Разработка конструкции мобильной ленточной пилорамы
Пояснительная записка
к курсовому проекту по курсу:
"Детали машин и основы конструирования"
на тему:
"Разработка конструкции мобильной ленточной пилорамы"
Группа: 5ТМ 32
Выполнил: Нуриахметов Т.Х., Лопаков А.С., Иванов В.Н.
Нормоконтроль: Проверил: Колесов Ю.Б.
______________ Полуэктова О.К.
Аннотация
Иванов В.Н., Лопаков А.С., Нуриахметов Т.Х. Разработка конструкции мобильной ленточная пилорама.
Трехгорный: ТТИ МИФИ, ТМ, 2005, 17 л. Библиография литературы 8 наименований, 2 листов формата А1.
В данном курсовом проекте произведено конструирование мобильной ленточной пилорамы, приведены характеристики типовых ленточных пилорам. В мобильной ленточной пилораме приведены приближенные характеристики, показан общий вид. Также проделаны расчеты узлов пилорамы: ременная передача, червячная передача, основной вал. Спроектирована транспортировка к месту работы и организация площадки под пилораму. Освещен экологический фактор и техника безопасности.
Содержание
1 Характеристика существующих пилорам. Общие сведения о пилении |
4 |
1.1 Конструкция типовых ленточных пилорам |
7 |
1.2 Производительность типовых ленточных пилорам |
8 |
|
2 Мобильная ленточная пилорама |
9 |
|
2.1 Технические характеристики |
9 |
|
2.2 Конструкция пилорамы |
10 |
|
2.3 Транспортировка к месту работы. Организация площадки под пилораму |
11 |
|
3 Расчет узлов пилорамы |
12 |
|
3.1 Расчет ременной передачи |
12 |
|
3.2 Расчет основного вала |
15 |
|
4 Техника безопасности. Экологический фактор |
16 |
|
Список используемой литературы |
17 |
Приложение
Графическая часть на 2 листах формата А1
1
Распиловка бревен на пиломатериалы в настоящее время осуществляется на лесопильных рамах (пилорамах), круглопильных и ленточнопильных станках. Около 90% бревен обрабатывается на пилорамах, а остальные 10% – на станках. Исходя из технологического назначения и принципиальных конструктивных особенностей пилорамы разделяют на маховые и ленточные. Из-за больших размеров и больших затрат электроэнергии маховые пилорамы глобально вытесняются ленточными, так как ленточные занимают меньше площади и относительно маховых потребляют меньше электроэнергии. Еще одно преимущество ленточных над маховыми – не требуется фундамент. Ленточные пилорамы в свою очередь разделяют на горизонтальные и вертикальные.
В настоящее время существует острая проблема мобильности. Топливо становится дорогим, а, следовательно, и перевозки тоже довольно дорогостоящими. Выход был найден в мобильных пилорамах: бревна распиливаются на месте. Т.е. чтобы не возить бревна в лесопильный цех, а потом только потребителю, распиловка бревен происходит на месте.
Мобильные пилорамы – пилорамы, специально предназначенные для кратковременной работы в разных местах; и в связи с этим можно быстро транспортировать на новое место.
Рассмотрим некоторые ленточные пилорамы.
Представлены технические характеристики брянской мобильной пилорамы СЛП, которая также предназначена для распиловки бревен на доски и брусья заданной толщины. Для установки ленточной пилорамы не требуется специальных помещений, фундамента. Она может быть установлена на открытом воздухе на ровную и твердую поверхность. Для обреза сучков и коры предназначено дополнительное устройство – аккорочная фреза (дебаркер).
Таблица 1.1
Габариты обрабатываемых бревен, м: |
|
- длина |
6,5 |
|
- диаметр |
0,6 |
|
Масса станка, кг |
1500 |
|
Скорость подачи, м/мин |
5 |
|
Скорость пилы, м/с |
32 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
|
|
- главного привода |
11 |
|
- привода подъема пильного механизма |
0,5 |
|
- привода передвижения каретки |
0,75 |
|
- привода аккорочной фрезы (дебаркера) |
1,1 |
Характеристики белгородской ленточной горизонтальной пилорамы ПЛГ-80, которая предназначена для продольной горизонтальной распиловки бревен и брусьев различной длины и толщины как обрезной так и необрезной древесины хвойных и лиственных пород. Тип – стационарный.
