新型金剛石鏈鋸運轉(zhuǎn)可行性研究(二)①
——鏈條最大容許運動速度的計算

劉志環(huán),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(shù)研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,廣西桂林 541004)

新型金剛石鏈鋸運轉(zhuǎn)可行性研究(二)①
——鏈條最大容許運動速度的計算

劉志環(huán),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(shù)研究中心,廣西桂林 541004; 3.中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院,廣西桂林 541004)

文章結(jié)合新型金剛石鏈鋸運轉(zhuǎn)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(fā)的一種采用齒形嚙合做無導板化運轉(zhuǎn)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(xiàn)有其它開板工具在鋸切性能和經(jīng)濟成本方面均具有明顯的優(yōu)勢。本實驗將結(jié)合數(shù)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(chǎn)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(guān),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(jié)與鏈輪的沖擊速度大小可以通過轉(zhuǎn)化圖所示計算,根據(jù)相對運動原理,鏈條與鏈輪的嚙合可以轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角速度,p為鏈條節(jié)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(jié)距為p=31.75mm時,鏈板將以平均速度1.29m/s連續(xù)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(jié)距。若鏈條節(jié)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(jié)的沖擊動能:

式中:G為單個鏈節(jié)的沖擊動能

q0為單個鏈節(jié)的重量

g為重力加速度

ξ為嚙入沖擊速度系數(shù)

n為鏈輪轉(zhuǎn)速

p為鏈條節(jié)距

由公式可知,為減少鏈條單位沖擊動能,應減小單節(jié)鏈條重量、鏈輪轉(zhuǎn)速及鏈條節(jié)距。

齒形鏈條工作面與輪齒連續(xù)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(jīng)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(zhuǎn)速nmax為:

且由公式可知,為提高鏈輪最大轉(zhuǎn)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(jié)距。

[1] 劉志環(huán),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(huán),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(huán)(1981-),男,工學碩士,畢業(yè)于中南大學,現(xiàn)就職于中國有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院國家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心,

從事金剛石制品及相關(guān)技術(shù)開發(fā)工作,E-mail:lzh1713@163.com。