新型金刚石链锯的链条受力分析

Abstract: In t his paper, t he str ain of the chain of new diamo nd chain saw used f or cut ting st one is analyzed and calculat ed. T he result s show t hat under the ex perim ent al cond-i tio ns, t he st rain of chain's t ig ht side is 1705N, t he loo se side is 1639N, and st rain is decreased w it h t he chain w heels' diam et er increasing. T he for ce's distr ibution cur ve of t he chain is also dr aw n. F rom t he draw ing w e can f ound t hat the larg est fo rce point is t he meshing point of chain 's t ight side w it h the dr iv ing w heel in t he condit io n of tw o- w heel st ruct ure. Keywords: diam ond; chain saw ; f orce analy sis
3. 32kg ;
W为计及链 条伸缩性及垂 度影响之系数。W= 0. 5~ 0. 75, 由于视链条轴距而定, 轴距越大, W值越
小, 故取 W= 0. 5;
则有:
Fd =
9.
8
@ 2702 90
@
3.
32
@
0. 2
03175 @
0.
5=
2 09N
由此可得大型设备链条紧边受力大小为: F1 = F0 + Fl + Fc + Fd
= 128+ 675+ 266. 8+ 209 = 1279N 用于切割石材链条松边受力 F2 = F0 + Fl + Fd = 128+ 675+ 209 = 1012N ; 非用于切割石材链条受力
F3 = F0 + Fl = 128+ 675 = 803N 由此可知, 设备越大, 链轮直径越大, 在线速度不 变的条件下, 由于转速大为减小, 动载荷也大大减小, 所以链条受力反而越小。
第 22 卷 第 6 期 2010 年 12 月
超硬材料工程
SU P ERH AR D M A T ERIA L EN G IN EERI NG
V ol. 22 Dec. 2010
新型金刚石链锯的链条受力分析¹
刘志环, 王进保, 肖乐银
( 桂林矿产地质研究院, 广西 桂林 541004)
摘 要: 文章对用于大板切 割新型金刚石链锯的链条张力进 行了分析计 算, 由 计算结果 可知, 新型金 刚石 链锯链条张力在试验装置条件下紧边张力为 1705N , 松边张力为 1639N , 且张力随着链轮直径的增 加而减 小; 并由此计算并绘出了新 型金刚石链锯链条围齿区整体受 力分布图, 由图可 知, 两 轮结构下 最大链 条受 力点为链条紧边最先与主动链轮啮合处。 关键词: 金刚石; 链锯; 受力分析 中图分类号: T Q164 文献标识码: A 文章编号: 1673- 1433( 2010) 06- 0016- 04
在以前的文章[ 1] 中曾介绍了一种新型金刚石链 锯, 这种金刚石链锯应用于荒料开板时, 较之于其它 现有开板工具在锯切性能和锯切成本方面具有明显 的优势。在另一篇文章[ 2] 中我们介绍了自己设计的 新型金刚石链锯专用试验装置, 并给出了相关尺寸参 数。本文则根据金刚石链锯的设计尺寸、使用条件, 在理论和试验结果分析的基础上, 对其受力情况进行 了分析计算。
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与松边之分。紧边还受到切削阻力的作用 Fc , 松边 则没有。由此, 链锯切割石材时, 紧边与松边张力分 布如图 1 所示。
图 1 链条受力分布图 Fig . 1 T he for ce distr ibution of the chain
下面计算各种作用力的大小:
a. 依靠螺杆推动给予链条之张力 F0
F0 = 9. 8
ql 2 8f
2
+
ql 2 2
其中: q 为每米长之链条质量( kg/ m) , 通过实际
称量, 每米链条重量( 加金刚石节块) q= 0. 75kg / m。 l 为松边之跨度( m) ;
f 为链条垂度( m) 。 设计链条垂度 f = 35m m, 则有:
F0 =
0. 75 @ 1. 1092 8 @ 0. 035
节的张力, N j为此链节所受法向作用力, 则有:
s in H
j
S j = F3
sin
36 z
0b
+
H
N i = Sj
sin 360b
z
sin
36 0b z
+
H
逐个计算链节受力大小, 并列于表 1 中。由于围
齿两端至围齿中间受力都是逐渐减小, 因此, 在围齿 中间必定有一个齿节受力最小。
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表 1 主动轮 围齿上各链节受力大小 ( 单位: N) T able 1 T he for ce o f chain unit sur ro unding the dr iv er ( unit: N)
Fc =
10 00P v
=
1000 @ 30
8
=
266. 8N
d. 链条所受动载荷 Fd
Fd =
9. 8n2 90
K J + mp R2 2
W
其中: n 为链轮转速,
n=
60 v zt
=
60 210 @
@ 0.