Таблица 1.2
Габариты обрабатываемых бревен, м: |
|
- длина |
6,5 |
|
- диаметр |
0,8 |
|
Масса станка, кг |
1010 |
|
Скорость подачи, м/мин |
0 – 6 |
|
Скорость пилы, м/с |
31,5 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
8,25 |
Нижегородская ленточная горизонтальная пилорама ЛПК-600с ручной подачей также предназначена для продольной распиловки бревен. Она эксплуатируется в как в закрытых, так и под навесом при температуре окружающей среды от –45°С до +40°С и относительной влажности до 80% при +25°С. Тип – стационарный.
Технические характеристики:
Таблица 1.3
Габариты обрабатываемых бревен, м: |
|
- длина |
0,7 – 7 |
|
- диаметр |
0,6 |
|
Масса станка, кг |
1300 |
|
Скорость подачи, м/мин |
6 |
|
Скорость пилы, м/с |
21 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
7,5 |
|
Напряжение в цепи питания двигателя 3ф, В |
380 |
|
Частота тока, Гц |
50 |
|
Средний срок службы, лет |
не менее 10 |
Ленточная пилорама «Мастер 2000-05» - это оборудование профессионального класса. Основное отличие ленточной пилорамы "Мастер 2000-05" от других ленточных пилорам подобного класса заключается в том, что она жестче, надежней, стабильней в работе и более ремонтнопригодна. Именно из этих соображений все мелкие комплектующие (цепи, звездочки, подшипники, ремни и т.д.) выбраны из ассортимента автозапчастей, продающихся повсеместно и недорого, поэтому не возникнет сложностей в их приобретении и по истечении срока гарантии. Это особенно актуально при поставках в отдаленные регионы. Гидравлический кантователь позволяет быстро поворачивать и фиксировать бревно на станине ленточной пилорамы. Применение этого устройства приводит к значительному повышению производительности ленточной пилорамы, устранению ручного труда персонала и ударных нагрузок на станину ленточной пилорамы. Все гидравлические механизмы управляются оператором с центрального пульта. На операциях, где используются более сложные варианты конструкции (гидравлика, автоматика, электроника), в любой момент можно перейти на "ручное управление" ленточной пилорамой. Для загрузки бревна с земли на станину предусмотрен мощный гидравлический загрузчик бревна, позволяющий загружать бревна диаметром до 900 мм, весом до 4 т.
Технические характеристики:
Таблица 1.4
Габариты обрабатываемых бревен, м: |
|
- длина |
7,5 |
|
- диаметр |
0,9 |
|
Масса станка, кг |
3600 |
|
Скорость подачи, м/с |
30 |
|
Скорость пилы, м/с |
40 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
15 |
|
Напряжение в цепи питания двигателя 3ф, В |
380 |
|
Средний срок службы, ч |
60 000 |
Процесс распила бревна у всех горизонтальных пилорам схож. Бревно фиксируется между двух направляющих ленточной пилорамы. По направляющим вдоль бревна перемещается каретка (портал). Толщина получаемого материала регулируется оператором-распиловщиком. Пила приводится в движение при помощи электродвигателя. U – скорость подачи пилы, V – скорость пилы. Бесконечная лента, натянутая на двух шкивах, горизонтально распиливает бревно.
1.1 Конструкция типовых ленточных пилорам
Ленточные пилорамы отличаются по конструкции. В горизонтальных пилорамах бревно зажимается между направляющими, а портал (каретка) подается по ним, то есть двигается портал. В вертикальных пилорамах наоборот: бревно закладывают на тележку, тележка подается на вертикально расположенную пилу. Это их главное отличие.
Основными узлами вертикальной пилорамы являются: пильный механизм, станина и тележка. Пильный механизм представляет собой два шкива с пилой и электродвигатель, который через ременную передачу приводит во вращение нижний шкив. Для распила бревна его закладывают на тележку, которая имеет прорез в середине. Бревно фиксируется зажимами на самой тележке.
В горизонтальных пилорамах основными узлами являются: каркас, пильный механизм, рельсовый путь. В стационарных установках рельсовый путь – неразборный. При разборном варианте – две секции по 4,5 метра, или при распиле семиметровых бревен три секции по 3 метра. Каркас представлен в виде пространственной фермы (в виде куба или трапеций, соединенной перекладиной), пильный механизм возвратно-поступательно перемещается по вертикальным направляющим с помощью червячной или цепной передачи. Пила приводится во вращение от электродвигателя через ременную передачу.
В некоторых случаях конструктивная схема ленточной пилорамы может наращиваться, то есть конструкция от самой (с ручной подачей) до сложной , оснащенной автоматической подачей пильной головки, электронной линейкой (с помощью которой выставляется толщина резания) гидравлическим механизмом подачи и кантования бревен или даже программируемой системой. Предлагается окорочная фреза (дебаркер), которая снимает кору, и тельфер, подающий бревна.
