АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ЗУБЬЕВ ПИЛЫ ПИЛЬНОГО ДЖИНА ИЗГИБАЮЩИХСЯ ПОД ДЕЙСТВИЕМ НАГРУЗКИ

АННОТАЦИЯ

В статье разработана математическая модель технологического процесса термической обработки зубьев пилы с помощью лазерного луча и рекомендован современный и высокоэффективный технологический процесс для обработки зубьев пилы с помощью лазерного луча, позволяющий сохранить естественное качество продукциии. В результате повышения прочности зубьев пилы с использованием новой технологии лазерной обработки срок службы пил увеличился рабочий ресурс, стоимость, производительность и эффективность пильного цилиндра.

ABSTRACT

The article developed a mathematical model of the technological process of heat treatment of saw teeth using a laser beam and recommended a modern and highly efficient technological process for processing saw teeth using a laser beam, which allows preserving the natural quality of products. As a result of the increased strength of the saw teeth using the new laser processing technology, the service life of saw blades has increased, the cost, productivity and efficiency of the saw cylinder has increased.

Ключевые слова: джинный пил, чистота, шлифование, отпуск, технологический процесс, остаточная деформация, геометрический размер, слой, твердость, долговечность, минимум тепла, полируемая поверхность, воздействие раствора, охлаждение, продолжительность цикла, нагрузка, зубя пил, уравнение, наклон.

Keywords: with saw, cleanliness, grinding, release, technological process, residual deformation, geometric size, layer, hardness, durability, minimum heat, polished surface, solution exposure, cooling, cycle time, load, saw. tooth, equation, slope.

Введение

Одним из распространенных методов термической обработки является технология лазерного травления. Суть метода, выбранного нами для данной работы, заключается в том, что высококонцентрированный источник энергии – лазерный луч как источник локальной термической обработки (закалка) имеет высокие технологические и технико-экономические преимущества перед традиционными объемными или термическими и химико-термическими технологиями обработки.

При рассмотрении этого метода с научной точки зрения лазерная оснастка поверхностей устраняет недостатки объемной термической оснастки, химико-термической обработки и в то же время открывает новые потенциальные технологические возможности при оснастке поверхностного слоя деталей машин и механизмов [1].

Современный уровень развития лазерной техники и техники рассматривает лазер как удобный, экономичный и надежный инструмент для термической шлифовки поверхностного слоя деталей машин широкой номенклатуры.

Воздействие лазерного луча на поверхность сталей приводит к комплексному улучшению физико-химических, механических свойств поверхностного слоя, что проявляется в высокой дисперсности и изотропности структуры поверхностного слоя, повышенной микротвердости, термостойкости, коррозионной стойкости и стойкости к истиранию [2].

Преимущества лазерной шлифовки можно классифицировать по технологическому, энергетическому, эксплуатационному и экологическому типам.

Метод лазерного термического осветления (закалки) имеет ряд технологических преимуществ перед традиционными методами термической обработки, которые проявляются в следующих свойствах [3]:

• не требуется проводить технологический процесс выписки после лазерной шлифовки;
• остаточные деформации будут минимальными или отсутствовать вообще;
• при лазерной шлифовке геометрические размеры детали сохраняются в допустимых пределах;
• повышается твердость отслаивающегося слоя;
• повышенная устойчивость к истиранию;
• обработанная деталь требует минимального нагрева;
• локально воздействует на осаждаемую поверхность;
• охлаждающие жидкости не требуются;
• легко автоматизировать и роботизировать;
• сокращается продолжительность термического цикла отжига.

Основная часть

Анализ эксплуатационного состояния зубьев пилы-демона показывает, что главным критерием их работоспособности является прочность на съедание. При этом основное внимание уделяется абразивному разъеданию и механическому разъеданию в виде пластикового дробления [3].

