Csanády, Etele

Németh, Szabolcs

Repository of the Academy's Library

Többfejes gyalugépek rezgéseinek vizsgálata  Dr. Csanády Etele, Németh Szabolcs   Vibrations of multi-head planers  Earlier studies have established basic relationships concerning the vibrations of moulders. Two 5-head moulders were studied based on these relationships. The study included the vibrations of the machines and the oscillations of the material. Results showed little variation when compared between the two machines. Standard evaluations were also attempted, but no straightforward method was found. The first part of the article contains the theoretical background and the description and results of a study conducted on a Griggio 5-head planer.    Munkadarab lengései, elméleti alapok A faanyagok megmunkálása alapjaiban különbözik a fémek megmunkálásától. Míg a fémeket befogott, mozdulatlan állapotban for-gácsolják, addig a fát a gépeken való áthala-dáskor, mozgás közben. A faanyagot előtoló hengerekkel szorítják az asztalhoz s azzal lengő rendszert alkot. A lengő rendszert szabad tömegerők és forgácsoló erők gerjesztik. Ezen komplex rendszer számítása nem egyszerű. Megoldást elsősorban kísérleti módszerek alkal-mazása és egyszerűsített számítások jelentenek. A munkadarab lengéstani viselkedése több tényezőtől függ: a munkadarab méretei (hosszúság, lengés irányába eső vastagság); • • • a gerjesztőerők; a megmunkáló helyhez viszonyított pillanat-nyi peremfeltételek. Peremfeltételek alatt az előtoló hengerek elrendezését, rugó-karakterisztikájukat és elő-feszítésüket értjük. Korábban már végeztek vizsgálatokat többfejes gyalugépeken (Sitkei 1990). Akkor kétféle faanyagmegvezetési módot vizsgáltak. Az egyik esetben leszorító görgőkkel vezették meg a faanyagot, a másiknál pótlólagosan rugal-mas elemeket alkalmaztak a megvezetésben. Így mindkét esetben mérték a gépasztal különböző helyein a vertikális és horizontális rezgésamp-litúdókat. A mérésekhez piezoelektromos gyor-sulásérzékelőt használtak. A vizsgálatok folya-matos forgácsolás közben történtek, de mértek üresjárásban is. A munkadarab lengéseit is regisztrálták. Ehhez az egyes darabokba lyukat fúrtak és ebbe rögzítették az érzékelőt, majd azzal együtt engedték át a gépen. A többfejes gyalugép elvi elrendezése és a rendszer mechanikai helyettesítő vázlata az 1. ábrán látható. A megmunkált anyagot rugós nyomógörgők szorítják a gépasztalhoz. Lengő tömegként a rendszerben a megmunkált anyag viselkedik, s a tömeg két oldalán eltérő rugóállandóval a görgők rugói és a gépasztal. A különbség legalább két nagyságrendű. A gépasztal szinte merevnek képzelhető el a fához képest, ezért a rugóállandót a faanyag rugalmas-sága határozza meg. Ez a rugóállandó elsősor-ban a munkadarab vastagságának és rugalmas-sági modulusának viszonyától (H/E) függ. A nyomóerőt a görgők felől azok előfeszítése és rugó-karakterisztikájuk szolgáltatja. A gerjesz-tőerő frekvenciája a szerszám fordulatszámától és a kések számától függ. A lengőtömeg helyet-tesítő rendszerét és az erők változását a kitérés függvényében a 2. ábra szemlélteti. Az ábrán látszik, hogy az erők a gépasztal felőli oldalon igen meredeken nőnek, míg a görgők oldalán lényegesen mérsékeltebben. Ebből következtet-hetünk a lengéskitérések aszimmetrikus voltára. A munkadarab lengésformáit a 3. ábra szemlél-teti. A tömeg végezhet keresztirányú, forgó (torziós) és hajlító lengéseket. Az első két len-gési forma elsősorban a rövid és vastag munka-darabokra jellemző, a hajlítólengés pedig a hosszú és vékony munkadarabokra. Forgólengés a munkadarab aszimmetrikus leszorításakor is felléphet, pl. a gépbe történő be- és    Dr. Csanádi Etele CSc., egy. docens, NyME Gépészeti Intézet, Németh Szabolcs okl. faipari mérnök. 