Конструктивные характеристики стационарной пилорамы ПЛГ-80:
Таблица 1.5
Длина в сборе, м |
8,5 |
|
Габаритные размеры станка, мм |
980х2150х1830 |
|
Длина длины по периметру, мм |
4215 – 4250 |
Конструктивные характеристики брянской мобильной пилорамы СЛП:
Таблица 1.6
Рельсовый путь |
Две секции по 4,5 м |
|
Габаритные размеры станка, мм |
1320х2000х1800 |
Диаметры пильных шкивов, мм |
580 – 600 |
Длина ленточной пилы, мм |
4820 |
Конструктивные характеристики пилорамы ЛПК-600:
Таблица 1.7
|
Габаритные размеры станка, мм |
8000х1800х2300 |
|
Диаметр пильных шкивов, мм |
480 |
|
Длина ленточной пилы, мм |
4020 – 3976 |
Конструктивные характеристики пилорамы «Мастер 200-05»:
Таблица 1.8
|
Габаритные размеры станка, мм |
9000х2300х2150 |
|
Диаметр пильных шкивов, мм |
850 |
|
Длина ленточной пилы, мм |
6710 |
Пилорама занимает место площадью 30 м2.
1.2 Производительность типовых ленточных пилорам
При создании пилорам для определения экономической целесообразности решающее значение играет производительность. Производительность в СССР в 1965 году на маховых пилорамах достигала 100 млн. м3×год-1. Производительность одной маховой пилорамы достигало 16 – 18 м3×час-1.
Представим данные по производительности ленточных пилорам. При работе на брянской пилораме при соблюдении рекомендаций по технологии пиления одна пила позволяет распиливать до 40 кубометров древесины в смену.
Производительность ленточной пилорамы «Мастер 2000-05» доходит до 20 м3 (в Василовке находится пилорама «Мастер 2000-04»). У этой пилорамы присутствует автоматизированный привод. Подъем и опускание пильной головки производится посредством замкнутой цепной двухрядной передачи с приводом от червячного мотора-редуктора (производства Италии), обеспечивающего отсутствие люфтов, надежную фиксацию пильной головки в нужном положении и ее точную (до 0.25 мм) настройку по заданной высоте.
У пилорамы ЛПК-600 производительность в смену доходит до 12 м3 при обработке с двух сторон, а при обработке с четырех сторон – 8 м3. Срок службы пилорамы не менее 10 лет.
2
Некоторые знания в конструировании мобильной ленточной пилорамы были получены, вследствие посещения нескольких предприятий в городе Юрюзань. Таким образом одним из главных критериев в конструировании является тот, что за прототип выбрана пилорама ЛПУ-650 (выпуск – январь 2005), находящаяся в городе Юрюзань у частного предпринимателя.
Мобильная ленточная пилорама МЛП предназначена для распиловки бревен на пиломатериалы в условиях полевого лесозавода.
2.1 Конструкция пилорамы
Основными узлами ленточной пилорамы являются: скелет (каркас), пильный механизм, рельсовый путь.
Скелет состоит из направляющих под рельсовый путь, вертикальных направляющих, по которым возвратно-поступательно перемещается пильный механизм, двух наклонных стоек, поперечины между ними и перекладины. Вертикальные направляющие, стойки, поперечина, соединенный пильных механизм и перекладина создают жесткость конструкции, то есть образуют ферму. На перекладине устанавливается бачок, электрощит и пульт управления, электродвигатель и червячный редуктор, который преобразует возвратно-поступательное перемещение пильного механизма. Органы управления ленточной пилорамы расположены со стороны ведомого шкива таким образом, чтобы облегчить процесс управления установкой. Бачок предназначен для подачи СОЖ на пилу, что продлевает ее срок службы. Стойки и основа вертикальных направляющих приварены к горизонтальным направляющим, в верхней части приваривается перекладина.
Каретка перемещается на четырех роликах по рельсам. Очистка рельсового пути от налипающих смолосодержащих опилок предусмотрена на каждом из четырех роликов.
Пильный механизм представляет собой два вращающихся шкива, на которые надевается лента. Все это закрывается дверцами, то есть предусматривается защита. На защите устанавливается электродвигатель ременной передачи.
