新型金刚石链锯运转可行性研究(二)①——链条最大容许运动速度的计算

刘志环,宁春旭,潘晓毅

(1.广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004;2.国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004; 3.中国有色桂林矿产地质研究院,广西桂林 541004)

新型金刚石链锯运转可行性研究(二)①
——链条最大容许运动速度的计算

刘志环,宁春旭,潘晓毅

(1.广西超硬材料重点实验室,广西桂林 541004;2.国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004; 3.中国有色桂林矿产地质研究院,广西桂林 541004)

文章结合新型金刚石链锯运转特点,对其最大容许运行速度进行计算评估。通过链锯链条与链轮的啮合冲击运动进行计算,求得链条极限冲击速度。并通过单位冲击动能进一步进行推导计算出新型金刚石链锯最大线运行速度。

金刚石链锯;啮合冲击;冲击动能

1 前言

在过去的文章[1]中,我们介绍了我中心开发的一种采用齿形啮合做无导板化运转进行锯切的新型金刚石链锯,其应用于荒料开板时,比目前现有其它开板工具在锯切性能和经济成本方面均具有明显的优势。本实验将结合数理推导对该新型金刚石链锯的链条最大容许运动速度进行计算,并对其性能特点进行[2]深入的了解,以分析该产品的推广可行性。

2 链锯链条与链轮的啮合冲击速度计算

链条与链轮的啮合冲击力的大小与法向冲击速度有关,对于外接触齿形链,链板与链轮接触的部位为一条直线,所以在接触线上各点的冲击速度是不同的,最大冲击速度在最上部。齿形链节与链轮的冲击速度大小可以通过转化图所示计算,根据相对运动原理,链条与链轮的啮合可以转化为链轮固定不动,铰链O1相对于铰链O2以角速度ω啮入,由此可推出:

其中,ω为主动轮运转角速度,p为链条节距,a为齿形角,一般a=60°,因此:

用图解法可求得齿形链啮入时的平均冲击速度为:

由此可知,新型链锯链条在线速度为v=30m/s、链条节距为p=31.75mm时,链板将以平均速度1.29m/s连续冲击轮齿,因此工作条件是比较恶劣的。

由上式可知,为了减少链条啮入冲击速度,应增大链轮直径以减小链轮角速度,并减小链条节距。若链条节距不变,只改变链轮直径这一项,使链轮直径增大到Φ2100mm,则可计算链条啮入时平均冲击速度为:

最大冲击速度为vcmax=0.45m/s

冲击速度大大减小,磨损速度大大降低,链条使用寿命随之增长。

3 链锯链条最大容许运动速度的计算

由式vcm可计算出单个链节的冲击动能:

式中:G为单个链节的冲击动能

q0为单个链节的重量

g为重力加速度

ξ为啮入冲击速度系数

n为链轮转速

p为链条节距

由公式可知,为减少链条单位冲击动能,应减小单节链条重量、链轮转速及链条节距。

齿形链条工作面与轮齿连续冲击,会导致链板工作面磨损、链轮轮齿工作面磨损及销轴与链板的配合面磨损或损坏,因此要求作用于销轴一平方厘米之投影面积上的单位冲击动能不能超过允许值[G],[G]值是一经验值,通常认为滚子链条允许单位冲击动能[G]=0.0035kg·m/cm2,对于齿形链条一般亦可取此值。

因q0=q·p(q为每米链条总量),则齿形链条单位面积冲击动能的计算公式为:

式中:R为链板外圆半径,cm;

b为链条宽度,cm。

代入[G]=0.0035 kg·m/cm2,ξ=0.35,可推算出链轮最大允许转速nmax为:

且由公式可知,为提高链轮最大转速以提高链条可用最高线速度,应增加链条宽度,增加链板外圆半径,减小链条单位重量,减小链条节距。

[1] 刘志环,等.荒料开板工具存在的问题及新型工具的研制[J].超硬材料工程,2008(2):22-26.

[2] 刘志环,等.新型金刚石链锯锯切试验研究[J].超硬材料工程, 2009(3):34-38.

[3] [苏]伏罗别耶夫.链条传动[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

刘志环(1981-),男,工学硕士,毕业于中南大学,现就职于中国有色桂林矿产地质研究院国家特种矿物材料工程技术研究中心,

从事金刚石制品及相关技术开发工作,E-mail:lzh1713@163.com。