WPŁYW ZUŻYCIA
EKSPLOATACYJNEGO
PIŁY ŁAŃCUCHOWEJNA UZYSKIWANE
EFEKTY SKRAWANIA
Adam Maciak
Zakł:.td Mechanizacji Leśnictwa.
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Wstęp
W czasie cksploalacji piły ła11cuchowej następuje jej zużycie. Objawia się
ono m.in. zwiększeniem odlt:.głości pomiędzy ostrzami tnącymi a ogranicznikiem posuwu na skutek ostrzenia piły i ścieraniem się piętki ogniwa tnącego po bieżni
prowadnicy będ:1cego efektem zmiany położenia kątowego ogniwa tnącego pod- czas pracy [WIL;s1K 1990; GÓRSKI 1995]. Podczas normalnej eksploatacji piła ła6cu
chowa ulega także rozciąganiu i po pewnym czasie bez jej skrócenia, co wiąże się
dla przecii,lnego użylkownika z wizylą w warsztacie, nie ma możliwości jej pra-
widłowego napii;cia wstępnego. Z tego powodu wielu użytkowników pilarek, za- nicdbuj,1c ten zabieg, pracuje przez pewien czas piłą niewłaściwie napięt:1 lub wn.;cz luźn,,.
Celem podjętych badaii było ustalenie jaki wpływ mają opisane wyżej obja- wy zużycia piły na efekty jej pracy takie jak: średnia grubość skrawanego wióra 6., i powierzchniowa wydajność skrawania W.
Pomiar efektów piłowania
Skrawania drewna dokonywano na specjalnie skonstruowanym stanowisku przedstawionym na schemacie I. Zapewniało 0110 piłowanie przy stałej sile posu- wu, uzyskiwanej za pomoc:i specjalnych obciążników. Do skrawania drewna za- stosowano pilarkę spalinowq Husqvarna 257 o mocy silnika 2,7 kW (według
danych producenta), w dobrym stanic technicznym.
Piłowania dokonywano poprzecznie do włókien drewna. Urządzenia rcje- s1ruj:1ce umożliwiały bezpośredni pomiar trzech wielkości: siły piłowania (jest ona sum:1 oporów skrawania i tarcia ogranicznika o drewno), prędkości obrotowej
bębna sprzęgła i prędkości obrotowej wału korbowego pilarki. Pomiaru siły piło
wania dokonywano przy pomocy specjalnie skonstruowanej belki tensometrycz- nej. BhJd względny pomiaru siły wynosił 10%. Podczas bada11 zastosowano czę
stotliwość rejestracji jej wartości co 0,001 s.
Prędkości ohrolowe mierzono za pomocq dwóch czujników optycznych typ
270 A. Maciak
T0018-50ZPS. W tym celu na bębnie sprzęgła i kole wentylatora pilarki namalo- wano czarno-białe pasy. Aby odizolować czujniki od wpływu temperatury i drgań
pilarki sygnał z pilarki do czujników był przekazywany poprzez światlowoJy.
Schemat I; Seheme Stanowisko do pomiarów efektów piłowania drewna
Cutting effects investigation stand
\MDOK Z PRZODU
UCHVIIYT PRóel<J __ UC:HWYT PILARKI
J~lJ- --- -1, ~ 4
- - - --+---'=== = " ' = = - ' - - - -- - - - i I
i I
PRÓBKA
I
I
\MDOKZGÓRY
PROW'.l)NICA 06ClĄ2NIKJ
Wszystkie czujniki pomiarowe (tensometryczne i optyc1.ne) pol:1C1.one były z przetwornikiem pomiarowym Traveller li, a dane pomiarowe 1.apisywanc na twardym dysku komputera.
Siłę posuwu zwiększano od 10 Jo 45 N, przy czym górna wartość siły po- suwu Jla poszczególnych pil zależała od oporów ruchu piły - zwiększano j,i Jo momentu zatrzymania piły w rzazie. JeJnoczcsny pomiar Jwóch prędkości obro- towych - wału korbowego i bębna sprzęgła - pozwolił ustalić graniC1m: ohci:1ie- nia silnika pilarki. Dla każdej wartości siły posuwu wykonywano ."i powtórzcrl.
I .iczbę powtórzeń obliczono na podstawie pomiarów wstępnych.
Z zarejestrowanych zmian siły skrawania w czasie Jla każJcgo r1.a1.u, wybie- rano odcinek o ustabilizowanym przebiegu i obliczano z niego średni:! sile.; piło
wania P, i średni<! prędkość obrotow:i bębna sprzc.;gla nh_ Zastosowana czc.;stotli-
wość pomiarów umożliwiła za pomoc:i programu ESAM-3 odczyt c1.asu skrawania T z dokładnością do 0,00."i s.
