КОРОСНИМАТЕЛЬ РОТОРНОГО ОКОРОЧНОГО СТАНКА

Полезная модель относится к лесозаготовительной и деревообрабатывающей отрасли, преимущественно к окорке лесоматериалов на роторных окорочных станках. Известен окорочный инструмент, содержащий вал и соединенные с ним рабочие органы, отличающийся тем, что рабочие органы выполнены в виде эксцентриков с режущими зубьями и соединены с валом через поводки с закрепленными в них осями вращения рабочих органов (патент на полезную модель РФ №2769, опубл. 16.09.1996 г.). В качестве прототипа заявителем выбран коросниматель, который содержит конструкцию индивидуального прижима в виде упругого пружинного элемента (1) (см. Приложение к заявке).
Прототип имеет следующие недостатки:
1. Нерегулируемое в процессе окорки усилие прижима инструмента к поверхности бревна. Изменение усилия прижима выполняется при остановленном станке либо задается оператором как общий прижим инструмента. Такого типа конструкция не обеспечивает стабилизацию усилия прижима короснимателя к поверхности лесоматериала при окорке, поэтому процесс окорки является динамически нагруженным, сопровождается ударными нагрузками на инструмент. В моменты ударов коросниматели либо ударяются о поверхность ствола и повреждают древесину, либо отрываются от поверхности, оставляя неокоренные участки. В результате такие конструкции обладают следующими недостатками:
1. Вследствие динамических нагрузок снижается надежность станка и инструмента;
2. Повреждается древесина;
3. Недостаточно обеспечивается качество окорки;
4. Ограничивается скорость обработки, что не позволяет повысить производительность станка;
5. В конструкции с общим прижимом коросниматели являются взаимосвязанными, поэтому кинематические возбуждения с отдельного инструмента передаются на остальные и динамические нагрузки увеличиваются.
В некоторых современных роторных окорочных станках зарубежного производства для обеспечения силы прижима короснимателя применяется гидропривод. Реализовать все возможности гидропривода невозможно без автоматического управления, и в этих станках имеются отдельные элементы регулирования, но автоматически управляемый гидропривод короснимателя еще не создан. Поэтому все недостатки, которыми наделены конструкции с механическим упругим элементом, сохраняются и у конструкций с гидро- или пневмоприводом.
Техническая задача полезной модели - обеспечение автоматической стабилизации прижима короснимателя при копировании поверхности лесоматериала в процессе окорки.
Техническая задача достигается тем, что коросниматель оснащается индивидуальным гидроприводом с гидроцилиндром, управляемым с помощью электрогидравлического усилителя. Регулирование гидроцилиндром выполняется системой автоматического управления (САУ) следящего типа по усилию прижима, заданному предварительным сжатием пневматического цилиндра, который соединен последовательно с гидроцилиндром. Перемещение короснимателя, вызывающее изменение усилия прижима приводит к смещению штока (поршня) пневмоцилиндра относительно его корпуса и передачи сигнала рассогласования от датчика положения поршня на вход САУ. Сигнал от САУ управляет золотниковым распределителем электрогидравлическим усилителем (ЭГУ), который задает направление движения и величину расхода жидкости в гидроцилиндре. Последний поворотом рычага передачи усилия обеспечивает перемещение корпуса пневмоэлемента (ПЭ) относительно его штока в заданное положение, тем самым обеспечивая заданный прижим короснимателя.
Кинематическая схема конструктивного исполнения короснимателя с элементами управления изображена на Фиг.1. На Фиг.2 показано размещение полезной модели на роторе станка (элементы управления короснимателями показаны с лицевой и с обратной стороны ротора).
Коросниматель базируется на роторе станка 9 (Фиг.2). Коросниматель 7 шарнирно соединен со штоком пневмоэлемента 3 (ПЭ), корпус которого через рычаг 4 передачи усилия связан с гидроцилиндром 2. Гидроцилиндр 2 приводится в действие от гидравлического насоса 1 через электрогидравлический усилитель (ЭГУ), управляемым от системы автоматического управления (САУ).
