Systems. Methods. Technologies 4 (40) 2018

Systems Methods Technologies. N.V. Kravchenko et al. Improving the frame … 2018 № 4 (40) p. 40-46 40 УДК 674.023.001.5 DOI: 10.18324/2077-5415-2018-4-40-46 Совершенствование конструкций рамных пил методами математического и твердотельного моделирования Н.В. Кравченко a , А.А. Воробь в b , И.Н. Спицын c , Л.А Очирова d Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнёва, пр. «Красноярский рабочий» 31, Красноярск, Россия a kravchenkonv@sibsau.ru , b vorobjevaa@sibsau.ru , c compasg@mail.ru, d ochirovala@sibsau.ru a https://orcid.org/0000-0001-8209-890Х , b https://orcid.org/0000-0001-7375-0230 , c https://orcid.org/0000-0003-3096-5586 , d https://orcid.org/0000-0003-2515-2513 Статья поступила 29.10.2018, принята 16.11.2018 Рассматриваются особенности конструирования рамных пил для пиления мерзлой древесины на вертикальных лесопиль- ных рамах. Форма зубьев пил, их угловые и геометрические параметры зависят от свойств распиливаемой древесины и выби- раются исходя из конкретных условий распиловки с учетом особенностей процесса стружкообразования, характера форми- рования, размещения и степени уплотнения опилок, жесткости зуба пилы, их влияния на силовые и энергетические показате- ли процесса пиления. Создание оптимальной конструкции рамной пилы представляет собой сложную комплексную задачу. Поиск оптимальной формы и геометрических параметров зубьев рамных пил стал целью данного исследования. В статье представлена методика конструирования рамных пил с использованием методов математического и твердотельного моде- лирования. Авторами статьи получены аналитические уравнения, позволяющие рассчитывать в программе Mathcad площадь межзубовой впадины для задаваемых при конструировании инструмента геометрических параметров зубьев пил. Методом конечных элементов при твердотельном моделировании в среде SolidWorks определены максимальные и минимальные (на- чальные) напряжения в зубе рамной пилы при нагрузке, действующей по передней и задней граням зуба. Расчет силовых пара- метров процесса пиления перед 3D-моделированием зубьев пил выполнен с использованием авторской прикладной программы Frame_Saw, которая позволяет определять усилия резания при различных условиях работы рамной пилы. Установлены лока- лизация и величина максимальных напряжений в межзубовой впадине рамной пилы. Обоснована допускаемая продолжитель- ность работы рамной пилы, определяемая усталостной прочностью металла при циклической нагрузке. В результате были установлены оптимальные значения линейных и угловых параметров зубьев конструкции рамной пилы со стандартизованным шагом для распиловки мерзлой древесины. Предлагаемая методика может быть рекомендована для внедрения в практику конструирования дереворежущего инструмента, эксплуатируемого при различных климатических условиях. Ключевые слова : пиление рамной пилой; конструкция рамной пилы; зуб пилы; угловые и линейные параметры пилы; пиление мерзлой древесины; межзубовая впадина. Improving the frame saw designs with the help of mathematical and solid-state modeling methods N.V. Kravchenko a , A.A. Vorobjev b , I.N. Spitsyn c , L.A. Ochirova d Reshetnev Siberian State University of Science and Technology; 31, Krasnoyarsky Rabochy Ave., Krasnoyarsk, Russia a kravchenkonv@sibsau.ru, b vorobjevaa@sibsau.ru, c compasg@mail.ru , d ochirovala@sibsau.ru a https://orcid.org/0000-0001-8209-890Х, b https://orcid.org/0000-0001-7375-0230 , c https://orcid.org/0000-0003-3096-5586 , d https://orcid.org/0000-0003-2515-2513 The article arrived 29.10.2018, accepted 16.11.2018 The design features of frame saws for sawing frozen wood on vertical sawing frames are considered. The shape of the teeth of the saws, their angular and geometrical parameters depend on the properties of the sawn wood and are selected based on the specific con- ditions of sawing taking into account: the features of the chip formation process; the nature of the formation, placement and degree of compaction of sawdust; saw tooth hardness; their influence on the power and energy performance of the sawing process. Creating an optimal frame saw design is a complex task. The search for the optimal shape and geometrical parameters of the teeth of frame saws has become the goal of this study. The article presents the method of designing frame saws using the methods of mathematical and solid modeling. The authors of the article obtained analytical equations that allow calculating the area of the interdental cavity in the Math- cad program for the saw teeth set when designing the tool. The finite element method for solid modeling in the environment of "Solid- Works" determined the maximum and minimum (initial) stresses in the frame saw tooth with a load acting on the front and rear edges of the tooth. The calculation of the power parameters of the sawing process before 3D modeling of the saw teeth was performed using the author's application program Frame_Saw, which allows you to determine the cutting forces under various working conditions of the frame saw. The localization and magnitude of the maximum stress in the interdental cavity of the frame saw is established. The permiss- ible operating time of the frame saw, determined by the fatigue strength of the metal under cyclic loading, is substantiated. As a result,