Charakterystyka drewna
Do baJań użyto Jrewna sosnowego o wilgotności bezwzględnej od 47,60 do 52, 16'}L Wilgotność określano przed rozpocz<.;ciem piłowania przy użyciu wago- suszarki typ WPS 2JO
s,
umożliwia ona pomiar wilgotności z dokładnością do 0,01 %.Średnia twardość badanego Jrewna, określona metodą Brinella, w przekro- ju czołowym wynosiła 17,8 MPa, natomiast w przekrojach promieniowym i stycz- nym odpowiednio 12,1 i 12,1 MPa. PosiaJało ono od 3 do 4 słoi rocznych na jed- nym centym<:lrzc przekroju poprzecznego.
Wszystkie próbki wykonano z jednego pnia, miały one przekrój popr:1.Cczny 30 x !'i cm. Wysokość rzazu (l'i cm) była tak dobrana, aby w skrawaniu uczestni-
czyły 4 z<.;by piły o podziałce 3/8". Próbki wykonywano z odcinków pnia pozba- wilmych s<.;ków.
Badane piły łańcuchowe
W badaniach wykorzystano trzy piły o podziałce 3/8" typu SUPER CHISEI.
(m kat. 73 I.P): pierwsza była piłą o nominalnych wymiarach ząbów (którą będl, nazywał - now:1), druga miała zęby tnące ze zwiększoną odlcgłości:1 między ogra- nicznikiem posuwu a kraw<.;dzią tnącą, taką jaka występuje przy maksymalnie dopuszczonym przez producenta zużyciu ostrzy tnących, trzecia zaś zmienione
ukształtowanie pil,tki, odpowiadające pile zużytej. Ogniwa tnące badanych pił
przedstawiono na rysunku I.
Rys. 1.
Fig. 1.
-7,5- -7,5-
,25
is '
13
a
_2_b
i. o12 25
C _2_
Ogniwa tnące baJonych pil: a - nowa, b - z zużytą piętką, c - z zużytymi
ostrzami
Cuttcrs of invcstigatcJ saw chains: a - new, b - with worn hec!, c - with worn cutting cJgcs
Piły miały z<.;hy tn:1cc typu dłuto, 56 ogniw prowadzących (prowadnica 1.S"),
grubość ogniwa prowadzqccgo 1,5 mm. Piły napinano zgodnie z instrukcją: strzał
ka ugi<.;cia po przyłożeniu w połowie długości prowadnicy siły 20 N, wynosiła 5
272 A. Maciak
mm, co powodowało wystąpienie siły rozci,igaj,icej w ogniwach piły P0 == 50 N.
Do pomiarów używano pił ostrych, promic11 zaokr,Jglcnia krawędzi tn,1cej był
kontrolowany przed każdą serią pomiarów i wynosił od 4 do 8 µ,m. Piły ostrzono zgodnie z instrukcją: kąt nachylenia krawęJzi t1qcej poziomej wynosił 25°, zniże
nie ogranicznika posuwu 0,5 mm, które kontrolowano szablonem zalecanym przez producenta.
Do pomiaru zaokrąglenia krawędzi tnącej i kątów ostrza, wykorzystywano mikroskop Nikon Alphaphot - 2, z zestawem stereoskopowym do obserwacji w
świetle odbitym.
Badane piły ostrzono w sposób pozwalający na zachowanie takich samych parametrów ogniw tnących. W przypadku nowej piły skrawanie drewna przepro- wadzono dla dwóch różnych stanów napięcia: napiętej zgodnie z instrukcj,1 (I\ ==
50 N) oraz luźnej (P0 == O).
Metody obliczenia charakterystycznych wielkości
Przeprowadzone pomiary umożliwiły obliczenie powierzchniowej wydajności
skrawania W oraz średniej grubości wióra Ll,..
Powierzchniową wydajność skrawania W obliczono wykorzystuj,1c następu
jącą zależność:
gdzie:
W = - -B·L T
B - szerokość rzazu (cm), L - wysokość r.lazu (cm), T - czas piłowania (s).
gdzie:
Średnią grubość wióra D., obliczono z zależności:
u . t
Ll == s
' 100 · v u - prędkość posuwu (cm·s-1),
( cm2·s-1) ( 1)
(mm) (2)
t, - długość sekcji - odległość między takimi samymi lewymi lub prawymi zęba
mi (mm),
v - prędkość liniowa piły (nrs-1).