При соединении зубьев пилы с необработанным валиком в процессе демонтажа происходит непрерывная нагрузка на границу их передней поверхности от торца к основанию. Интенсивное разъедание зубьев пилы-демона происходит при гниении низкосортного хлопчатобумажного сырья, содержащего, помимо примесей, твердые минеральные частицы абразивного свойства (корунд, гранит, известняк), разъедающие и удаляющие микроразмеры в стыке поверхностных слоев зуба. При таком взаимодействии изменяются геометрические параметры зуба: уменьшается его высота, сзади образуется съедобная фаска, кончик зуба и края боковой поверхности становятся непроницаемыми (закругленными). Такие изменения профиля зубов уменьшают их способность захватывать, что, конечно же, снижает плодовитость линьки и увеличивает волосатость линьки.

Дробление пластика на концах зубьев пилы препятствует их проникновению в необработанный валик и уменьшает количество волокон, которые можно вырвать из семян.

Решение проблемы

Трансформация наконечника зуба и его изгиб в направлении вращения зубила пилы может привести к снижению эффективности резания на высоком уровне из-за уменьшения технологического зазора между зубьями. Утрата пилообразным зубом такой работоспособности может происходить из - за недостаточной жесткости пилообразных материалов, наличия случайных твердых посторонних предметов в хлопчатобумажном сырье, а также при обработке низкосортных плотных и влажных хлопчатобумажных материалов.

Рисунок 1. График изменения профиля зубов из-за изгиба и раздавливания пластика

Рисунок 2. Консольный молоток длиной l, постоянной шириной b и переменной высотой h(x), нагруженный равномерно распределенной нагрузкой q

Первоначальный наклон зубчатого конца или его верхней части можно рассматривать как изгиб консольного молотка под действием силы при переменном сдвиге в стыке с необработанным валиком (рис.1). Хотя характер нагрузки на переднюю поверхность зуба неравномерен, в первом приближении предположим, что зуб нагружен плоской распределенной нагрузкой q (рис.2).

Поэтому аналитическая оценка изгиба зуба под воздействием технологической нагрузки по заданным геометрическим параметрам имеет ярко выраженный научно-практический интерес, поскольку позволяет рассчитать величину изгиба зубного наконечника (кончика консольного молотка), определить степень влияния параметров зуба и обосновать их значения, которые впоследствии могут быть изменены для повышения их кривизны и сопротивления пластическому раздавливанию.

Зуб пилы пильного джина b постоянной ширины, h(x) переменной высоты VS обрезку принимаем в виде усиленного AV консольного молотка (рис.2). Равномерно распределенная нагрузка q равна отношению суммарной силы, действующей на вершину VAS клин, к длине AV передней поверхности зуба.

M₀ – изгибающий момент, Пусть W₀-момент сопротивления части VS, к которой прикреплен молоток. Условие равного сопротивления (равной прочности) этого молотка изгибу может быть использовано следующим выражением [4]:

                                                     (1)

здесь: [σ]  –  допустимое нормальное напряжение при изгибе, MПa.

Если учесть M (x), W (x) - соответственно изгибающий момент и момент сопротивления сдвига на расстоянии x от конца молотка, то (1) Определить выражения величин, входящих в уравнение:

;

;

получаем:

                                                   (2)

Из пропорционального соотношения

Выходить , или  принимая во внимание закон изменения высоты обрезки, получим:

           ,                                        (3)

здесь: β – острый угол клин, град.

При этом момент инерции сдвига mn зависит от момента инерции J₀:

           ,                                           (4) 

из уравнения молотка с изогнутой осью [3]

                                                       (5) 

(4) учитывая выражение,

           ,                (6) 

(6) интегрируя дифференциальное уравнение на x, получим следующее выражение

,

здесь: S₁  константа интеграции x=l=ho/tgβ, y΄=0 находим из начального условия, когда:

           .                        (7) 

(7) если мы интегрируем дифференциальное уравнение во второй раз, оно будет выглядеть так [5]:

. 

S₂ константу если x=l=h_o/tgβ, из начального условия определим y=0:

.

Таким образом, уравнение изгиба будет выглядеть следующим образом.

