Подбор двигателя привода механизма резания лесопильной рамы

Исходные данные

Таблица 1 - Исходные данные

Рисунок 1 - Общая схема вертикальной лесопильной рамы 1 - коленвал; 2 - шатун; 3 - пильная рамка; 4 - маховик; 5 - шкив клиноременной передачи; 6 - электродвигатель; 7 - сечение бревна

1.Подбор двигателя привода механизма резания лесопильной рамы

.1. План положений. Структурный анализ механизма резания лесопильной рамы

а) План положений

Вычерчиваем на листе бумаги в масштабе 1:10 план положений звеньев механизма лесопильной рамы согласно данным задания (таблица1). Построение производятся согласно рекомендациям, изложенным в п.1.1. План положений изображен на рисунке 1 приложения.

б) Структурный анализ механизма резания лесопильной рамы рассматривая механизм плоским, определяем число степеней свободы механизма по формуле П.Л. Чебышева

Wn = 3n - (2pн + рв - qн) = 3×3 - 2×4 = 1

где n = 3 - число подвижных звеньев (кривошип, шатун, ползун),

рн = 4 - число одноподвижных кинематических пар (А, В, С, Д - поступательная пара ползун-стойка),

рв = 0 - число высших пар (двух подвижных),

qn = 0 - число избыточных связей; избыточные связи ликвидируются зазорами в парах, либо конструкцией кинематических пар.

Полученное число степеней свободы Wn = 1 показывает : положения механизма в любой момент определяются одной независимой координатой, например, углом положения кривошипа, т.е. углом a.

1.2 Планы скоростей

Текущие положения отдельных точек звеньев и скорости их в данном случае, учитывая, что к = о (смещение линии движения ползуна) определяются формулами

;

; ; ;

,

где r1 = 0,32 м; L = 2,2 м; n1 = 320 мин-1; a1 = 00; a2 = 450 ; a3 = 900;

a8 = 3150; a9 = 3600;

L = 4,4 м 2L2 = 9,68,

Таблица 2. Скорости отдельных точек отдельных звеньев механизма

.3 Силы резания

Упрощенная диаграмма сил резания задается в задании.

Процесс пиления происходит во время рабочего хода, что соответствует положениям механизма 5, 6, 7, 8, 9, при этом кривошип совершает пол-оборота. Наибольшее значение силы резания Fр = 19 кН. Сила резания во время рабочего хода принимается по величине постоянной, которая имеет направление противоположное скорости движения пильной рамки (рисунок 3).

1.4.    Приведенные моменты сил резания

Приведенные моменты сил резания определяются по формуле

 ,

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3. Приведенные моменты сил резания

По полученным расчетным величинам строим график с использованием масштаба приведенных моментов mм., mм = 10мм/1 кНм .

1.5.    Работа сил резания

Работу сил резания определяем, используя метод численного интегрирования по формуле:

Ординаты  не совпадают по значениям,

- являются средними величинами, .

Подсчитанные таким образом ординаты внесены в таблицу 3.

Δj = p/4 = 0,79

Полная работа сил резания за цикл хода пильной рамы составит величину

1.6.    Определение мощности электродвигателя. Выбор типа электродвигателя

Потребная мощность двигателя определяется по формуле:

где Тц - время одного оборота коленвала Тц = 60 /n1 = 60/320 =0,1875

Следовательно, .

Используя приложение Г таблица Г1, выбираем электродвигатель типа 4АC250M4Y3, РД = 63 кВт.

Для обеспечения частоты вращения коленвала лесопильной рамы

n1 = 320 мин-1 между коленвалом и валом двигателя ставим ременную передачу с передаточным отношением U = nдв / n1 = 1365/ 320 = 4,2.

Вывод: по заданным условиям выбран двигатель 4АC250M4Y3.

2. Расчет маховика

.1 Определение потребного приведенного момента на кривошипе

 от вращающего момента двигателя МД

Используя формулы

;

,

Тц = 60 /n1 = 60/320 =0,1875

 - угловая скорость вращения двигателя.

U = 4,2, Ар = 10,5 кДж , Тц = 0,1875,

Получим значения величин

,

При работе лесопильной рамы в рабочем режиме пиления обороты двигателя изменяются незначительно, поэтому можно считать что момент, передаваемый двигателем, имеет постоянную величину за весь период цикла МД = 0,39 кНм.

В рассматриваемых вычислениях кпд механизма мы не учитываем, так как рассматриваем только процесс пиления в чистом виде без сил сопротивления.

Значения  заносим в таблицу 4.

Таблица 4. Работа внешних сил Аå.

