Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние проблемы и задачи исследования
1.1. Бензиномоторные пилы и их место в лесозаготовительном производстве
1.1.1. Понятия и определения 10
1 1.1.2. Характеристики и основные требования к бензиномоторным пилам
1.1.3 Основные принципы конструктивной компоновки бензиномоторных пил
1.1.4. Место бензиномоторных пил в технологическом процессе лес заготовительного производства
1.2. Оценка энергетической эффективности бензиномоторной пилы 32
1.2.1. Оценка энергетического КПД бензиномоторной пилы при продольной распиловке круглых лесоматериалов
1.2.2. Оценка энергетического КПД бензиномоторной пилы при поперечной распиловке круглых лесоматериалов и валке деревьев
1.2.3. Сопоставление балансов энергопотребления бензиномоторной пилы на поперечной и продольной распиловке круглых лесоматериалов
1.3. Энергетический КПД двигателя внутреннего сгорания 46
1.4. Определение механических потерь в двигателе внутреннего сгорания
1.5. Выводы по главе 1 56
1.6. Задачи исследования 57
Глава 2. Методика определения топливной экономичности бензиномоторных пил
2.1. Исходные данные для разработки методики 58
2.2. Разработка методики
2.3. Выводы по главе 2 66
Глава 3. Объект, аппаратура, методика и условия проведения экспериментальных исследований
3.1. Обоснование и выбор объекта экспериментальных исследований 68
3.1.1. Место экспериментальных исследований в совершенствовании технологических процессов лесозаготовительного производства
3.1.2. Задачи экспериментальных исследований 69
3.2. Аппаратура экспериментальных исследований 70
3.2.1. Стенд для испытания пильных цепей 70
3.2.2. Бензиномоторная пила на экспериментальных исследованиях
3.3. Обоснование оптимального закона скорости подачи при поперечной распиловке круглых лесоматериалов
3.4. Обоснование точности измерения и достоверности эксперимента
3.4.1. Точность измерения 90
3.4.2. Определение относительной погрешности средств измерения 93
3.4.3. Длительность опыта или число измерений 94
3.4.4 Число опытов 95
3.3. Выводы по главе 3 96
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований
4.1. Обработка экспериментальных данных 98
4.2. Результаты исследования зависимости показателей пиления от высоты пропила
4.3. Результаты исследования зависимости показателей пиления от снижения ограничителей подачи режущих зубьев пильных цепей
4.4. Сопоставление показателей работы пильных цепей с различным шагом зубьев
4.5. Анализ влияния параметров пильных цепей и показателей их работы на энергетическую эффективность процесса пиления 115
4.6. Выводы по главе 4 123
5. Общие выводы и рекомендации 125
Список использованных источников
- Оценка энергетической эффективности бензиномоторной пилы
- Разработка методики
- Обоснование оптимального закона скорости подачи при поперечной распиловке круглых лесоматериалов
- Результаты исследования зависимости показателей пиления от снижения ограничителей подачи режущих зубьев пильных цепей
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение энергоемкости производства, в том числе и лесозаготовительного, количества техники, задействованной в производственных процессах, а также постоянный рост цен на энергоносители является серьезным фактором, который увеличивает важность вопроса повышения энергетической эффективности. Универсальных способов экономить энергию не существует, но разработка методик, технологий и устройств, помогающих вывести энергоэффективность на качественно новый уровень, является приоритетной задачей научно-технического прогресса, в том числе и в лесозаготовительной отрасли. На заседании Госсовета, состоявшегося 02 июля 2009 г. в Архангельске, президент РФ сформулировал стратегические задачи страны в сфере энергоэффективности, которую часто называют «пятым видом» топлива. В России вскоре была создана комиссия по модернизации и технологическому развитию экономики, которая выделила пять приоритетов. На первом месте в этом ряду стоит энергоэффективность. Это направление должно быть системообразующим. К 2020 году необходимо снизить на 40% энергоемкость российского валового внутреннего продукта, как отметил президент.