                           (8)

Наибольший изгиб рассматриваемого молотка будет при сдвиге x = 0. Чтобы учесть это условие, необходимо переформулировать последнее произведение выражения (8):

.

Если x → 0  , то правая часть последнего уравнения стремится к нулю, то есть:

.

Таким образом, наибольшее значение изгиба балка составляет:

.                                                    (9)

Оцениваем изгиб зуба джинной пилы при технологических нагрузках. Данные для расчета: Ye = 2·10⁵ N/mm² – модуль вязкости стали; b = 0,95 mm – толщина зубьев; h₀ = 1,5 mm – измерение высоты основания зуба; β = 20⁰ –  угол заточки зуба;

, mm⁴- момент инерции относительно оси режущей кромки, соответствующей основанию зуба; q=P/l – равномерно распределенная нагрузка, N/mm; R – суммарная сила, действующая на зуб до 6-10 N,  l, mm – длина передней поверхности зуба, равно  на 3 мм.

Вывод

Наибольший изгиб кончика зубьев джинной пилы, рассчитанный из теоретических расчетов по уравнению (9), составляет 0,008 мм, что более чем в 5 раз превышает изгиб под действием суммарной силы, приложенной к концу зуба. Таким образом, технологическая нагрузка на захват свободных волокон передней поверхностью зуба приводит к незначительному изгибу в направлении, противоположном вращению пилы при прокалывании.

Изгиб кончика зуба может быть вызван интенсивным воздействием плотного необработанного валика на заднюю поверхность зуба, что приводит к большему наклону профиля в сторону направления вращения. При этом передняя поверхность зуба соединяется со свободным волокном только при его входе в необработанный валик и разрыве волокон. Затем задняя поверхность активно взаимодействует с необработанным валиком по всей дуге сцепления и подвергается длительному воздействию силы по отношению к передней поверхности зуба [6].

Изменение пластической формы зубчатого наконечника в сторону направления вращения пилообразного цилиндра также может вызвать концентрацию удельной нагрузки в зоне разъедания, создаваемой необработанным валиком на задней поверхности зуба.

Наклон профиля зуба также может быть вызван его недостаточной жесткостью или неравномерным распределением по толщине из-за обезуглероживания поверхностного слоя при термической обработке поверхностного слоя конструкции.

Таким образом, отклонение зуба джинной пилы консольной балки с переменным сечением под действием технологических нагрузок оценивается как наибольшее отклонение в соответствии с уравнением оси. Основывается на том, что можно избежать больших отклонений профиля зуба, снижающих эффективность демонтажа за счет внедрения технологии механической арматуры, приводящей к деформационному армированию (уплотнению) поверхностного слоя и образованию в нем остаточных сжимающих сил.

Список литературы:

1. Сафаров Н.M., Махкамов Р.Г Теоритическая оценка энергозатрат на процесс пильного джинирования. Журнал «Проблемы механики», T.1994. №6.
2. Сафаров Н.M., Махкамов Р.Г Разработка динамической моделей пильного джинирования. Журнал «Проблемы механики», T.1996. №3.
3. Safarov N.M. Jinlash jarayonida arra bilan tuzoq orasidagi o’zaro bog’lanishning analitik tahlili. “Mexanika muammolari” jurnali, 1-son, 2002 y.
4. Safarov N.M.  B.Mardonov, A. Majidov, I. Ibroximov Mathematical model of cotton extraction from smooth cotton seeds. //international Journal of Advanced Research in Science, Enjineering and Technology vol. 6, Issiue 11, november 2019 ISSN:2350-0328.
5. Сафаров Н.M., Мажидов A.T. Энергопотребление в процессе пильного джинирования. Univеrsum Технические науки. Выпуск 1(58) январь, 2019г.  стр.24-29.
6. Safarov N.M.  Axmedxodjaev X.T,  Majidov A.T, Application of energy-saving texnological processes of gining cotton fiber//Textile journal of Uzbekistan volume  4 member1 quarter-4, 10-3-2019.