Prędkość posuwu u obliczono następująco:
u = = - -B
T (crn·s-1)
Prędkość liniową piły v obliczono wykorzystując zależ.ność:
2,54 ·nb . i ' t
v == - - - - (m·s-1)
3000 gdzie:
n1, - prędkość obrotowa bębna sprzęgła (obr.Imin),
1 - liczba zębów kółka napędowego pilarki (w zastosowanej pilarce i == 7), t - podziałka piły łańcuchowej (cale).
(3)
(4)
Wyniki pomiarów
Efekty skrawania badanymi piłami przedstawiono na rysunku 2, na którym numerem l oznaczono piłę nową, 2 - piłę z zużytymi ostrzami tnącymi, 3 - piłę z
zużytymi pic;tkami ogniw tnących i 4 - piłę luźną.
a
0,350.3 0,25 0,2 O, 15 0,1
0,05
o
b
120
110
100 90 80 70
6G
50
40
Rys. 2.
1:ig. 2.
2
3 4
o 10 20 30 40 50
o
.. ·---·-- - - -- - -- - - -- -- -- -
10 20 30 40 50
Efekty skrawania dla piły łańcuchowej w różnym stanie technicznym: a - śred
nia grubość wióra Do,, b - powierzchniowa wydajność skrawania W. Oznaczenie pil: 1 - pila nowa, 2 - piła z zużytymi ostrzami tnącymi, 3 - piła z zużytymi pi~tkami. 4 - pila luźna.
Cutting cffccls of diffcrcnt saw chains: a - mean chip thickncss D-,. b - ralc of cutting W. In. Marks of saw chains: l - new saw chain. 2 - saw chain with worn cutting cdgcs, 3 - saw cbain with worn hccls. 4 - loose saw chain
274 A. Maciak
Okazało się, że wzrost odległości pomiędzy ostrzem tn,1cym a ograniczni- kiem posuwu nie zmienia w istotnym stopniu wydajności skrawania, ale ułatwia
operatorowi uzyskanie jej maksymalnej wartości, gdyż osi:1gana jest ona przy mniejszej sile posuwu. Np. w pile nowej maksymalną wydajność osi,1ga się przy sile posuwu ok. 35 N, a gdy nastąpi maksymalne zwiększenie odległości - przy sile posuwu ok. 20 N. Można więc zalecić użytkowanie piły do momentu maksy- malnego zużycia ostrzy dopuszczonego przez jej producenta ze wzglc;dów wytrzy-
małościowych.
Niezwykle ważnym elementem konstrukcyjnym ogniwa t11:1cego piły ła(1cu
chowej jest położenie punktu styku piętki z prowadnic.i względem osi tylnego nita. Piła z zużytą piętką w porównaniu z pih! now,1 wykazuje spadek wydajności
skrawania o ok. 9%. Należy więc przestrzegać w trakcie eksploatacji zalccc11 pro- ducenta dotyczących właściwego smarowania i utrzymywania napic;cia piły h11ku- chowej, które zapobiega szybkiemu zużyciu piętek ogniw tn:1cych.
Bardzo duży wpływ na efekty skrawania drewna piłą ła(1cuchow:1 ma jej
właściwe napięcie. Piła nie napięta (I\
=
O) w porównaniu z napięt:1 zgod11ie zinstrukcją (P0
=
50 N) uzyskuje mniejszą o ok. 20% wydajność skrawania. Dla- tego niezwykle wat11a jest systematyczna kontrola i regulacja jej napięcia przez operatora pilarki.Różnice w uzyskiwanych przez hadane piły efektach skrawania, mog:1 wyni-
kać z różnej możliwości odchylania się ogniw tn,1cych tych pił podczas pracy [MACIAK 2002].
Wydajność skrawania drewna piłą łańcuchową zależy od siły posuwu i mocy
układu napędowego. W przypadku gdy środkiem napędowym jest silnik spalino- wy, o określonej moc-y, który zmniejsza sw:1 prędkość obrotow:i pod wpływem zwit;kszającego się obciążenia, występuje optymalna siła posuwu, przy której piła osiąga maksymalną wydajność skrawania. Dla silnika o mocy 2,7 kW jej wartość
wynosi 85+110 cm2·s-1 przy sile posuwu 20+45 N, zależnie od rodzaju piły.
Wnioski
l. Można bez obawy o spadek wydajności skrawania eksploatować piłę do momentu maksymalnego zużycia ostrzy dopuszczonego przez jej producen- ta ze wzglt;dów wytrzymałościowych.