Бензиномоторные пилы продолжают оставаться одним из наиболее распространенных механизмов, используемых в лесозаготовительном производстве. К настоящему времени не существует методики обоснованной оценки их энергетической эффективности, с учетом природно-производственных условий их эксплуатации.
Степень разработанности темы . Диссертация представляет собой законченное научное исследование, включающее в себя изучение состояния проблемы, постановку цели и задач, теоретический анализ изучаемых процессов с составлением математической модели, экспериментальное исследование энергоэффективности работы бензиномоторной пилы, практическую реализацию работы в виде рекомендаций по выбору оптимальных показателей работы бензиномоторных пил максимизирующих их энергетическую эффективность.
Цель работы. Повышение энергетической эффективности лесозаготовительного производства путем разработки методики оценки энергетической эффективности бензиномоторных пил в различных природно-производственных условиях их эксплуатации.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:
-
Разработать методику определения топливной экономичности бен-зиномоторных пил;
-
Разработать план, состав аппаратуры, обосновать место проведения экспериментальных исследований, измеряемые показатели и характери-
стики, точность измерения и достоверность эксперимента, длительность опыта или числа измерений;
-
Провести экспериментальные исследования для определения энергетических затрат и сравнительной эффективности бензиномоторных пил в различных условиях эксплуатации;
-
Дать обоснованные рекомендации по повышению энергетической эффективности бензиномоторных пил в различных условиях их эксплуатации;
-
Разработать новое техническое решения для повышения энергетической эффективности бензиномоторных пил.
Научная новизна работы. Разработанная методика оценки энергетической эффективности бензиномоторных пил в различных природно-производственных условиях их эксплуатации позволяет обоснованно выбирать параметры пил, которые дают наибольшую энергетическую эффективность в конкретных условиях лесозаготовительного производства.
Практическая значимость работы. Методика оценки энергетической эффективности бензиномоторных пил в различных природно-производственных условиях их эксплуатации углубляет теоретические основы лесозаготовительного производства в энергетической сфере. Предложенная методика позволяет разрабатывать организационные мероприятия, повышающие энергетическую эффективность лесозаготовительного производства. Она дает возможность конструкторам на этапе проектирования и создания уточнять основные параметры бензиномоторных пил.
Методы исследования. Теоретической основой исследований явились работы ведущих отечественных и зарубежных ученых по анализу энергетического КПД машин и механизмов, научные работ по проектированию и совершенствованию машин и оборудования лесного комплекса, материалы международных и всероссийских конференций по проблемам лесопромышленного комплекса.
В работе применялся системный подход, охватывающий базовые методы научно-технического познания, методы математического моделирования и математической статистики, измерения и обработки экспериментальных данных.
Автор в своих исследованиях опирался на фундаментальные работы видных ученых в области теории лесопромышленных машин и оборудования, их проектирования и использования – Александрова И.К., Анисимова Г.М., Григорьева И.В., Кочегарова В.Г., Патякина В.И., Редькина А.К., Шегельмана И.Р., Ширнина Ю.А., Nick Pasiecznik, Emmanuel Marfo и др.
Положения, выносимые на защиту:
-
Методика оценки энергетической эффективности бензиномотор-ных пил в зависимости от нагрузочных режимов;
-
Установленные зависимости влияния нагрузочных параметров на энергетическую эффективность пильных цепей;
-
Установленные зависимости влияния конструктивных параметров пильных цепей на показатели процесса пиления бензиномоторной пилой;
-
Конструкция универсальной пильной цепи повышенной устойчивости и устройства для ее заточки.
Степень достоверности и апробация результатов обеспечивается применением современных методов исследований, подтверждается обоснованностью принятых допущений, применением методов математической статистики; проведением экспериментальных исследований в лабораторных условиях и подтвержденной адекватностью разработанной методики.
Основные положения диссертации и отдельные ее разделы докладывались и получили положительную оценку на второй международной научно-практической Интернет конференции «Леса России в XXI веке» (СПб, 2010); Международном научно-образовательном семинаре «Деревянные конструкции-2011: образование, практика, инновации в странах Баренцева Евро-Арктического региона» (Архангельск, 2011), а также ежегодных научно-технической конференции БрГУ в 2009-2013 гг.
