ispltaИзвестия Санкт-Петербургской лесотехнической академииIzvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii2079-43042658-5871СПбГЛТУ10.21266/2079-4304.2021.237.204-220isplta-254Research ArticleДРЕВЕСИНОВЕДЕНИЕ, ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЕРЕВОПЕРЕРАБОТКИWOOD SCIENCE. MECHANICAL WOODWORKING INDUSTRYЭкспериментальное исследование характеристик линейного электропривода узла резания круглопильного станкаExperimental study of the characteristics of the circular saw cutting unit linear electric drivehttps://orcid.org/0000-0002-2583-3012МелеховВ. И.MelekhovV. I.

МЕЛЕХОВ Владимир Иванович – профессор кафедры лесопромышленных производств и обработки материалов; действительный член; член Координационного совета по современным проблемам древесиноведения; Аттестованный эксперт РФ по вопросам древесиноведения, технологии и оборудования для деревообрабатывающего производства, доктор технических наук

163002, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск

MELEKHOV Vladimir I. – DSc (Technical), Professor, Professor of the Department of Timber Industry and Material Processing; full member; member; expert of the Russian Federation on wood science, technology and equipment for woodworking production

163002, Severnaya Dvina emb. 17. Arkhangelsk

v.melekhov@narfu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2008-7073СоловьевИ. И.SolovievI. I.

СОЛОВЬЕВ Иван Иванович – доцент кафедры электроэнергетики и электротехники, кандидат технических наук

163002, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск

SOLOVIEV Ivan I. – PhD (Technical), Associate Professor of the Department of Electric Power and Electrical Engineering

163002, Severnaya Dvina emb. 17. Arkhangelsk

i.solovev@narfu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0858-6467ЕмельяновА. В.EmelyanovA. V.

ЕМЕЛЬЯНОВ Александр Владимирович – аспирант кафедры лесопромышленных производств и обработки материалов

163002, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск

EMELYANOV Alexander V. – PhD student of the Department of Timber Industry and Material Processing

163002, Severnaya Dvina emb. 17. Arkhangelsk

emelyanov.a@live.comhttps://orcid.org/0000-0001-5731-7517СазановаЕ. В.SazanovaE. V.

САЗАНОВА Екатерина Владимировна – доцент кафедры экономики высшей школы экономики, управления и права, кандидат экономических наук

163002, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск

SAZANOVA Ekaterina V. – PhD (Economics), Associate Professor of the Department of Economics, Higher School of Economics, Management and Law

163002, Severnaya Dvina emb. 17. Arkhangelsk

e.sazanova@narfu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3592-310XТюриковаТ. В.TyurikovaT. V.

ТЮРИКОВА Татьяна Витальевна – доцент кафедры лесопромышленных производств и обработки материалов, кандидат технических наук

163002, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск

TYURIKOVA Tatiana V. – PhD (Technical), Associate Professor of the Department of Timber Industry and Material Processing

163002, Severnaya Dvina emb. 17. Arkhangelsk

t.turikova@narfu.ruСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова; РАЕН и Академия проблем качества РФ; Международная академия древесиныРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov; Russian Academy of Natural Sciences and the Academy of Quality Problems of the Russian Federation; Coordination Council on Modern Problems of Timber Science of the International Timber Academy. CertifiedRussian FederationСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. ЛомоносоваРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. LomonosovRussian FederationСАФУ имени М.В. ЛомоносоваРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M.V. LomonosovRussian Federation2021080320240237204220Copyright © Мелехов В.И., Соловьев И.И., Емельянов А.В., Сазанова Е.В., Тюрикова Т.В., 20242024Мелехов В.И., Соловьев И.И., Емельянов А.В., Сазанова Е.В., Тюрикова Т.В.Melekhov V.I., Soloviev I.I., Emelyanov A.V., Sazanova E.V., Tyurikova T.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestiya-lta.spbftu.ru/jour/article/view/254

Широкое применение круглопильных станков в лесопильной и деревообрабатывающей промышленности обусловлено их высокой производительностью, простотой, надежностью конструкции, низкой энергоемкостью. Для повышения полезного выхода пилопродукции применяют тонкие пилы. Существенным недостатком, ограничивающим использование таких пил, является их недостаточная жесткость и устойчивость во время работы. Для повышения изгибной жесткости круглой пилы применяются щелевые, роликовые, аэростатические и электромагнитные направляющие. Большинство направляющих создают сопротивление вращению диска пилы. К недостаткам круглопильных станков следует отнести механические потери при передаче крутящего момента от двигателя диску пилы. Колебания диска круглой пилы во время работы являются еще одним недостатком тонких круглых пил, которые снижают качество обработки древесины, приводят к поломкам пил и повышенному уровню шума. Для увеличения надежности узла резания, стабилизации диска пилы во время работы, уменьшения колебаний пильного диска предложено использовать линейный асинхронный дугостаторный двигатель (ЛАДД), ротором в котором является сама круглая пила. Для проверки разработанной математической модели ЛАДД с круглой пилой в качестве ротора была создана экспериментальная установка. Целью работы явилась экспериментальная оценка математической модели и анализ рабочих и механических характеристик ЛАДД, характеристики холостого хода и короткого замыкания двигателя, зависимости мощности и cos ϕ от скольжения. Экспериментально установлено влияние электропроводности диска пилы на эффективность ЛАДД. Для увеличения тягового усилия предложено нанести на боковые поверхности диска пилы материал с высокой электропроводностью (медь). Проведенный эксперимент показал существенное увеличение тягового усилия для диска пилы с покрытием медью. Установленная экспериментально величина магнитной индукции в воздушном зазоре ЛАДД показала корректное совпадение с результатами расчетов по разработанной математической модели.