Рисунок 2 – Профиль рельс Р5
В одной секции предусмотрены две поперечные стойки в виде уголка, на которые укладываются бревна. Они также несут соединительный характер (скрепляют секцию). Значит всего шесть стоек под бревна. Стыковочные устройства обеспечивают прочность соединения секций. Крепление секций происходит следующим образом: на одной секции привариваются две пластины с отверстиями, в другой секции делаем отверстие, состыковываются секции и закрепляются с помощью болтового соединения.
Ленточная пила поставляется в готовом виде. Ее ширина – до 60 мм. Материал зависит от толщины пропила:
- до 1,5 мм материал У10А;
- свыше 1,5 мм материал сталь 9ХФ.
2.2
Эти технические характеристики будут носить предполагаемый характер. Для точного определения нужно проделать конкретные расчеты и взвешивания каждого узла, детали, а может и болта.
Таблица 2
Габариты обрабатываемых бревен, м: |
|
- длина |
1,5 – 7 |
|
- диаметр |
0,5 |
|
Масса станка, кг |
350 |
|
Скорость подачи, м/с |
0,2 |
|
Скорость пилы, м/с |
24 |
|
Потребляемая мощность, кВт |
7,5 |
|
Напряжение в цепи питания двигателя 3ф, В |
380 |
|
Частота тока, Гц |
50 |
|
Габаритные размеры станка, мм |
9000х1800х1900 |
|
Диаметр пильных шкивов, мм |
500 |
|
Длина ленточной пилы, мм |
4160 - 4190 |
2.3 Транспортировка к месту работы. Организация площадки под пилораму
Важным условием при создании мобильной пилорамы является условие транспортировки на полевой лесозавод. Пилорама частями загружается на автомашины ЗИЛ (или Урал) и Газель, причем с самой пилорамы сняты электродвигатели и шкивы, которые составляют значительную массу пилорамы, чтобы облегчить поднятие. Для поднятия пилорамы предназначено лебедочное устройство. Шкивы и электродвигатели надеваются на месте работы.
В лесу высматривается ровная площадка. По всему периметру установки пилорамы автомашины уплотняют грунт и кладутся доски под рельсовый путь, чтобы пилорама устойчиво двигалась во время работы.
Предусмотрена подвеска кабеля питания электродвигателей исполнительных органов ленточной пилорамы от дизельного генератора, потому что на земле кабель будет истоптан рабочими. Все мелкие комплектующие (болты, ремни, инструменты и так далее), выбранные из комплекта автозапчастей (продающихся повсеместно), находятся в специальном ящике. В комплект поставки пилорамы входит несколько пил. Загрузка бревен на поперечные стойки происходит при помощи специальных крюков.
При длительной работе можно сделать навес из досок.
На полевом лесозаводе работают 3-4 человека.
3 Расчет узлов пилорамы
3.1 Расчет ременной передачи
3.1.1 Подбор электродвигателя
Для выбора электродвигателя определяем требуемую его мощность и частоту вращения. Определяем потребляемую мощность привода (мощность на выходе) по формуле:
PВ = P∙ V, (1.1)
где PВ – потребляемая мощность,
P – окружная сила на шкиву,
V – скорость подачи пилы.
Сила P определяется формулой:
(1.2)
где Pокр = PТ ∙ Q ∙ Bпр∙ αпопр∙ Zреж , (1.3)
где PТ – табличная касательная сила, Bпр – ширина пропила. Bпр = 1,5 мм ([2],с. 101),
αпопр = aП ∙ aω ∙ aρ = 1,1 ∙ 0,9 ∙ 1 = 0,99 (1.4)
Определяем подачу на зуб по таблице 13 ([2],с. 101):
При высоте пропила H = 500 мм, UZ = 0,0029, αρ=1, PТ = 9 Н/мм.
Определяем количество режущих зубьев:
(1.5)
Получаем: Pокр = 8,5 ∙ 1,5 ∙ 0,99 ∙ 22 = 277,7 Н
Qокр = m ∙ Pокр = 0,3 ∙ Pокр = 0,3 ∙ 277,7 = 83,3 Н
PВ = 290 ∙ 22 = 6960 Вт
Определяем общий КПД привода:
ηобщ = ηпк ∙ ηоп.шкивов ∙ ηрп , (1.6)
где ηпк = 0,99 – КПД подшипников качения;
ηоп.шкивов = 0,99 – КПД на опору шкивов;
ηрп = 0,95 – КПД ременной передачи.
ηобщ = 0,99 ∙ 0,99 ∙ 0,95 = 0,931
Определяем требуемую мощность электродвигателя:
(1.7)
Вычисляем требуемую частоту вращения вала электродвигателя:
(1.9)
Выбираем двигатель AО2-42-2 с данными:
P = 7,5 кВт; n1 = 2900 об/мин; КПД = 88 %; cos φ = 0,91; вес 68 кг;
2.
