Проектирование механизма автоматической распиловки горбыля

Пояснительная записка состоит из 26 страниц, включает в себя 8 рисунков и 6 таблиц. При работе были использованы 5 источника литературы, из которых 4 ссылка на Web-страницы Internet.
Ключевые слова: пила, асинхронный двигатель.
Цель работы: спроектировать механизм автоматической распиловки горбыля для устройства переработки отходов деревообрабатывающих пунктов
Содержание работы: в работе приводится расчёт некоторых агрегатов механизма, приведены чертежи агрегатов, разработана силовая электрическая схема привода горизонтального пиления.
...

Определения 4
Обозначения и сокращения 6
Введение 7
Анализ задания 8
Подбор пилы 9
Разработка каркаса для пилы 9
Расчёт габаритов и мощности двигателя для лучковой пилы 10
Проектирование механизма пиления 12
Механизм горизонтального движения пилы 12
Проектирование механизма подъёма пилы 15
Механизм защитного движения 17
Проектирование силовой части привода горизонтального пиления 20
Подбор твердотельного реле 22
Проектирование системы защиты, выбор элементов системы защиты 23
Заключение 25
Список использованных источников 26

На данный момент множество складов деревообрабатывающих пунктов забиты отходами (горбылём). Данный материал можно использовать в виде дров, но перед тем как использовать горбыль его нужно распилить. На рынке имеется несколько решений, но они имеют недостатки.
В ходе данной курсовой работы был создан механизм, способный производить автоматическую распиловку горбыля.