Личный вклад автора заключается в постановке и решении теоретических, экспериментальных и конструкторских задач. Автором разработана методика оценки энергетической эффективности бензиномоторных пил в зависимости от нагрузочных режимов, исследованы зависимости влияния нагрузочных параметров на энергетическую эффективность пильных цепей, установлены зависимости влияния конструктивных параметров пильных цепей на показатели процесса пиления бензиномоторной пилой. Разработана конструкция новой универсальной пильной цепи повышенной устойчивости. Проведены экспериментальные исследования. Выполнена обработка их результатов и сформулированы выводы и рекомендации в интересах конструкторов и потребителей пил.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в девяти печатных работах, включая три статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов кандидатских и докторских диссертаций. Получен патент на полезную модель (№ 130895 опубл. 10.08.2013. Бюлл. № 22). Результаты исследований также отражены в отчетах по НИР.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы. Общий объем работы 150 страниц. Диссертационная работа содержит 41 рисунок, 22 таблицы. Список литературы содержит 100 наименование.
Оценка энергетической эффективности бензиномоторной пилы
Пильная шина служит для направления движения пильной цепи и является несущим элементом, воспринимающим внешние усилия, действующие на режущее устройство, а также силы, возникающие при резании древесины. Поэтому помимо достаточной износостойкости шина должна обладать также требуемой прочностью, жесткостью и устойчивостью [22].
Принято считать, что в нормальных условиях эксплуатации шина имеет большой запас прочности, и прогиб ее происходит в пределах упругих деформаций материала. Между тем, особенно при работе на валке леса, большинство шин преждевременно выходит из строя в результате поломок, а не вследствие износа. Основной причиной поломки является нарушение правил эксплуатации, когда при зажиме шины в пропиле ею пользуются как рычагом. Пильная шина должна обеспечить легкий проход (без застревания) режущего устройства. Для этого ее толщина делается на 3-6 мм меньше, чем ширина пропила (развода) пильной цепи. Пильную шину изготовляют из конструкционной стали с соответствующей термообработкой и упрочнением направляющих пильной цепи. По периметру пильной шины имеется направляющий паз, если пильная цепи с хвостовиками; пильная шина может иметь выступ, если пильная цепь седлающего типа. На цепных пилах устанавливаются как консольные, так и неконсольные пильные шины. Пильные шины консольного типа могут быть с ведомой звездочкой и без нее; во втором случае, для улучшения условий прохождения пильной цепи по кривой, ее делают большего радиуса (каплеобразная пильная шина). Так как пильная цепь по шине движется при недостаточной смазке, пильная шина при небольшой толщине должна быть достаточно жесткой, материалом для нее служит износостойкая, высокопрочная легированная сталь [20].
Пилой с консольной пильной шиной можно срезать деревья диаметром в месте срезания в 2 раза больше свободной длины шины. Пилой же с неконсольной пильной шиной можно срезать деревья диаметром несколько меньше свободной ее длины [23]. Шина обычно имеет симметричную форму относительно продольной оси, что позволяет повернуть шину другой стороной при износе направляющих пазов (канавок) нижней боковой поверхности. Шины с направляющим пазом могут изготовляться как монолитными, так и многослойными. При изготовлении трехслойных шин можно в середину шины ставить более дешевый металл или пластмассу [24]. Ведущие звездочки, их конструктивные особенности обусловливаются способом зацепления ее зубьев со звеньями пильной цепи и способом посадки на вал [25]. Для цепей с ведущими хвостовиками, которыми снабжены большинство типов пильных цепей, ведущая звездочка выполнена с прореженными зубьями, т.е. через зуб выполнена впадина, предназначенная для ведущего хвостовика цепи. У таких звездочек зацепление (контакт) происходит по боковой рабочей поверхности зубьев звездочки и по рабочим граням ведущих хвостовиков [26].
Для цепей седлающего типа, несущей частью такой звездочки (рис. 1.2) является центральный диск, поверхность которого соприкасается со средними звеньями цепи. Передача движения производится боковыми гранями зубчатых венцов, которые соединены с диском. Для облегчения изготовления такие звездочки делаются составными [27].