16  2002. SZEPTEMBER kimenetelkor. A hajlító lengés csomópontjai es-hetnek a leszorító görgők alá, ha rugóállan-dójuk elegendően nagy. A leszorítás merevségét egy dimenzió nélküli számmal jellemezhetjük (Sitkei 1990):  , [1] 1. ábra – Többfejes gyalugép elvi elrendezése  (Sitkei 1994) 2. ábra – A lengő tömeg helyettesítő rendszere (Sitkei 1994)31lIEcK⋅⋅=ahol l - a leszorító görgők távolsága (m); E - rugalmassági modulus (N/m2); 3. ábra – Munkadarab lengésformák (Sitkei 1994) c1 - leszorító görgők rugóállandója (m/N); I - tehetetlenségi nyomaték (mm4). A többfejes gyalugépeknél K-ra kapott értékek 4 és 5 között változtak, s ez alapján megállapították, hogy a lengés frekvenciája nem a leszorító görgők távolságától függ hanem a munkadarab hosszától, vagyis a görgők nem jelentenek merev megfogást. A gerjesztő erőt elsősorban a forgácsoló erő radiális komponense adja. A radiális komponens függ: a kés élességétől; • • • 4. ábra – A lengés képe (Sitkei 1994) a forgácsvastagságtól; a fa mechanikai tulajdonságaitól. Az egy körülfordulásra eső gerjesztő erők száma a kések számával egyezik meg. A gerjesztő erők körfrekvenciája:  55,9nzZ ⋅=  ,   [2] ahol z  - a kések száma; n  - a fordulatszám. Az aszimmetrikus lengés szabad- és kényszerlengésekből tevődik össze. A lengés-képen látható, hogy a szabadlengésre rászuper-ponálódik a kényszerlengés, lényegesen nagyobb frekvenciával (4. ábra). Az Y lengés amplitúdó a támaszgörgők előfeszítésével lényegesen csökkenthető. FAIPAR  L. ÉVF. 3. SZÁM   175. ábra – Az érdességmérő műszer tömbmodellje A munkadarab mérései során kapott eredmények és a számított értékek hasonlóak lettek. A lengéskitérések a gépasztal felé igen kicsik, frekvenciájuk viszont nagy. A támasz-görgők felé ezzel ellentétesek a lengéskitérések. Amikor a gyalufej a munkadarab elejét ill. végét forgácsolja, annak ellenkező vége a leszorító görgőkön kívül esik, ezért a lengéskitérések a gyalufejnél is növekednek. A kitérések nagysá-ga attól is függ, hogy a gerjesztő erők milyen irányba hatnak. Ha a támaszgörgők irányába hatnak az erők (pl. egyengetőgyalu) akkor a kitérések nagyobbak lesznek. Folyamatos gépüzemnél a munkaidő folyamán a kés tompul, nő a radiális erőkom-ponens, s így a gerjesztő erő is, amely a kitérések növekedését eredményezi. A lengéskitérés a felületi minőséggel is szoros kapcsolatban van. A felületi érdesség a kitérések növekedésével együtt nő. A tompa kés azonos lengéskitérés mellett kissé rosszabb felületi minőséget eredményez.  Többfejes gyalugépek vizsgálatához alkalmazott mérőeszközök. Méréseinkhez elsődlegesen egy hangszint-mérő műszert használtunk. A BRUEL-KJAER 2209 típusú műszert és kiegészítő berendezéseit vettük igénybe. A bemenet a műszerhez egy integrátoron keresztül történt. Az integrátorral közvetlenül elvégezhető a kalibrálás rezgés-mérésre, s ezen keresztül tudtunk gyorsulást, sebességet vagy elmozdulást mérni. A berendezés frekvenciatartománya normál esetben messze kiterjed a gyorsulásmérő rezonancia frekvenciája fölé. Felhasználáskor ügyelni kell arra, hogy olyan jeleket mérjünk, amelyek frekvencia-összetevői a műszer