30 0317 5
=
270 r / m
m 为链条紧边的质量, m = 0. 75kg/ m @ 4. 4m =
i
Si = F1
s in
360b z
+
H
N i = F1
s in H
sin
360b + z
H
i
sin 360b
# s in
z
360b z
+
H
同样, 若从松边张力 F3开始分析, 也存在同样的
规律, 即在围齿范围内, 沿松边向紧边方向各链节的 力逐渐减小。
设 Sj为由松边处啮合点往紧边方向的第 j 个链
紧边 y 松边
松边 y 紧边
i
F 1i
N 1i
S 1i
j
1
1700
418. 2
1326
1
2
1326
326. 2
1034. 3
2
3
1034. 3
254. 4
806. 8
3
4
806. 8
198. 4
629. 3
4
5
629. 3
154. 8
490. 8
5
6
490. 8
120. 7
382. 8
6
7
382. 8
试验装置切削功率消耗约为 2kW, 链锯所受切 削阻力大小为:
Fc =
10 00P v
=
1000 @ 30
2
=
66. 7N
d. 链条所受动载荷 Fd 参照苏联伏罗别耶夫著5链条传动6[ 3] , 因链条运
转不匀等引起之链条动载荷的最大值的计算公式为:
Fd =
9. 8n2 90
KRJ2 +
mp 2百度文库
W
其中: n 为链轮转速, n= 1000r/ m; K为一系数, 此系数考虑到链轮齿数、速比及链
2
+
0. 75 @ 4. 4 2 2
= 128N
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b. 因离心力作用而产生之链条张力 Fl Fl = qv 2 = 0. 75 @ 302 = 675N c. 切削阻力 F c
由于大型设备切削石材长度是试验机的 4 倍, 则
假设切削功率消耗为 2kW @ 4= 8kW, 链锯所受切削 阻力大小为:
种作用力的大小为:
图 2 链条工 作面受力计算图 Fig. 2 F orce calculat ion draw ing on chain's w or king side
S1 =
F1 # sin
s in H 360b +
z
H
=
0. 78F1
N1 =
F1
#
s
in
sin
360b z
360b + z
H
=
94. 2
298. 6
7
8
298. 6
73. 4
232. 9
8
9
232. 9
57. 3
181. 7
9
10
181. 7
Force analysis for chain of new diamond chain saw
L IU Zh-i huan, WANG Jin- bao, XIAO L e- y in
( Guilin Resear ch I nstitute of Geology f or M iner al Resour ces , Guilin, Guangx i 541004, China)
2
+
0. 75 @ 1. 109 2 2
= 32. 5N
b. 因离心力作用而产生之链条张力 Fl Fl = qv 2 其中: q 为链锯每米质量( kg/ m ) ;
v 为链条工作时的线速度( m/ s) ; g 为重力加速度, g= 9. 8m/ s2;
设计链条线速度为 v= 30m / s, 则有: Fl = 0. 75 @ 302 = 675N c. 切削阻力 F c
非用于切割石材链条受力
F3 = F0 + Fl = 32. 5+ 675 = 707. 5N 对于大型设备, 以 52100mm 的两大轮传动为例, 其锯切石材长度为 2300mm, 其链轮齿数 z= 210 个, 其 它参数与试验机相同, 即 e= 0. 42cm, p = 3. 175cm, 链 条线速度为 v= 30m/ s, 则其张力大小为: a. 依靠螺杆推动给予链条之张力 F0
命, 需要增大链轮直径, 在保证链条线速度的情况下 减小链轮转速, 减小动载荷。
综合以上计算, 可得出用于切割石材链条紧边受 力大小为:
F1 = F0 + F l + Fc + Fd
= 32. 5+ 675+ 66. 7+ 931. 1 = 1705N
用于切割石材链条松边受力
F2 = F0 + Fl + Fd = 32. 5+ 675+ 931. 1 = 1639N;
W= 0. 6;
则有:
Fd =
9. 8
@ 10002 90
@
0. 83
@ 0. 03175 2
@
0. 6
= 931. 1N
由此可知链条所受动载荷对链条张力影响最大, 且由公式可知动载荷与链轮的转速、链条节距、链条
每米重量及紧边长度成正比, 且链轮转速对它的影响 最大。因此为了减小链条所受张力, 提高链条使用寿
2 链锯围齿区受力分析
图 2 所示为链条工作面受力情况图, 根据受力平
衡, F1 为紧边张力, N 1为轮齿作用于链条工作面上的
法向力, S1 为前一链节的张力, z 为链轮齿数, H为中
齿形链法向力的作用角, 对于实验 H=
B-
180b z
=
30b
- 360b = 22. 94b , 因此可得链条由主动轮啮进时, 各 z
0. 246F1
当 F1 = 1700N 时, 可分别计算出: S1 = 1326N ;
N 1 = 418. 2N 。
由紧边至松边, 围在链轮上的每节链节都有类似 的受力状态, 且从啮入点数起, 链节受力呈几何级数
递减。
从啮入点数起的第 i 个链节上的张力 S i 和工作
面法向作用力 N i 为:
sinH
条紧边长度之影响, 其计算公式为 K =
i2
i2
1 tg
180b z
, 因本实验中速比 i=
0,
因而此项为 0,
因此不用
考虑此项。
m 为链条紧边的质量, m = 0. 75kg/ m @ 1. 111m
= 0. 83kg;
W为计及链条 伸缩性及垂度影 响之系数。W= 0. 5~ 0. 75, 视链条轴距而定, 轴距越大, W值越小, 取
1 链锯链条张力计算
链锯在不切割石材时, 与一般链传动一样, 有紧 边与松边之分, 紧边受到依靠螺杆推动链轮给予链条 的张紧力 F0 、因离心力作用而产生之链条张力 Fl 以 及链条因运转不匀而产生之动载荷 Fd; 松边则不受 动载荷的作用。而链锯以紧边切割石材时, 又有紧边
¹ 收稿日期: 2010- 12- 31 作者简介: 刘志环( 1981- ) , 男, 工学硕士, 从事超硬材料及制品科研开发工作。 基金项目: 广西区青年基金, 项目编号: 桂科青 0832086
F0 = 9. 8
ql 2 8f
2
+
ql 2 2
q= 0. 75kg/ m, l= 4. 4m, 为使链锯对石材施加相
同的下压力, 在试验机垂度为 35mm 时( 松 边跨度 l
= 1. 1m ) , 大型设备 链锯垂度 f 应设置为 4 @ 35 =
140m m, 则有:
F0 = 9. 8
0. 75 @ 4. 42 8 @ 0. 14