.2 Определение суммарного приведенного момента внешних сил

Суммарный приведенный момент внешних сил определяется по формуле

учитывая, что результирующая функция  кусочно-гладкая, практическая задача решается численными методами - определением значений величин в отдельные моменты, в отдельных положениях.

Поэтому имеем , i = 1, 2, 3 …9.

Результаты подсчетов приведены в таблице 4, по которым построен график (рисунок 5).

.3 Работа внешних сил Аå.

Работа внешних сил Аå определяется по формуле:

Для численных расчетов используем выражение:

,

 - среднее значение в текущем положении механизма

Dj1 = p/4.

Результаты расчетов заносим в таблицу 4 и строим график (рисунок 6).

2.4     Определение кинетических энергий Т0, ТI, ТII.

Значение кинетической энергии Т0 в начале цикла определяется по формуле

.

Учитывая незначительные колебания угловой скорости кривошипа, можно принять w0 = w1 , w1 = p n1 /30

Величина приведенного момента инерции в начале цикла  определяется по формуле

При вычислении величины значения скоростей  необходимо выбирать для начального первого положения механизма:

Up = 4,2, m1, AS1, r1, L , J2, m3, - данные из таблицы 1.

Значение кинетической энергии Т0 в начале цикла определяется по формуле

.

Значения величины Т|| определяем для каждого положения механизма и вносим в таблицу 5.

Величина кинетической энергии  в каждом текущем положении определяется в результате простых арифметических операций сложения и вычитания

Результаты расчетов вносим в таблицу 5.

Таблица 5. Кинетические энергии .

При использовании формулы  появляются величины , которые имеют отрицательные значения, что противоречит смыслу кинетической энергии, имеющей только положительное значение, так как и скорость - величина всегда положительная.

Отрицательные значения для таких величин появляются при формальных арифметических операциях, связанных с их начальными значениями или направлениями.

В данном случае результат по формуле  может иметь отрицательное значение, если в значение  не включена кинетическая энергия маховика, но он на данном этапе расчетов неизвестен, поэтому маховик в расчеты не включен. По табличным данным построены графики. Для расчета маховика не сами значения, а их разности, значения которых не зависят от . Действительно

т.е. при вычислении разности значений  значение величины  вообще выпадает.

Наличие значений  с отрицательным знаком означает, что без достаточного маховика данный механизм в заданном режиме работать без остановок не может.

Используя данные таблицы 5, определяем наибольший размах величины :

Определяем наибольший размах величины Т|

D T|max = T|max - T|min = 6837 - (-30779) = 37616 Дж.

Определяем величину момента инерции звеньев первой группы

d = 0,04 - коэффициент неравномерности хода звена приведения (кривошипа или коленвала).

Вычисляем величину момента инерции звеньев первой группы:

.5 Определение момента инерции маховика (метод К.Э. Рериха)

Для определения величины момента инерции маховика Jмахов используем формулу

.6 Определение массы и геометрических размахов маховика

Масса маховика определяется по формуле

;

где de = 1 , k = 0,8.

Ширина обода определяется по формуле

;

,

где  - плотность стали, шатуна.

Маховик с шириной обода B = 1,8 м является слишком широким, поэтому имеет смысл такой маховик заменить двумя одинаковыми с размерами

de = 1 , k = 0,8,

- внутренний диаметр обода маховика

Момент инерции каждого из двух маховиков составит величину

.7 Определение посадочного диаметра вала под маховик

Посадочные диаметры под маховик определяем по формуле:

;

где ,

,

,

,

При расчете диаметра вала по вращающему моменту от двигателя получим значение:

.

В конструкции вала принимаем большее значение диаметра вала, т.е.

dмахов = dв =180 мм

электродвигатель лесопильный рама маховик вал

Заключение

Для нормальной работы лесопильной рамы при принятом коэффициенте неравномерности вращения коленвала δ = 0,04 на него должны быть установлены два маховика с основными размерами : de = 1000 мм, dr = 800 мм, В = 900 мм, dв =180 мм.

Кинетическая энергия, запасенная одним маховиком, определяется по формуле

Как следует из расчетов, величина кинетической энергии, запасенная маховиком, на порядок выше кинетической энергии всех остальных звеньев лесопильной рамы, что позволяет использовать маховик как аккумулятор кинетической энергии, обеспечивая заданный режим неравномерности вращения коленвала.

Библиографический список

2.       Фролов К.В. и др. Теория механизмов и машин. - М.: 1987.- 496 с.

3.       Попов С.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. М.: 1986. - 296 с.

4.       Манжос Ф.М. Деревообрабатывающие станки. - М.: 1974. - 454с.

.         Справочник по электрическим машинам Т1, Т2 Под редакцией Капылова Ч.П. - М.: Энергоиздат, 1988. - 678с.