The circular saws are widespread in sawmill and woodworking industry due to their high productivity, simplicity, design reliability, and low energy consumption. Thin saws are used to increase the effective yield of sawn timber. The insufficient rigidity and stability during operation of such saws limit their use. Slotted, roller, aerostatic and electromagnetic guides are applied to increase the bending stiffness of a circular saw. Most such guides create resistance to the rotation of the saw blade. Mechanical losses during the torque transmission from the motor to the saw blade is one of the circular saws disadvantages. Another disadvantage of thin circular saws is vibration of the circular saw blade during operation, which reduce the quality of wood processing, lead to the saw crashes and increased noise levels. It is proposed to use a linear induction arc-stator motor (LIASM), implementing the circular saw is the rotor, to increase the reliability of the cutting unit, stabilize the saw blade during operation, and reduce the oscillations of the saw blade. The experimental setup was created to analyze the developed mathematical model of a LIASM with a circular saw as a rotor. The aim of the work is the experimental evaluation of the mathematical model and the analysis of operating and mechanical LIASM characteristics, idling and short-circuit characteristics of the motor, the dependence of power and cos ϕ on slip. The influence of the saw blade electrical conductivity on the efficiency of the LIASM has been experimentally established. It was proposed to apply a material with high electrical conductivity (copper) on the side surfaces of the saw blade to increase the tractive effort of the drive. The carried-out experiment showed a significant increase in the tractive effort for a copper-coated saw blade. The experimentally established values of the magnetic induction in the air gap of the LIASM showed good coincidence with the calculated results from the developed mathematical model.