Основную сложность для оснащения станка короснимателем составляет размещение гидропривода во вращающейся системе ротора. Для этих условий возможной будет гидравлическая система закрытого типа, питаемая от гидронасоса, расположенного на роторе с приводом, например, через передачу от зубчатого обода, расположенного на внешнем кольце (статоре). Для обеспечения постоянного расхода, давления в системе, следовательно, точности регулирования необходима установка устройства стабилизации с соответствующими параметрами. На практике наиболее распространенной является конструкция механизма режущего инструмента со смешанным прижимом короснимателей. Сохранить преимущества смешанной схемы и разработать на ее базе автоматически управляемый гидропривод с системой автоматического управления (САУ) позволяет следующая модификация конструкции:
1. Силовые параметры прижима обеспечиваются гидроцилиндрами для каждого короснимателя. Однако предварительно проведенные исследования [2,3] показали, что быстродействие и одновременно высокие силовые параметры для высокочастотного процесса окорки не обеспечиваются, поэтому следует предусмотреть дополнительные решения, обеспечивающие работоспособность механизма для всего диапазона динамических нагрузок.
2. Для отработки механизмом высокочастотного спектра воздействий на коросниматель со стороны поверхности лесоматериала, эффективным решением будет включение последовательно с гидроцилиндром упругого элемента. Величина жесткости упругого элемента имеет решающее значение. При минимальной жесткости привод короснимателя будет работать практически без участия гидравлики, при максимальной - без упругого элемента. Таким образом, от величины жесткости упругого элемента будет зависеть качество автоматического управления короснимателем.
3. В качестве упругого элемента может быть принята пружина, резиновые кольца или пневматические амортизаторы. Но при оснащении ротора гидроаппаратурой, минимизация массы становиться важнейшим конструктивным требованием, поэтому элемент пневматического типа будет наилучшим.
4. Упругий элемент пневматического типа или пневматический элемент (ПЭ), имеющий линейную зависимость силы упругости от геометрических параметров во всем диапазоне управления, выполняет в пневмогидроприводе с САУ следующие функции:
1) Обеспечивает заданный уровень прижима короснимателя к поверхности лесоматериала.
2) Сглаживает высокочастотную составляющую динамических воздействий на инструменте при окорке;
3) Одновременно является задающим органом (датчиком) для САУ пневмогидропривода.
5. Из-за ограниченности пространства ротора необходима компактность устройства МРИ. При компоновке привода неизбежно возникнет задача выбора соотношения силовых и скоростных параметров гидроцилиндра. Эта задача решается путем введения кинематической связи. С точки зрения автоматического управления это будет пропорциональное звено в структурной схеме, а в кинематической цепи это может быть рычаг с пропорционально подобранными плечами.
С учетом модификации, сформированных требований предлагаемая принципиальная схема пневмогидропривода короснимателя имеет вид, как показано на Фиг.1. На схеме гидропривод короснимателя представляет собой гидроцилиндр 2, шток которого шарнирно соединен с одним из плеч рычага передачи усилия (РПУ) 4. В качестве задающего органа используется пневматический элемент 3, шарнирно соединенный штоком с короснимателем 7, а корпус имеет шарнирное соединение с РПУ 4 от гидроцилиндра. ПЭ представляет собой поршневой пневмоцилиндр, полости которого заполнены сжатым газом. Постоянство прижима короснимателя обеспечивается при неизменном положении поршня ПЭ относительно его корпуса.
Реализация принципиальной схемы в роторе должна быть с учетом требования максимальной компактности, для чего необходима разработка кинематической схемы. Гидравлический привод, пневматический элемент и рычаг распределения усилия жестко крепятся в роторе окорочного станка, создавая тем самым кинематическую схему управления прижимом.
