新型金剛石鏈鋸運轉可行性研究(二)①
——鏈條最大容許運動速度的計算

劉志環,寧春旭,潘曉毅

(1.廣西超硬材料重點實驗室,廣西桂林 541004;2.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產地質研究院,廣西桂林 541004)

新型金剛石鏈鋸運轉可行性研究(二)①
——鏈條最大容許運動速度的計算

劉志環,寧春旭,潘曉毅

(1.廣西超硬材料重點實驗室,廣西桂林 541004;2.國家特種礦物材料工程技術研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產地質研究院,廣西桂林 541004)

文章結合新型金剛石鏈鋸運轉特點,對其最大容許運行速度進行計算評估。通過鏈鋸鏈條與鏈輪的嚙合沖擊運動進行計算,求得鏈條極限沖擊速度。并通過單位沖擊動能進一步進行推導計算出新型金剛石鏈鋸最大線運行速度。

金剛石鏈鋸;嚙合沖擊;沖擊動能

1 前言

在過去的文章[1]中,我們介紹了我中心開發的一種采用齒形嚙合做無導板化運轉進行鋸切的新型金剛石鏈鋸,其應用于荒料開板時,比目前現有其它開板工具在鋸切性能和經濟成本方面均具有明顯的優勢。本實驗將結合數理推導對該新型金剛石鏈鋸的鏈條最大容許運動速度進行計算,并對其性能特點進行[2]深入的了解,以分析該產品的推廣可行性。

2 鏈鋸鏈條與鏈輪的嚙合沖擊速度計算

鏈條與鏈輪的嚙合沖擊力的大小與法向沖擊速度有關,對于外接觸齒形鏈,鏈板與鏈輪接觸的部位為一條直線,所以在接觸線上各點的沖擊速度是不同的,最大沖擊速度在最上部。齒形鏈節與鏈輪的沖擊速度大小可以通過轉化圖所示計算,根據相對運動原理,鏈條與鏈輪的嚙合可以轉化為鏈輪固定不動,鉸鏈O1相對于鉸鏈O2以角速度ω嚙入,由此可推出:

其中,ω為主動輪運轉角速度,p為鏈條節距,a為齒形角,一般a=60°,因此:

用圖解法可求得齒形鏈嚙入時的平均沖擊速度為:

由此可知,新型鏈鋸鏈條在線速度為v=30m/s、鏈條節距為p=31.75mm時,鏈板將以平均速度1.29m/s連續沖擊輪齒,因此工作條件是比較惡劣的。

由上式可知,為了減少鏈條嚙入沖擊速度,應增大鏈輪直徑以減小鏈輪角速度,并減小鏈條節距。若鏈條節距不變,只改變鏈輪直徑這一項,使鏈輪直徑增大到Φ2100mm,則可計算鏈條嚙入時平均沖擊速度為:

最大沖擊速度為vcmax=0.45m/s

沖擊速度大大減小,磨損速度大大降低,鏈條使用壽命隨之增長。

3 鏈鋸鏈條最大容許運動速度的計算

由式vcm可計算出單個鏈節的沖擊動能:

式中:G為單個鏈節的沖擊動能

q0為單個鏈節的重量

g為重力加速度

ξ為嚙入沖擊速度系數

n為鏈輪轉速

p為鏈條節距

由公式可知,為減少鏈條單位沖擊動能,應減小單節鏈條重量、鏈輪轉速及鏈條節距。

齒形鏈條工作面與輪齒連續沖擊,會導致鏈板工作面磨損、鏈輪輪齒工作面磨損及銷軸與鏈板的配合面磨損或損壞,因此要求作用于銷軸一平方厘米之投影面積上的單位沖擊動能不能超過允許值[G],[G]值是一經驗值,通常認為滾子鏈條允許單位沖擊動能[G]=0.0035kg·m/cm2,對于齒形鏈條一般亦可取此值。

因q0=q·p(q為每米鏈條總量),則齒形鏈條單位面積沖擊動能的計算公式為:

式中:R為鏈板外圓半徑,cm;

b為鏈條寬度,cm。

代入[G]=0.0035 kg·m/cm2,ξ=0.35,可推算出鏈輪最大允許轉速nmax為:

且由公式可知,為提高鏈輪最大轉速以提高鏈條可用最高線速度,應增加鏈條寬度,增加鏈板外圓半徑,減小鏈條單位重量,減小鏈條節距。

[1] 劉志環,等.荒料開板工具存在的問題及新型工具的研制[J].超硬材料工程,2008(2):22-26.

[2] 劉志環,等.新型金剛石鏈鋸鋸切試驗研究[J].超硬材料工程, 2009(3):34-38.

[3] [蘇]伏羅別耶夫.鏈條傳動[M].

Study on operation feasibility of the new diamond chain saw——Calculation of the chain's maximum permissible speed

LIU Zhi-huan,NIN Chun-xu,PAN Xiao-yi
(1.Guangxi Key Laboratory of Superhard Materials,Guilin 541004,China; 2.National Special Mineral Materials Engineering Research Center,Guilin 541004,China; 3.China Nonferrous Metal(Guilin)Geology and Mining Co.,Ltd.,Guilin 541004,China)

In this paper,it has calculated and evaluated the maximum allowable running speed of the new diamond chain saw combining with its running characteristics.Through calculating the meshing impact motion of the chain saw and sprocket,the chain ultimate impact velocity can be got.And it can derive and calculate the new diamond chain saw's biggest running line speed by the unit impact kinetic energy.

diamond saw chain;meshing impact;impact kinetic energy

TQ164

A

1673-1433(2013)04-0022-02

2013-05-10

劉志環(1981-),男,工學碩士,畢業于中南大學,現就職于中國有色桂林礦產地質研究院國家特種礦物材料工程技術研究中心,

從事金剛石制品及相關技術開發工作,E-mail:lzh1713@163.com。