круглая пилалинейный асинхронный дугостаторный двигателькруглопильный станокузел резанияустойчивость круглой пилыcircular sawlinear asynchronous arc-stator motorcutting unitstability of the circular sawReferencesАфанасьев А.Г., Волянская Е.В., Кузнецов А.И. Пильный модуль с кольцевой пилой // Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века : труды XI Международного евразийского симпозиума 20−23 сентября 2016 г. / Минобрнауки России, Уральский государственный лесотехнический университет, Уральский лесной технопарк. Екатеринбург, 2016. C.160–162.Afanasyev A.G., Volyanskaya E.V., Kuznetsov A.I. Saw module with an annular saw. Woodworking: technologies, equipment, management of the XXI century: proceedings of the XI International Eurasian Symposium September 20-23, 2016 / Ministry of Education and Science of Russia, Ural State Forestry University, Ural Forest Technopark. Yekaterinburg, 2016, pp. 160–162. (In Russ.)Глебов И.Т. Резание древесины. CПб.: Лань, 2010. 256 с.Aiken Etal H.H. United states patent 3327696. Saw stabilizing means and method : CI. 125-13; appl. no. 402878; filed Oct. 9, 1964; patented June 27, 1967Емельянов В.П., Емельянов А.В. Моделирование реальной геометрии индукторов линейных асинхронных двигателей // Современные тенденции в науке и образовании: сб. трудов по матер. Междунар. научно-практ. конференции в 5 ч. Ч. III (28 февраля 2015 г.). М.: АР-Консалт, 2015. С.11–12.Emelyanov V.P., Emelyanov A.V. Modeling the real geometry of inductors of linear induction motors. Modern trends in science and education: a collection of works based on the materials of the International Scientific and Practical Conference in 5 parts. P. III (February 28, 2015). Moscow: AR-Consult, 2015, pp. 11–12. (In Russ.)Мелехов В.И., Соловьев И.И., Емельянов А.В. Теоретические исследования узла резания круглопильного станка с приводным устройством на основе линейного асинхронного дугостаторного двигателя // Вестник ПГТУ. Серия: Материалы. Конструкции. Технологии. 2021. №2 (в печати).Glebov I.T. Wood cutting. SPb.: Lan, 2010. 256 p. (In Russ.)Осмоловский Д.С. Снижение шума от круглопильных деревообрабатывающих станков применением унифицированных вибродемпфирующих фрикционных прокладок (ВДПСТ) между пильным диском и зажимным фланцем: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2011. 24 с.Melekhov V.I., Soloviev I.I., Emelyanov A.V. Theoretical studies of the circular saw cutting unit with a drive device, based on a linear induction arc-stator motor. Vestnik PGTU. Series: Materials. Constructions. Technologies, 2021, no. 2. (in the press). (In Russ.)Памфилов Е.А., Пыриков П.Г. Применение управляемых магнитных полей в функциональных узлах деревообрабатывающего оборудования // ИВУЗ. Лесной журнал. 2006. № 2. С. 85–91 .Osmolovsky D.S. Reducing noise from circular saw woodworking machines by using unified vibration damping friction pads (VDPST) between the saw blade and the clamping flange: Abstract of thesis. dis. cand. sciences. St. Petersburg, 2011. 24 p. (In Russ.)Пат. № 2005139674/03 РФ. МКИ. Отжимная аэростатическая направляющая ленточной пилы / Г.Ф. Прокофьев, И.И. Иванкин, № 2307024; заяв. 27.09.2007; бюл. № 18.Pamfilov E.A., Pyrikov P.G. Application of controlled magnetic fields in functional units of woodworking equipment. IVUZ. Forest Journal, 2006, no. 2, pp. 85–91. (In Russ.)Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами. М.: Лесная пром-сть, 1990. 240 с.Pat. No. 2005139674/03 RF. MKI. Squeezing-out aerostatic guide of the band saw / G.F. Prokofiev, I.I. Ivankin. No. 2307024; opub. 27.09.2007; bul. No. 18. (In Russ.)Санев В.И. Обработка древесины круглыми пилами. М.: Лесная пром-сть, 1980. 232 с.Peabody Frank, Dunford W.G. An analysis of a thin steel rotor, double sided annular, linear induction motor. Int. Conf. Maglev and Linear Drives, Vancouver, May 14–16, 1986. New York, 1986, no. 4, pp. 143–198.Свечарник Д.В. Электрические машины непосредственного привода: Безредукторный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1988. 208 с.Prokofiev G.F. Intensification of wood sawing with frame and band saws. M .: Lesnaya prom-st, 1990. 240 p. (In Russ.)Соколов М.М., Сорокин Л.К. Электропривод с линейными асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. 136 с.Qiu Jinbo, Huang Xieqing, Wang Daqing, Xiong Youlun. Experiments on the Active Control of Circular Disk Vibration. Journal of low frequency noise, vibration and active control, 2002, no. 4, pp. 229–238Стахиев Ю.М. Работоспособность плоских круглых пил. М.: Лесная промышленность, 1989. 384 с.Richard R. Martin. United states patent 5497684A. Method for reducing the kerf with made by a circular saw blade : B 27b 5/00/; appl. no.199575; filed Feb. 22, 1994; patented Mar. 12, 1996.Якунин Н.К. Круглые пилы и их эксплуатация. М.: Лесная пром-сть, 1977. 200 с.Sanev V.I. Wood processing with circular saws. M.: Lesnaya prom-st, 1980. 232 p. (In Russ.)Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей / пер. с англ. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-е, 1983. 180 с.Sokolov M.M., Sorokin L.K. Electric drive with linear asynchronous motors. M.: Energiya, 1974. 136 p. (In Russ.)Aiken Etal H.H. United states patent 3327696. Saw stabilizing means and method : CI. 125-13; appl. no. 402878; filed Oct. 9, 1964; patented June 27, 1967Stakhiev Y.M. Efficiency of flat circular saws. M.: Forest Industry, 1989. 384 p. (In Russ.)Peabody Frank, Dunford W.G. An analysis of a thin steel rotor, double sided annular, linear induction motor // Int. Conf. Maglev and Linear Drives, Vancouver, May 14-16, 1986. New York. 1986. No. 4. P. 143–198.Svecharnik D.V. Direct drive electric machines: Gearless electric drive. M.: Energoatomizdat, 1988. 208 p. (In Russ.)Qiu Jinbo, Huang Xieqing, Wang Daqing, Xiong Youlun Experiments on the Active Control of Circular Disk Vibration // Journal of low frequency noise, vibration and active control. 2002. No. 4, P. 229–238.Vasques C.M.A., Rodrigues J.D. Design of ‘quiet’ circular saw blades through added damping. 8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental Guimarães, (21–23 de Abril, 2010).Richard R. Martin. United states patent 5497684A. Method for reducing the kerf with made by a circular saw blade : B 27b 5/00/; appl. no.199575; filed Feb. 22, 1994; patented Mar. 12, 1996.Yakunin N.K. Circular saws and their maintenance. M.: Lesnaya prom-st, 1977. 200 p. (In Russ.)Vasques C.M.A., Rodrigues J.D. Design of ‘quiet’ circular saw blades through added damping // 8º Congresso Nacional de Mecânica Experimental Guimarães, (21–23 de Abril, 2010).Yamamura S. Theory of linear induction motors: Translation from English L.: Energoatom, Leningrad branch, 1983. 180 p. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.