Описание устройства в работе
Воздействия со стороны лесоматериала 8 вызывают динамические нагрузки на короснимателе 7, которые приводят к смещениям штока ПЭ 3 и, соответственно, к изменению усилия прижима. Линейное перемещение штока 3 преобразуется в сигнал рассогласования датчика 5 положения штока ПЭ 3 и передается в САУ гидравлического привода. Сигнал управления САУ поступает в ЭГУ и посредством, например, золотникового распределителя выполняется перемещение штока гидроцилиндра 2 и поворот шарнирно связанного с ним РПУ 4. РПУ противоположным плечом перемещает корпус ПЭ 3 относительно его штока до исходного (заданного) положения, тем самым обеспечивая стабилизацию усилия прижима короснимателя 7. Точность регулирования обеспечивается через датчик 6 обратной связи. Для реализации данной схемы предусмотрено следующее (отражено частично):
1. Рычаг передачи усилия оснащен датчиком положения (угла поворота), сигнал от которого передается в блок формирования тока управления (БФТУ). Связь датчика с БФТУ выполняет функцию обратной связи автоматического регулирования.
2. Пневмоцилиндр оснащен датчиком положения поршня, соединенным с блоком формирования сигнала датчика текущего положения поршня.
3. Блок формирования сигнала текущего положения поршня связан с блоком задания начального положения поршня пневмоцилиндра (заданного прижима).
4. Блок формирования сигнала датчика текущего положения поршня связан с блоком формирования сигнала тока управления (БФТУ).
5. БФТУ связан с магнитоэлектрическим преобразователем (МЭП), который управляет золотником со струйной трубкой. МЭП и золотник входят в состав стандартной конструкции электрогидравлического усилителя (ЭГУ).
6. Предлагаемая конструкция САУ является следящего типа, построенная на базе ЭГУ. В состав САУ входят следующие элементы:
6.1) Датчик положения (угла поворота) рычага передачи усилия;
6.2) Датчик текущего положения поршня пневмоцилиндра;
6.3) Датчик угловой скорости вращения ротора;
6.4) Блок задания начального положения поршня пневмоцилиндра (заданного прижима);
6.5) Блок формирования сигнала датчика текущего положения поршня пневмоцилиндра;
6.6) Блок формирования сигнала тока управления (БФТУ);
6.7) Блок формирования сигнала датчика угловой скорости ротора;
6.8) Блок формирования сигнала датчика положения штока гидроцилиндра и рычага передачи усилия;
6.9) Электрогидравлический усилитель (ЭГУ).
Эффект от применения предлагаемого решения проявляется в следующих направлениях:
1. Обеспечивается равномерная, без динамических нагрузок и, следовательно, повреждений, обработка лесоматериала с постоянным прижимом инструмента, чем достигается высокое качество обработки древесины;
2. Обеспечивается более высокая производительность станка за счет равномерной подачи лесоматериала, исключения остановок станка для регулировки прижима короснимателей;
3. Обеспечивается повышение надежности станка за счет снижения динамических нагрузок на конструкцию;
4. Обеспечивается качество окорки за счет безотрывного копирования поверхности ствола и не повреждаемость древесины.
1. Симонов М.Н., Торговнинков Г.И. Окорочные станки. Устройство и эксплуатация. - М.: Лесная промышленность, 1990 - 182 с.
2. Побединский В.В. Математическая модель гидропривода рабочего органа роторного окорочного станка / В.В.Побединский, А.В.Берстенев // В сб.докл. к междун. начн.-техн. конф. УГЛТУ. - Екатеринбург, 21-23 сентября 2006. С.87-92.
3. Побединский В.В. Синтез математической модели гидропривода механизма резания роторного окорочного станка в системе Matlab / В.В.Побединский, А.В.Берстенев // В сб.докл. к междун. начн.-техн. конф. УГЛТУ. - Екатеринбург, 21-23 сентября 2006. С.93-96.