frek-vencia tartományának lineáris részére esnek. Más esetben szükség lehet kiegészítő, alul áte-resztő szűrő használatára. Kiegészítő egység-ként szintírót is használtunk. Ezzel az egységgel a rezgés folyamatos változását regisztráltuk miközben a faanyag a gépen keresztül haladt. A gyalult felületek érdességmérésére a MITUTOYO cég által gyártott CONTRACER CP-21 típusú érdességmérő műszert használtuk. A rezgésmérésre használt faanyagok felületeit vizsgáltuk a készüléken. A műszer működésé-nek lényege, hogy egy tű egy szakaszon  (50 mm) letapogatja a felületet és egy kiíró szerkezet segítségével nagyított formában papír-szalagra rajzolja. Ahhoz, hogy a szalagokon kapott képeket elemezni tudjuk, a gépet kalib-rálni kellett. A kalibrálásához hitelesített fémha-sábokat használtunk. Az 5. ábrán a műszer tömbmodellje látható.  A Griggio 180/5 típusú ötfejes gyalugép ismertetése A gép öt fejjel rendelkezik, és teljes keresztmetszeti megmunkálásra képes. Az ötö-dik fej univerzális, szögben dönthető, ezzel kü-lönböző profilok létrehozása lehetséges. A gép alapja az öntöttvas géptest (2890 kg), amelyen a tengelyek vannak csapágyazva. A tengelyek a hajtást lapos szíjon keresztül kapják közvetlenül a motoroktól. Minden fejnek külön motorja van. Az előtolást tartó gerenda is a gépvázhoz kapcsolódik. A gerenda függőleges mozgatása azonban biztosított, mert különböző vastagságú anyagok kerülnek megmunkálásra. A gerendát 18  2002. SZEPTEMBER két prizmatikus vezetéken keresztül tudják emelni és süllyeszteni. Az emelést egy motor végzi menetes mechanizmuson keresztül. A gerendához kapcsolódik az etetőoldali végén az előtolást meghajtó motor. A motor egy közlőmű tengelyt hajt, amely három darabból van kialakítva. Az egyes előtoló hengerek lehajtása hajtóműházon keresztül történik. A házak előtt és után körmös tengelykapcsolók vannak. Így a közlőműtengely tulajdonképpen az egyes házak közötti részeken külön egység. A hajtóműházakból két kardán csuklón keresztül kapják a hajtást az előtoló hengerek. A hengereket hordó tengelyek szintén a gerendán vannak csapágyazva. Előfeszítésükről pneuma-tikus hengerek gondoskodnak. A pneumatika egy központi rendszerrel biztosított. A felső fejig speciálisan bordázott előtoló hengereket alkalmaznak. A vastagolás után a felületi minő-ség miatt gumi palástú hengerekkel vezetik az anyagot. Az első fej előtt rugalmas lemez nyomja a faanyagot az asztal jobb oldali bázis felületéhez. Az egyengető fej után két függőleges tengelyű görgő van felszerelve, melyek rugóterhelésűek. A vastagoló fej előtt rugó terhelésű leszo-rító elem van beépítve. A fej után leszorító talp, mely állítható vízszintes irányban előre és hátra. Függőlegesen is szabályozható és előfeszítése is állítható. A felső fej környezetét a 6. ábra szemlélteti. 6. ábra – A felső megmunkáló fej környezetének elemei: 1. csavarorsó a leszorító papucs függőleges állításához; 2. a felső fej előtti leszorító elem tartója; 3. a leszorító elem állítócsavarja; 4. a leszorító papucs tartó konzolja prizmatikus vezetékkel. 5. a leszorító papucsot előtolás irányban rögzítő csavarok. 6. a leszorító papucsot előtolás irányra merőlegesen rögzítő csavarok.  