THEORETICAL STUDIES OF THE CIRCULAR SAW CUTTING UNIT WITH A DRIVE DEVICE, BASED ON A LINEAR INDUCTION ARC-STATOR MOTOR
Authors: Мелехов В.И. , Соловьев И.И. , Емельянов А.В. 
Published: July 2024

Проанализированы недостатки существующих приводов узла резания круглопильных станков. В известных технических решениях привод круглых пил производится от электродвигателей через промежуточные передачи, что снижает надежность и приводит к дополнительным механическим потерям. Показана проблема создания требуемой устойчивости круглой пилы в пропиле, для решения которой применяются разного рода направляющие: колодочные, роликовые, аэростатические, электромагнитные. Перспективным является использование электромагнитных направляющих, не имеющих непосредственного контакта с диском пилы. Еще одним недостатком круглых пил являются колебания диска пилы во время пиления, снижающие качество обработки древесины, создающие повышенный уровень шума и приводящие к механическим поломкам. Проведенные ранее исследования показали возможность уменьшения колебаний диска пилы за счет демпфирования в магнитном поле. Для устранения указанных недостатков предложено использовать комбинированное приводное устройство на базе линейного асинхронного дугостаторного двигателя, ротором в котором является круглая пила. Крутящий момент при этом передается круглой пиле непосредственно через магнитное поле, без дополнительных промежуточных передач. Конструкция такого привода позволяет стабилизировать диск пилы в процессе пиления, а также уменьшить колебания диска пилы за счет демпфирования в магнитном поле. Для оценки возможности применения такого типа привода и анализа характеристик была разработана математическая модель линейного дугостаторного асинхронного двигателя, ротором в котором является диск пилы. В основу построения математической модели положена двухмерная теория линейного асинхронного двигателя. Применение математической модели позволило вывести математические выражения магнитной индукции с учетом свойства материала стального диска пилы, тягового усилия, к.п.д., электродинамической силы отталкивания, силы притяжения, электрической и механической мощности. Рассчитаны значения вышеуказанных величин для экспериментального двигателя. Математическая модель приводного устройства позволяет проводить анализ влияния различных параметров двигателя на выходные характеристики, оптимизировать конструкцию привода. Используя полученные зависимости, можно рассчитать силы, действующие на диск круглой пилы со стороны магнитного поля, определить возможности применения такого приводного устройства для стабилизации диска пилы в магнитном поле.

The disadvantages of the existing cutting units of the circular saw drives were analyzed. In the known technical solutions, circular saws are driven by electric motors through intermediate gears, that reduce reliability and lead to additional mechanical losses. The problem of creating the required stability of a circular saw in the cut is shown, one of the possible solutions to which is to use various guides. It is possible to use shoe, roller, aerostatic, electromagnetic guides. The use of electromagnetic guides that do not have direct contact with the saw blade is promising. Another disadvantage of circular saws is the oscillation of the saw blade during sawing process, which reduces the quality of wood processing, increases noise level and leads to mechanical breakdowns. Previous studies have shown the possibility of reducing the vibration of the saw blade by magnetic field damping. It is proposed to use a combined drive device, based on a linear induction arc-stator motor with the circular saw as a rotor, to solve all above mentioned disadvantages. The torque is transferred by the magnetic field directly to the circular saw directly without any mechanical gears. This drive device allows to stabilize the saw blade during the sawing process and also to reduce the saw blade vibration by means of the magnetic field damping. The mathematical model was developed for a linear induction arc-stator motor with the circular saw as a rotor, allowing to assess the possibility of using this type of drive and analyze its characteristics. The two-dimensional theory of a linear induction motor underlies the developed mathematical model. The mathematical expressions for the magnetic induction (taking into account the material properties of the steel saw blade), traction force, efficiency, electrodynamic repulsive force, attractive force, electrical and mechanical power, are obtained, using this mathematical model. The values of this quantities were calculated for the experimental drive. The mathematical model of the drive device gives an opportunity to analyze how the various drive parameters influence its output characteristics, and to optimize the drive design. It is possible to calculate the forces, acting on the circular saw blade from the magnetic field, using the obtained dependences, and to determine the possibilities of using such drive device to stabilize the saw blade in a magnetic field.