Разработка каркаса для пилыЛучковая пила представляет собой конструкцию, состоящую из средника, боковых стоек и шпильки для натяжки пилы. Схема данного каркаса указана на рисунке 1.Рис.3 Схема лучковой пилыОпределим основные габариты каркаса пилы. Построим чертёж и определим максимальную длину пилы. Рис.4 Схема движения пилыВ ходе построения было выяснено, что длина ленточной пилы не должна быть меньше 1141 мм. Следовательно, выберем длину равную 1200 мм.Исходя из габаритов бункера, габариты каркаса будут следующие: расстояние между полотном и средником равна 920 мм, длина равна длине пилы плюс ход резьбы и, следовательно, она равна 1400 мм, расстояние между шпилькой и средником 500 мм. Силу натяжения пилы будем рассчитывать на практике.Расчёт габаритов и мощности двигателя для лучковой пилыТак как станок может использовать отходы после пиления ленточной пилой, то произведём расчет ленточной пилы, подходящей под наш агрегат. Пилу мы будем использовать для распиловки горбыля и негабаритных брёвен, следовательно, исходя из ГОСТ 6532-77 и условия, что ширины пропила не менее 200 мм, то пилу мы будем брать с габаритами:Табл.2 Характеристики пилы ГОСТ 6532-77Обозначение пилыДлиннаBStзhrybГрад.-003685001501,43010320 50Далее добавим несколько условий для расчёта мощности двигателя. Высота пропила t = 600 мм. Частота пилы 500 оборотов в минуту. Влажность древесины W > 30%, зубья пилы плющеные, скорость подачи Vs = 1,3 м/мин. КПД привода η = 0,8. Определим силы резания и мощность электродвигателя механизма главного движения. 1. Ширина пропила при уширении зубьев на сторону s' = 0.4 ммb=s+2*s'=1,4+0,8=2,2 мм2. Подача на зуб по производительностиSz=tз26*t=9006*600=0,75 мм3. Определим силу резанияУдельная сила резанияFуд=αp*pa+k+α*pb*au*awau=1 – поправочный коэффициент на породу дерева.aw=0,89 – поправочный коэффициент на влажность дерева.p=7,06 H/мм – фиксированная сила резания для древесины сосна. a= Sz=0,75 Мпа – давление о трения опилок в пропили.αp=1+1+0,1*kp*Δpp0+50 – коэффициент затопления.p0=3…10 мкм – значение единичной касательной силы резания. Δp=Δγ*l*n*Kn*Ku1000 – величина затопления режущей кромки лезвия.Δγ=0,001 мкм/м – величина затупления режущей кромки зуба на 1 м пути в древесине. l=200 мм – длина продольного движения пилы за 1 пропил.Ku=0,95 – коэффициент использования станка во времени.Kn=0,9 – коэффициент производительности станка. k=0,55*σ+0,19*30-V-19,6 – касательное давление срезаемого слоя на переднюю поверхность зуба.V=l*n60*1000=1,6 м/с – скорость движения пилы.Подставим коэффициент и найдём удельную силу резания.k=0,55*σ+0,19*30-1,6-19,6= 30,196Δp=0,001*200*500*0,95*0,91000=0,0855 αp=1+1+0,1*30,1967,06*0,085510+50=1,002 Fуд=1,002*7,060,75+30,196+0,2*6002,2*1*0,89=83,8 Н Определив удельную силу резания можно рассчитать силы, действующие на ось ОХ и ОУ.Fx=Fуд*b*t*Sz2*tз=83,8*2,2*600*0,752*30=1382,7 Н – горизонтальная составляющая силы.Fz=Fx*0,5=691,35 Н – вертикальная составляющая силы.Найдя силы, действую на пилу, произведём подсчёт мощности двигателя для горизонтальной силы. P= Fx*V1000*0,8=2,7кВт – мощность двигателя для горизонтального пиления.Проектирование механизма пиления Механизм горизонтального движения пилыМеханизм горизонтального движения пилы будет представлять из себя эксцентрик. На рисунке 2 указана схема данного механизма. Рис.5 Схема эксцентриково механизмаПроизведём расчёт вала эксцентрика на растяжение и сжатие. Напряжённость рассчитывается по формуле:σ=NAГде N- сила, действующая на вал. А – площадь поперечного сечения. σ=140 МПа – Придельное значение допускаемых напряжений для углеродистой стали. Следовательно, диаметр вала равен:d=1387140*106*π=0,0017 м В итоге мы получаем, что диаметр вала не должен быть меньше 0,0017м. Так как мы должны обеспечивать движение пилы в 20 см, то габариты большого вала будут: 30 мм – диаметр, 10 мм – ширина.Толкатель будет крепиться к малому валу и к пиле, следовательно, в толкатель нужно установить подшипники. Так как движения вращательное вокруг одной оси, то, следовательно, воспользуемся таблицей подбора подшипников радиальных шариковых однорядных. В итоге мы получаем подшипник 100804 ГОСТ 8338-75 с габаритами:Табл.3 Габариты подшипника ГОСТ 8338-75Внутренний диаметрВнешний диаметрШирина20 мм32 мм7 ммОпределившись с габаритами механизма и с основными параметрами толкателя, произведём сборку 3D модели в программе Inventor.Рис.4 3D модель механизма горизонтального движения пилыДалее произведём выбор двигателя и подсчёт редуктора для данного механизма. При анализе передачи было выяснено, что требуемый момент на выходном валу равняется 19 Н*м, следовательно, мы можем выбрать двигатель без передачи с характеристиками:Табл.4 Характеристики двигателя для горизонтального движения пилыЭлектро-двигательМощнкВтОб/минТок при380В, АKПД, %Kоэф.мощн.Iп/IнМасса кгЭлектродвигателивыпускавшиеся ранееАИР 112 МВ837507,8790,746484А112МВ8 4АМ112МВ8Момент на валу двигателя равен:Тв=9,5*Рвn=38 =38 Н*мСледовательно, двигатель можно подключать без редуктора.Проектирование механизма подъёма пилыМеханизм поднимания пилы будет представлять из себя кулачок, приводящийся в движение приводом. Кулачок будет давить на пилу, тем самым поднимая её. На рисунке 4 показана схема кулачкового механизма.Рис.6 схема кулачкового механизмаОпределим силу нужную для подъёма пилы.В ходе практического анализа были выявлены основные габариты кулачка. На рисунке 6 изображена схема движения кулачка.Рис.7 Схема движения кулачкаДля расчёта силы воспользуемся формулой расчёта угла между силами:tanγ=Rmin2-e2+SiSI-eГде Rmin=100 мм – минимальный радиус кулачкаe=43 мм – эксцентриситет (расстояние от оси толкателя до центра вращения кулачка) Si=73 мм – перемещение толкателя в данном положенииSI=Vtωкул – аналог скорости толкателяVt=2*π*50*Rt*360=2*50*3,14*1,45*360=0,2 м/сωкул= 2*πt*360*30=0,17 рад/сtanγ=Rmin2-e2+SiSI-e=1002-432+730,20,17-43=-3,9Найдём силу, действующую на кулачок относительно силы тяжести пилы. Сила тяжести пилы приблизительно равна 800Н.Воспользуемся формулой равенства момента силF1*l1=F2*l2Тогда сила, действующая на кулачок, будет равна:F2=F1*l1l2=800*20,05=32кНОпределим силу для подъёма пилы:tanγ=F2FxFx=F2tanγ=320003,9=8,2кНОпределим требуемую мощность:P= Fx*0,0141000*0,8=0,143кВтОпределим требуемый момент:M=Fx*l2=8200*0,084=689 Н*м Определив мощность двигателя, требуемый момент и габариты кулачка построим 3D модель кулачка. Рис.8 3D модель кулачкаМеханизм защитного движенияПри движении пилы в обратном движении может происходить закусывание пилы, следовательно, нужно разработать механизм, который будет менять траекторию движения пилы в обратном направлении. Было решено, что пила будет двигаться в специальных рельсах, при движении вниз по одной группе, при движении вверх по другой. Изменять траекторию будут специальные подпружиненные толкатели. Средник пилы будет двигаться по рельсам. Толкатели будут давить под действие шпильки. Схема данного механизма представлена на рисунке 4. Рис.9 Схема механизма защитного движенияПроизведём расчёт основных габаритов. В ходе проектирования каркаса механизма было выявлено, что расстояние между средником и шпилькой равно 500 мм. Рис.10 Графическая модель движения пилыНа рисунке 5 под цифрами указаны, 1 - каркас пилы, 2 - бункер, 3 - траектория движения шпильки, 4 - траектория движения средника, 5 - направляющие рельсы, 6 - толкатели.В ходе моделирования было выявлено, что максимальная высота внутренних рельсов направляющих равна – 1300 мм. Расстояние между рельсами около 30 мм, так как диаметр средника 20 мм. Внутренняя ширина приблизительно 10 мм, так как нам нужно всего лишь на несколько градусов повернуть пилу. Высота толкателей 40 мм ширина 30 мм. Длинна толкателя должна составлять 30 мм. Толкатель должен производить поступательные движения на 30 мм.