3.1.2 Выбор сечения ремня и определение диаметров шкивов
По мощности двигателя и его частоте вращения выбираем сечение ремня типа А
Диаметр ведущего шкива определяем по формуле:
(2.0)
где T1 –крутящий момент на валу двигателя определяется по формуле:
(2.1)
мм
Минимально допустимый d1 = 90 мм. Берем d1 = 100 мм.
Диаметр ведомого шкива определяем по формуле:
d2 = d1∙ UРП∙ (1 - ε), (2.2)
где ε – коэффициент скольжения, ε = 0,01…0,02
UРП – передаточное число ременной передачи, равное:
(2.3)
где nТР – требуемое количество оборотов вала электродвигателя, тогда
d2 = 100 ∙ 1,581 ∙ (1 – 0,02) = 154,938 мм
Принимаем d2 = 160 мм.
Уточним передаточное отношение:
Рисунок 4 – Кинематическая схема ременной передачи
3.1.3 Определение межосевого расстояния
Определим ориентировочное межосевое расстояние:
a ≥ 1,55 ∙ (d1 + d2) = 1,55 ∙ (100 + 160) = 403 мм, (2.5)
Принимаем a ≥ 390 мм
Определим расчетную длину ремня:
(2.6)
Округляем до ближайшего стандартного, принимаем L = 1250 мм.
Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине
(2.7)
Угол обхвата ремнем ведущего шкива находим по формуле:
(2.8)
3.1.4 Определение скорости ремня
Скорость ремня находим по формуле:
(2.9)
где n1 – число оборотов ведущего шкива,
[υ] – допустимая скорость. Так как ремень клиновой, то [υ] = 25 м/с.
3.1.5 Определение количества клиновых ремней
Количество клиновых ремней определяется по формуле:
(2.10)
где Pном – мощность двигателя, кВт;
[PП] – допускаемая мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт.
[PП] = [P0] ∙ CP ∙ Cα ∙ CL ∙ Cz, (2.11)
где [P0] – допускаемая приведенная мощность, передаваемая одним клиновым ремнем. По ([4]) выбираем [P0] = 1,71 кВт.
C – поправочные коэффициенты, определяющиеся по ([4]).
CP = 1,3; Cα = 1; CL = 0,95; Cz = 0,95.
[PП] = 1,71 ∙ 1,3 ∙ 1 ∙ 0,95 ∙ 0,95 = 2,006 кВт. Тогда z = 3,7 ≈ 4 ремня.
3.1.6 Определение силы давления на вал
Силу давления на вал определяем по формуле:
(2.12)
где PРП – силы давления на вал с ременной передачи, Н;
P0 – сила предварительного натяжения ремня, Н.
(2.13)
PРП = 2 ∙ 77,64 ∙ 4 ∙ sin (172,3/3) ≈ 620 Н
3.2 Приближенный расчет вала
Диаметр ведомого (основного) вала рассчитываем через передаточное отношение ременной передачи. Диаметр ведущего вала на электродвигателе известен. Он стандартный.
(2.14)
где
Принимаем
4 Техника безопасности. Экологический фактор
Все рабочие полевого лесозавода по закону должны пройти инструктаж по технике безопасности. На месте работы предусмотрен огнетушитель, аптечка и так далее. Перед работой и сборкой ленточной пилорамы необходимо ознакомиться с нормами и правилами эксплуатации пилорамы. Заметим, что по нормам два человека могут поднимать не более 60 кг в течение 2 часов на высоту 1 метра, для этого на пилораме работают 4 человека, чтобы не было простоя в работе.
На пилораме предусмотрена защита в виде дверок. Они закрывают пилу. Место укладки пиломатериалов не должно мешать работе пилорамы и самим рабочим, пиломатериалы не должны вручную накладываться на высоту более 1 метра. Рабочие также выполняют погрузочно-разгрузочные работы, но для этого они тоже должны пройти соответствующий инструктаж. Рабочие должны иметь документы по вождению автомашины, а также должны правильно укладывать пиломатериалы.
Полевой лесозавод может работать месяцами и после него может остаться много мусора. Автомашины, проезжая по лесу, приносят большой вред окружающей среде. Опилы могут служить хорошим удобрением. Места проездки автомашин предусмотрено посыпать опилками, и вокруг пилорамы тоже должны лежать опилки. После окончании работы лесозавода происходит уборка территории.
Список используемой литературы
1)
2)
3)
4)