Для натяжения цепи на практике получили распространение натяжные устройства с механическим приводом в виде передачи винт – гайка. Данное конструктивное наполнение применяют в большинстве цепных режущих устройств.
Амортизирующее устройство служит для уменьшения дополнительных нагрузок, возникающих из-за нарушения зацепления цепи с ведущей звездочкой и для автоматического поддержания величины монтажного натяжения [28].
В моторных инструментах направляющий элемент выполнен подвижным, с опорой на пружины сжатия (рис. 1.1). Увеличение монтажного усилия ведет к увеличению потребной мощности при- вода и повышенному износу шарнирной системы пильных цепей. Поэтому пильная цепь должна иметь определенное монтажное натяжение. Конкретное значение этих усилий приводится в инструкциях по эксплуатации механизмов, имеющих пильные цепи [29].
Система смазки пильного аппарата. При эксплуатации цепных режущих устройств без смазки увеличивается коэффициент трения, как следствие, температура трущихся поверхностей возрастает, увеличивается скорость их износа. Нагрев трущихся поверхностей зависит от скорости приложения нагрузки и монтажного натяжения цепи. Наличие смазки способствует уменьшению коэффициента трения. Благодаря масленой пленке увеличивается износостойкость деталей пильного аппарата [30].
Основным критерием обоснования места подвода и расхода смазки служат: стабильность установившейся температуры шины и минимум потерь смазки от разбрызгивания в процессе работы цепи.
Система смазки пильного аппарата моторных пил включает: маслобак с фильтром-заборником, насос с приводом и регулирующим винтом [31]. На пилах одиночного управления с шинами консольного типа бачок для смазки и насос располагаются на корпусе пилы или в крышке пильного аппарата [32]. Смазка подается в паз шины через смазочное отверстие, расположенное на нерабочей ветви шины со стороны ведущей звездочки. На рисунке 1.3 представлена схема масло-насоса с приводом от эксцентрика. При движении плунжера влево шариковый клапан перекрывает отверстие и под плунжером образуется разрежение. Под действием атмосферного давления смазка начинает поступать из емкости А в образовавшуюся полость - происходит всасывание смазки. При движении плунжера вправо выпускное отверстие перекрывается плунжером, шариковый клапан под давлением открывается и смазка поступает в заклапанную полость насоса. Оттуда через отверстие В смазка поступает в маслоподводящий канал, а избыточная смазка через отверстие С поступает обратно в маслобак.
Разработка методики
В результате проведенной работы, было необходимо тщательно и детально провести обзор и анализ работ по теме совершенствования конструкции бензино-моторных пил. В ходе чего, были сделаны выводы, что как таковой не существует научно-обоснованной методики определения оптимальной мощности пилы, хотя существуют предпосылки того, что такая характеристика занимает достаточно высокое место при выборе системы машин для определенных условий.
На современном этапе развития при проектировании машин и механизмов распространена методика расчета КПД механической трансмиссии, благодаря которой получают его значение путем перемножения КПД всех элементов входящих в кинематическую цепь.
В КПД передачи, который представляет собой произведение постоянных коэффициентов, не отражается влияние нагрузочных, скоростных и температурных режимов, а также вида и состояния смазки и других условий эксплуатации, влияющих на него, следовательно это приводит к расхождениям расчетных значений КПД с фактическими [54].
Быстроходные двигатели с низким крутящим моментом на валу, значительно снижают точность вычисления КПД.
Применение быстроходных двигателей можно оправдать тем, что при снижении общей металлоемкости и массы скоростного двигателя, снижется большая величина, чем эта масса передачи за счет удлинения кинематической цепи (что необходимо для обеспечения соответствующей величины крутящего момента).