Mérések a Griggio 180/5 típusú gyalugépen  A mérés során először a gép rezgéseit vizsgáltuk. Folyamatos megmunkálás közben mértük a rezgést különböző helyeken a gépen. A rezgésérzékelőhöz ezért egy mágneses kiegészítő egységet kapcsoltunk, melynek segítségével az érzékelő a fém felületekre volt rögzíthető. A mérés során az ötödik univerzális fej nem működött. A gép paraméterei a meg-munkálás közben: előtolás: 13 m/perc • • • • • • • fordulatszám: 6000 ford./min  leszorítás: 5 bar A megmunkált anyag nyers keresztmet-szete 62x24 mm. Megmunkálás utáni, kész mé-ret 55x21 mm. Fogásvételek az egyes fejeknél: egyengető fej : 1 mm jobb oldali fej: 2 mm bal oldali fej : 5 mm vastagoló fej : 2 mm 7. ábra – Mérési helyek a Griggio 180/5 típusú gyalugépen FAIPAR  L. ÉVF. 3. SZÁM   19A vízszintes megmunkáló ek hossza 180 mm, a függőleges eké 50 mm. A fej méretek khez igazodtak, átmérőjük 125 . A mérési helyeket a 7. ábra tatja, a mérés eredményeit pedig . táblázat tartalmazza. A mérés második részében készített faanyagokba rögzítet- a rezgésmérőt és így gyalultuk g őket. A faanyagok kiindulási esztmetszeti mérete 70x70 mm, sza 1000 mm. A középső furat-ezenkívül még egy ∅5 mm-es tot is készítettünk. Ebbe rögzí-ük az érzékelőt, ami így a fa-késkésezemmmuaz 1előtükmekerhosba furatett1. táblázat – A Griggio 180/5 típusú gyalugép rezgései Amplitudó  A mérés helye A mérés iránya (µm) 1. Egyengető fejnél Függőleges 2 Egyengető fejnél 2. 1 Vízsz., előtolásra ⊥ Egyengető fej feletti előtoló görgő tartó a gerendán 3. Függőleges 2,5 4. Jobb oldali fejnél Függőleges 2 Jobb oldali fejnél 5. 2,5 Vízsz., előtolásra ⊥ 6. Bal oldali fejnél Függőleges 2,5 7. Bal oldali fejnél Vízsz., előtolásra ⊥ 2,5 8. Vastagoló fejnél Függőleges 2,5 Vízsz., előtolással║ 10,5 9. Vastagoló fej tartószerk. Vastagoló fej tartószerk. 10. Vízsz., előtolásra ⊥ 7,5 11. Vastagoló fej tartószerk. Függőleges 7,5 12. Egyengető asztal Vízsz., előtolásra ⊥ 2 13. Egyengető asztal Függőleges 2 14. Egyengető fej feletti előtoló Vízsz., előtolásra ⊥ 2 anyag felületénél beljebb volt és teljes keresztmetszeti megmunká-t végezhettünk az érzékelő sérülése nélkül. A atok pontos helye a 8. ábrán látható. A eték megvezetésére, mint az ábrán látható,  4 mm széles és 30 mm mély árok is készült.  az árok a faanyag végétől a furatokig tart. A rések állandó paraméterei: előtolás 5 m/perc; görgő tartó a gerendán lásfurvezegyEzmé• 2. táblázat – a mért munkadarab-lengések Amplitudó (µm)  Mérés helye 1. mérés 2. mérés 1. Egyengető fejnél 12 30 2. Jobboldali fejnél 24 30 3. Baloldali fejnél 30 60 4. Vastagoló fejnél 35 90 • • fordulatszám 6000 ford./perc; leszorítás 5 bar. Az érzékelő függőleges helyzetben volt az első, míg vízszintes a második megmunkálás és mérés során. A mért értékek (2. táblázat) a megmunkálófej előtti elhaladásra vonatkoznak. A mintadarabok kialakítása 8. ábrán látható. A rezgésmérés során a mintadarabokat az érdességmérő műszeren is vizsgáltuk. A faanya-gok mind a négy oldalát mértük. A mérés tarto-mánya a munkadarab hosszának felénél volt. A beállított vizsgálati hossz: 50 mm. Az érdesség-mérési helyeket a  9. ábra szemlélteti. Ennek eredményeit cikkünk következő részében ismertetjük.  Irodalom 1. Sitkei Gy. 1994. A faipari műveletek elmélete. Mezőgazdasági Szaktudás Kiadó, Budapest, 373-392. 2. Sitkei Gy. 1990. Theorie des Spanens von Holz. Fortschrittbericht No. 1. Acta Fac. Ligniensis Sopron, 58-69.  9. ábra – Érdességmérési helyek 8. ábra – A mintadarabok kialakítása 20  2002. SZEPTEMBER 

Többfejes gyalugépek rezgéseinek vizsgálata = Vibrations of multi-head planers

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Repository of the Academy's Library