ABSTRACT
The method of forecasting performance of round saws, based on the use of infrared radiation pyrometer.
Ключевые слова: температурный контроль; диск пилы; инфракрасный пирометр; режущий инструмент; зона нагрева.
Keywords: temperature control; saw disk; infrared radiation pyrometer; cutting tools; heating zone.
Деревообрабатывающий инструмент в процессе работы, как и любой другой, подвергается тепловому воздействию, возникающему в результате действия сил трения при резании материала. Особенность круглых пил заключается в том, что среди многочисленных влияющих на работоспособность факторов, весьма значительное влияние оказывают величина и распределение нагрева корпуса пилы [4]. Неравномерный нагрев при определенных параметрах может привести к нарушению плоского состояния вращающегося диска, в следствие чего происходит нарушение функционирования круглопильного станка [6], т. е. можно говорить о возникновении механического отказа оборудования. Такое явление наиболее часто происходит при продольной распиловке древесины.
С целью возможного предотвращения «зарезания» и «горения» круглых пил авторами была сформулирована исследовательская задача — установить возможность и условия прогнозирования нагрева в процессе распиловки.
Устанавливая возможность прогнозирования момента возникновения отказа, необходимо учитывать следующие условия [1]:
1. установлен параметр прогнозирования (ПП);
2. имеется возможность периодического или непрерывного контроля ПП;
3. известен критерий предельного состояния.
1. В качестве параметра прогнозирования принимаем величину температурного перепада (
), суть которого заключается в разности температур наружной кольцевой зоны пильного диска, прилегающей к окружности межзубовых впадин (ТН) и температуры средней кольцевой части диска, прилегающей к внешней окружности зажимных фланцев (ТВ). При условии ТН > ТВ — перепад считается положительным, и наоборот. Отметим, что оба вида температурных перепадов возможны при различных обстоятельствах, но наиболее опасным и меньшим допустимым значением обладает положительный, нежели отрицательный перепад. В связи, с чем этому виду уделяется большее внимание.
Параметр является косвенным технологическим, изменяющимся в результате изменения прямых параметров ТН и ТВ.
2. Температуру указанных кольцевых зон пильного диска предлагается определять инфракрасными радиационными пирометрами. Так как процесс пиления является скоротечным (продолжительность непрерывного пиления, из-за высоких скоростей резания и подачи, не превышает 1—2 минут), контроль следует проводить посекундным.
3. Критерием предельного состояния является величина допустимого температурного перепада. Для пил, работающих без принудительного охлаждения водой или водо-воздушной смесью, определяется по формуле [7]:
(1)
где: 
— коэффициент, учитывающий долю мощности резания, расходуемой на нагрев диска пилы (без зубьев);
— мощность резания на одну пилу, кВт;
— диаметр и толщина пильного диска, мм;
п — частота вращения пильного вала, мин-1.
Далее выбирался метод прогнозирования. Принимая во внимание различие свойств распиливаемых материалов даже в одной размерно-качественной группе, возможные значительные отклонения ПП в общие моменты процесса пиления, динамичность процесса и невозможность получения полной и достоверной статистической информации, в качестве метода прогнозирования использовано прогнозирование по реализации изменения параметра [3].
При прогнозировании по реализации принимают, что изменение ПП конкретного объекта характеризуется экстраполяционной функцией и средним квадратическим отклонением этой функции от фактического изменения ПП. Каждому изменению параметра соответствует остаточный ресурс. То есть в рассматриваемом случае остаточный ресурс допустимого температурного перепада в i-й момент времени:
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
– (ТНi — ТВi). (2)
Дальнейшие действия рассмотрим на примере выполнения и обработки результатов одного из опытов натурного эксперимента, проведенного в реальных производственных условиях.
Производилось продольное пиление березовых необрезных пиломатериалов, длиной 6 м и толщиной 50 мм, на круглопильном станке ЦДК-4-2. Скорость подачи составляла 18 м/мин. Режущим инструментом (объектом исследования) была пила с твердосплавными напайками фирмы «Paritet» 400х36х50. Температура ТН определялась инфракрасным пирометром «Condtrol 2 IT» с точностью 0,2оС. Температура ТВ в течении опыта не изменялась и была равна температуре окружающего воздуха в цехе 23оС. Продолжительность пиления составила 20 сек. Параметры ПП и первичной обработки опыта представлены в таблице 1.
Расчетная величина 
с учетом того, что установленная мощность электродвигателя пильного механизма ЦДК-4-2 10 кВт, КПД передачи 90 % и частота вращения пильного вала 2940 мин-1 [5], по формуле 1 составила 34,97оС и принята в дальнейшем 35оС.
Период наработки на отказ (интервал корреляции) принимаем последние десять секунд. Рассчитываем среднюю скорость изменения ПП — VTср, которая составила 0,6оС/сек. Среднеквадратичное отклонение скорости σ и коэффициент вариации скорости изменения ПП V соответственно равны 0,39 и 0,65. Верхняя и нижняя доверительные границы скорости изменения ПП определяются по формуле:
(3)
где: 
, равно 1,65.
Расчет показывает 
=0,4оС/сек. Из дальнейшего рассмотрения исключаем нижнее значение, так как верхнее значение скорее приближает момент отказа.
Таблица 1.
Результаты наблюдений и обработки
| Время t, сек | Температура ТН, оС | Перепад , оС |
СкоростьVT, оС/сек | Остаточный ресурс  , оС |
| 1 | 27,0 | 4,0 | // | 31,0 |
| 2 | 27,0 | 4,0 | // | 31,0 |
| 3 | 27,6 | 4,6 | // | 30,4 |
| 4 | 28,2 | 5,2 | // | 29,8 |
| 5 | 29,0 | 6,0 | // | 29,0 |
| 6 | 30,8 | 7,8 | // | 27,2 |
| 7 | 33,2 | 10,2 | // | 24,8 |
| 8 | 34,0 | 11,0 | // | 24,0 |
| 9 | 35,0 | 12,0 | // | 23,0 |
| 10 | 35,4 | 12,4 | // | 22,6 |
| 11 | 35,6 | 12,6 | 0,2 | 22,4 |
| 12 | 36,0 | 13,0 | 0,4 | 22,0 |
| 13 | 36,6 | 13,6 | 0,6 | 21,4 |
| 14 | 38,4 | 15,4 | 1,8 | 19,6 |
| 15 | 38,8 | 15,8 | 0,4 | 19,2 |
| 16 | 39,0 | 16,0 | 0,2 | 19,0 |
| 17 | 39,6 | 16,6 | 0,6 | 18,4 |
| 18 | 41,0 | 18,0 | 1,4 | 17,0 |
| 19 | 41,2 | 18,2 | 0,2 | 16,8 |
| 20 | 41,4 | 18,4 | 0,2 | 16,6 |
Далее проводим аппроксимацию функции ТН(t). Учитывая, что исследуемая зависимость в интервале 
непрерывно и монотонно возрастает (коэффициент корреляции r=0.98), рассчитаем коэффициенты линейного и степенного уравнений регрессии [2]. Значения ТН(t) представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты прогнозирования остаточного ресурса
| Время
t, сек |
ТН(t)=35,69t0.0726
(Ряд 2) |
ТН(t)=0.69t+34.95
(Ряд 3) |
||
| Температура ТН, оС | |
Температура ТН, оС | |
|
| 20 | 41,0 | 17,0 | 41,8 | 16,2 |