Последнее условие соблюдается в тех случаях, когда рабочие органы остаются консервативными в отношении увеличения скоростного режима, но сохраняют потребность в больших усилиях при взаимодействии со средой. Хотелось бы выделить, что тенденции развития, которые диктует нам современный мир для режущего инструмента бензиномоторных пил - т.е. пильных цепей, влекут к уменьшению потребной величины крутящего момента, при применении мелко-звенных цепей с незначительной подачей на зуб. Такое конструктивное решение еще в большей мере оправдывает применение быстроходных двигателей, т.к. при наличии быстроходного режущего инструмента не требуется существенного удлинения кинематической цепи.
В идеале следует стремиться к такому конструктивному решению, когда двигатель устанавливается непосредственно на рабочий орган без передаточного механизма. Однако следует учитывать, что при изменении параметров рабочего органа в сторону повышения его быстроходности могут возникнуть условия для снижения его конвертирующей способности. Поэтому для оценки энергетической эффективности рассматриваемых конструктивных решений необходимо проведение сопоставительных экспериментальных исследований.
Согласно методике [54] которая применяется при определении рекомендуемых мощностных параметров и экономичности топлива бензиномоторных пил, можно применить следующую последовательность: 1. За основу принимаем зависимости Пчп = /(H) и ОУД = /(H), (2.1) при а = const, где: Пчп - производительность чистого пиления (основная технологическая характеристика любого режущего инструмента) (м2/с) (Пчп=НU, где U - скорость подачи пилы, м/с); ОУД - удельный расход топлива (весовое количество топлива израсходованного на единицу времени при заданных скоростных и нагрузочных режимах, гр/с); Н - высота пропила, (м), определяет нагрузочный режим пиления; со - частота вращения коленчатого вала двигателя; рад/с. Рисунок 2.1. Графики Пчп =/(Я) и ОУД=/(Н) при постоянной частоте вращения вала двигателя (со = const)
Удельный расход топлива – представлен в виде количества энергии, которое затрачивается на единицу времени:
По результатам наблюдений можно сделать выводы о том, что экспериментальные точки, возможно аппроксимировать линейными зависимостями в функции от нагрузочного режима пильной цепи, определяемого высотой пропила Я: Пчп=К1-Н, (2.5) ОУД=К2-Н + ОудХ, (2.6) где: Кх, К2 - константы аппроксимирующих функций; GудХ - удельный расход топлива на холостой ход пилы при заданной частоте вращения со; GудХ аналог мощности холостого хода пилы; СудПОЛ =К2-Н - аналог полезной мощности на приводе пилы. На основе вышепредставленных данных, можно представить функциональную зависимость в виде формулы ЖУД = /(H) т.е. эта величина обратная коэффициенту качества рабочих органов. Данная зависимость ЖУД = /(#) является гиперболой, которая при увеличении аргумента асимптотически приближается к величине К (рис. 2.2).
С целью повышения точности определения функциональной зависимости ОУД = /(H) требуется определить расход топлива на холостой ход пилы в зависимости от частоты вращения двигателя G удХ =/(а ) (рис. 2.3).
Обоснование оптимального закона скорости подачи при поперечной распиловке круглых лесоматериалов
Точность работы приборов измерительной схемы является одним из факторов, предопределяющих объективность решений, которые будут приняты после подведения итогов экспериментальных исследований. Что касается измерения физической величины, то абсолютно четко можно сказать, что оно не может быть предельно точным, т.к. при ее измере- нии и регистрации всегда существует вероятность допущения ошибки. Точность или погрешность измерительной схемы выступает в роли той величины, которая оценивает ошибку измерения.
Таким образом, точность измерения представляет собой степень соответствия результатов измерений действительному значению измеряемой величины. Точность измерений характеризует качество измерений, путем выявления того, насколько близки к истинным значениям результаты измерений. И в соответствии с этим, можно выявить, что качество измерений становится выше по мере того чем меньше результаты данных измерений отличаются от заданной величины, т.к. соответственно уменьшается погрешность.
При применении количественной оценки для точности измерения указывают «погрешность» – понятие, противоположное точности. И здесь в качестве оценки точности измерения гораздо легче применить обратную величину относительной погрешности (без учета ее знака). Например, если относительная погрешность составляет ±10-3, то точность равна 103.
