натяжение диску"? Вот наиболее характерный ответ: "При вращении в диске возникают напряжения от центробежных сил инерции. Периферийная зона диска удлиняется, но этому удлинению препятствует жесткая центральная зона. Если ее не ослабить (проковать), то при вращении произойдет потеря устойчивости диска (образование складок по периферии). То есть, натяжение (проковка) – это средство компенсации вредного влияния напряжений от центробежных сил инерции". Такое объяснение содержится во многих отечественных и зарубежных популярных публикациях (газетных, журнальных, книжных). Внешне оно кажется простым и логичным. Но так ли это на самом деле, есть ли это истина? Зарубежные (США, Канада, Франция и др.) и отечественные ученые, занимающиеся проблемами подготовки дисков пил считают, что такое "логичное" объяснение назначения проковки является неверным и относится к типичным ошибкам. Профессор G. Schajer (Канада), специализирующийся на изучении проблем диска пилы и постоянно проводящий международные семинары, научные конференции в своей статье [1] пишет: "Общепринятое объяснение назначения натяжения, заключающееся в компенсации напряжений вращения, является просто неверным". Такое же утверждение содержится и в многочисленных статьях проф. Szymani (США) – директора института деревообрабатывающего машиностроения [2]. Могут ли напряжения от центробежных сил инерции при бесконечном увеличении привести к статической потере устойчивости (выпучиванию) диска по какой-либо форме? С этим вопросом еще в доперестроечное время ЦНИИМОД обратился в институт Механики при Московском государственном университете, в котором работали и работают светила отечественной академической науки в области устойчивости и колебаний пластин. Ответ был следующим: "При вращении под действием центробежных сил инерции в диске возникают тангентальные и радиальные напряжения. Они положительные – растягивающие. Это признается всеми. Поле напряженного состояния является непрерывным и не способно привести к отрицательным эффектам – потере статической устойчивости (выпучиванию) диска". Это заключение подтверждается и многочисленными исследованиями, выполненными в лесотехнических ВУЗах Санкт-Петербурга, Москвы, Свердловска, Архангельска. Например, по данным Московского лесотехнического института, пила диаметром 500 мм и толщиной 2,2 мм при диаметре пильных фланцев 100 мм имеет следующие критические температуры: 31,6оС – для не вращающегося не прокованного диска, 51,5оС – для вращающегося (50 м/с) непрокованного диска и 71,5оС – для вращающегося максимально прокованного диска пилы. Мы очень хотели, чтобы институт механики на страницах журнала "Деревообрабатывающая промышленность" опубликовал статью по данному вопросу. Но авторитеты института механики сказали нам: "Вы просите от нас подтвердить справедливость общепринятого в мире уравнения устойчивости плоской формы равновесия пластин. Это все равно, что подтвердить аксиому: дважды два – четыре. Если бы это уравнение было неверным, то мы в космосе и технике имели бы массу неприятностей". Но может быть напряжения от центробежных сил инерции отрицательно влияют на динамическую устойчивость диска? Для ответа на этот вопрос учеными были проведены следующие исследования. Вокруг не вращающегося диска обегала радиальная составляющая силы сопротивления резанию. При достижении определенной (критической) скорости обегания происходила динамическая потеря устойчивости диска (параметрические колебания). Затем на диск накладывались напряжения от центробежных сил инерции. В этом случае скорость, при которой происходила потеря динамической устойчивости диска, увеличивалась. То есть, напряжения от центробежных сил инерции повышают не только статическую, но и динамическую устойчивость диска пилы. Этот вывод подтвержден и фундаментальными исследованиями ЦНИИМОД [3], в которых проводились разгонные испытания дисков от состояния покоя до стадии их разрушения. Исследования выполнялись на установках Института проблем прочности (г. Киев) при атмосферном давлении воздуха и института ЦНИИТМАШ (г. Москва) в вакууме. Вот почему ЦНИИМОД на своих занятиях по обучению пилоправов обращает внимание на то, что: а) напряжения от центробежных сил инерции играют не отрицательную, а положительную роль и не надо заниматься их "компенсацией"; б) динамические формы потери устойчивости возникают раньше статических форм и определяют работоспособность диска, а поэтому реальный, со всеми действующими нагрузками, диск необходимо рассчитывать на колебания, а не на "выпучивание"; в) необходимо использовать реальные модели и показатели потери работоспособности диска (критические частоты вращения, критические температуры нагрева, критические силы и т.д.), а не схоластические. Такое представление позволяет научно обоснованно совершенствовать процессы подготовки пил и создавать пилы, круглопильные станки с эффективными рабочими параметрами [3]. ЛИТЕРАТУРА Schajer G.S. Натяжение круглой пилы: что это, почему это делается. Forest Industries/ World Wood, технический доклад, USA, May, 1989, pp.14-16. Szymani R. Находки при исследовании улучшают конструкцию пилы и эксплуатацию. Forest Industries/ World Wood, технический доклад, USA, May, 1989, рр.3-5. Стахиев Ю.М. Работоспособность плоских круглых пил.– М. :Лесная промышленность, 1989.– 384 с.
|
|
|