Погрешность (ошибка измерения) которая может возникнуть в ходе измерения является отклонением результатов измерений от заданных значений той величины, которую нужно измерить. Выделяют несколько видов погрешностей, такие как: случайные, систематические, грубые погрешности или промахи.
Повышение точности измерения выше установленной нормы увеличивает затраты времени и ресурсов, а также приводит к усложнению измерительной аппаратуры для эксперимента. Структура и приборы измерительной схемы не должны противоречить задачам экспериментальных исследований. Так квалификация исследователя определяется умением правильно выбрать приборы измерительной схемы и обеспечить условия их соответствия проводимому эксперименту. Также квалифицированный исследователь должен уметь грамотно использовать даже самые недорогие приборы, и получать нужную и достоверную информацию для получения максимального результата.
Ошибка измерения - разность (Хi – mx) между результатом измерения Х и действительным значением тх измеренной величины. Точность измерений характеризу- ется абсолютной АX = X - X или относительной — 100% ошибками, которые дают сумму ошибок.
Для классификаций данных проводятся как многократные, так и однократные наблюдения. Разовые используются практически постоянными физическими величинами. Многократные измерения проводят для того чтобы измерить максимальную точность т.к. однократные не дают желаемого результата. Точность измерения (не считая погрешности) оценивается его надежностью, это значит, что вероятность не должна превышать значение указанной ошибки. Для наиболее точного результата проводятся различные мероприятия по снижению случайных и систематических погрешностей и промахов.
Случайные погрешности образуются под действием факторов, которые не всегда возможно учесть при опыте. Для каждой погрешности при равноценных методах существует своя величина измерений. Погрешности при исследовании лесозаготовительного оборудования могут возникать под воздействием внешних факторов и зависят от работы самой аппаратуры. Чтобы снизить вероятность появления случайных погрешностей, перед началом измерений, специально проводят мероприятия позволяющие обеспечить точную работу электроизмерительной аппаратуры.
Для систематических погрешностей характерно то, что при измерении по одной методике, с помощью одних и тех же приборов они имеют одинаковые значения. Поэтому, для снижения данного вида погрешностей необходимо уже на подготовительной стадии выбрать высококачественные приборы, установить датчики и преобразователи соответствующего качества, а также снизить погрешности градуировки измерительных схем. Состояние, в котором находится оборудование и то насколько его возможности соответствуют заданному заданию, оказывают существенное влияние на систематическую погрешность. При подготовке электроизмерительной аппаратуры к экспериментальным исследованиям эти факторы должны непременно учитываться. На основании отмеченного выше, можно выделить два пути, которые смогут повысить точность измерений. Во-первых, необходимо повысить точ ность методов применяемых для измерений, а также электроизмерительных при боров. Во-вторых, случайные ошибки можно снизить путем качественной настройки и тарировки измерительных схем, оптимизации режимов работы при боров. Грубые ошибки (промахи) могут возникнуть по вине самого исследователя, из-за его невнимательности, некомпетентности или поспешно принятого решения, а также под влиянием других факторов. При осуществлении оценки ошибок, которые возникают при измерении [83] выделяют такие правила как: - если определяющей является систематическая ошибка, то соответственно существует величина выше, чем величина случайной ошибки, и ее измерение можно выполнить, лишь один раз; - если определяющей является систематическая ошибка, то измерения проводят несколько раз. Причем, число измерений выбирают так, что систематическая ошибка является больше случайной ошибки среднего арифметического результата измерений. Одним измерением ограничиваются тогда, когда известно наверняка, что величина случайной ошибки меньше систематической.
Результаты исследования зависимости показателей пиления от снижения ограничителей подачи режущих зубьев пильных цепей
Степень затупления режущих кромок зубьев и износ шарниров цепи обу славливают боковой зажим цепи в пропиле. Как показали результаты исследова ний Н.Н. Вернер, горизонтальный участок режущей кромки зубьев подвержен более медленному затуплению чем вертикальный, поэтому режущая кромка вер тикального участка зуба перестает формировать стенки пропила и начинает про исходить отжим зуба, что показано силой на (рис. 4.10.). РРб1
Параллельно этому, на горизонтальном участке лезвия зуба все еще происходит процесс резания и дно пропила углубляется. При отжиме вертикального участка ширина пропила уменьшается и происходит перекос блока пильной цепи, из-за чего образуется боковой зажим блока цепи в пропиле, а также это приводит к значительной потере мощности на трение цепи о шину и древесину. Для повышения энергетического КПД рабочего органа бензиномоторных пил – пильной цепи, необходимо обеспечить ее устойчивость в пропиле, что не представляется возможным при использовании Г-образных строгающих зубьев цепей ПЦУ. Для решения этой задачи предлагается оригинальное техническое решение: пильная цепь, содержащая рабочую и крепежную зоны зубья, направляющие и соединительные звенья, отличающаяся тем, что рабочая часть каждого из зубьев цепи выполнена в виде содержащего заднюю стенку П-образного элемента, верхняя и боковые стенки которого заострены с образованием режущих кромок, а крепежная зона зуба выполнена в виде имеющих отверстия под крепежные элементы двух шеек для размещения между ними направляющего и соединительного звеньев (рис 4.11.).
Анализ показывает, что помимо значительного повышения устойчивости в пропиле, и, следовательно, снижения потерь на трение цепи о шину и древесину, при использовании технологии изготовления цепи Oregon-Power-Sharp, можно обеспечить простую и быструю заточку цепи при помощи устройства, включающего вогнутый П-образный точильный камень, снабженный плоскими точильными щечками для заточки вертикальных режущих кромок зуба, смонтированными на передвижном блоке с возможностью их сближения с учетом потерь после переточек (рис.4.12.).
По результатам произведенных исследований, было выяснено, что при работе пильной цепи нагрузка изменяется ступенчато, и возрастает на шарнире цепи при его прохождении по высоте пропила Нпр. Объяснение этому заключается в том, что все новые зубья вступают в пропил, прибавляя нагрузку на свои силы сопротивления. Различия возрастающих усилий существуют из-за наличия брака возникающего при изготовления пильной цепи и таких свойствах распиливаемой древесины как: наличие сучьев, гнили, свилеватости, и т.д.
Существует два случая изменения тягового усилия пильной цепи после выхода последующего зуба из пропила. Если высота пропила Нпр кратна шагу цепи по зубьям tз, и одновременно с выходом из пропила одного зуба в него входит другой зуб, то общее тяговое усилие цепи не изменяется, но это встречается очень редко.
Принято что высота пропила Нпр некратна шагу цепи по зубьям tз, и при выходе из пропила очередного зуба общее тяговое усилие цепи захватывает величину сил сопротивления этого зуба, основной частью которых является сила сопротивления резанию зуба: где: k – удельная работа резания, Н/м2; b – ширина пропила, м; u – скорость подачи, м/с; vp – скорость резания, м/с. От шага и скорости резания зависит то, насколько изменится тяговая нагрузка цепи.
При пилении в пропиле регулярно находиться число зубьев: Входящий с другой стороны пропила зуб, который увеличивает усилие в цепи, становится больше на величину усилия резания этого зуба. В таком случае Частота тяговой нагрузки определяется как: f v з t (4.19) Исходя из анализа представленного выше графика следует отметить, что чем меньше шаг цепи tз, тем меньше амплитуда изменения тяговой нагрузки цепи. Скорость резания и шаг зубьев оказывают влияние на частоту тягового усилия цепи – т.е. высокая скорость резания и маленький шаг цепи, увеличивают частоту изменения тягового усилия этой цепи.
При высокой скорости резания перед лезвием зуба возникает эффект, подобный гидравлическому удару, он приводит к тому, что стенки клеток древесины уплотняются и в конечном итоге разрываются. А с учетом того, что жидкость подвержена малой сжимаемости, возникает процесс, похожий на увеличение твердости материала перед лезвием.
Помимо этого, при высоких скоростях резания лезвие подвержено сильному нагреванию (под воздействием сил трения), из-за чего жидкость в клетках, которые соприкасаются с лезвием, может молниеносно вскипеть, что приведет к разрушению структуры древесины и увеличит сопротивление при резании.