2. Należy przestrzegać zalccci\ producenta dotycz:1cych właściwego smarowa- nia i utrzymywania napięcia piły łai\cuchowej, które zapobiega szybkiemu
zużyciu pit;tek ogniw tnących, ponieważ 7jawisko Io niekorzystnie wpływa
na efekty pracy piły.
3. Aby efektywność pracy była jak najlepsza, niezwykle ważna jest systematy- czna kontrola i regulacja napięcia piły ła11cuchowej pr7.ez operatora pilarki.
Literatura
Góm,KI J. 1995. Próba teorelycznego opisu procesów piłowania drev.-·11a 11ilą żlohiko
wq. Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej 6: 13-15.
MACIAK A. 2002. Analiza zmiany kąta wvchvle11ia oiniw t11qcyc/1 pilv la,irnclwwej
żlobikowej podczas skrawania drewna. Przegląd Techniki Rolniczej i Leśnej 2:
24-26.
Wn;s1K J. 1990. Energetyka skrmvania drewna pilą lańcuclwwą. Roczniki Nauk Rol- niczych t. 79-C-I.
Słowa kluczowe: piła łańcuchowa, ogniwo żłobikowe, zużycie piły, skrawanie drewna
Streszczenie
Zużycie piły la11cuchowcj w trakcie eksploatacji objawia się m.in. zwiększe
niem oJległości pomii.;Jzy oslrzami tnącymi a ogranicznikiem posuwu na skutek ostrzenia piły i ścieraniem sii.; piątki ogniwa tnącego po bieżni prowadnicy. Pod- czas normalnej eksploatacji piła ła11cuchowa ulega także rozciąganiu. Celem pod- ji.;1ych haJa11 było ustalenie jaki wpływ maj,, opisane wyżej objawy zużycia piły na efekty jej pracy takie jak: średnia grubość skrawanego wióra 112 i powierzchniowa
wyJajność skrawania W.
Skrawania Jrewna Jokonywano na specjalnie skonstruowanym stanowisku.
Zapewniało ono piłowanie przy stałej sile posuwu, uzyskiwanej za pomocą specja- lnych ohci:1i.ników.
W haJaniach wykorzystano trzy piły o podziałce 3/8: pieiwsza była pih! o nominalnych wymiarach zębów, druga miała zi.;by tnące ze zwiększoną odległością
mi<:;dzy ogranicznikiem posuwu a krawc;dzią tnącą, taką jaka występuje przy mak- symalnie Jopuszczonym przez producenta zużyciu ostrzy tnących, trzecia zaś
zmienione ukształtowanie pic;tki, odpowiadające pile zużytej. W przypadku nowej
piły skrawanie Jrewna przeprowadzono dla dwóch różnych stanów napięcia: na-
piętej zgodnie z instrukcją oraz luźnej. Piłowano drewno sosnowe. Wyniki pomia- rów wskazuj:! na: potrzebi.; działań ograniczaj:icych zużycie piętki ogniwa w trak- cie eksploalacji, konieczność czt;stcj kontroli napięcia piły oraz mały wpływ zuży
wania sic.; ostrzy tn,icych na efekty piłowania
EFFECT OF WEAR OF CHAIN SJ\W ON CUTrING PERFORMANCE
Adam Maciak
Division of Forest 1:ngincering, Warsaw Agricullural Univcrsity, Warszawa Key words: chain saw, gouge cuttcr, wear of saw, wood cutting
Summary
The wi;ar of chain saw thal occurs Juring its cxploitation is characlerizcd by !he cnlargcment of Jistancc hclween culling blades and deplh gauges in conscquencc of sharpening of cullers and abrasive wcar of a cutter hecl in the grove the chain saw of the guide bar. During norma! cxploitation the chain saw length is rising. The aim of the investigation was to establish the effect of the
276 A. Maciak
above described symptoms of wear of chain saws on the ratc of culling W and thickness of chips /:l.z.
Cutting of wood was done on a specially constructcd stand that assureJ constant feeding force obtained by means of the usc of weights.
Three chain saws with 3/8" pith were uscd in investigation: one new with
nominał dimensions of cutlcrs, in the second saw the distancc bctwcen dcpth gauge and cutting edge was enlarged up to the maximum valuc allowcJ by the producer, in the third saw the form of hec! was changcd to imitatc the usual wear. In the case of a new saw cha in the culting of wood was pcrformcd for two states of tension: correct saw tension and low tension - Ioose saw chain. The proccss of pinc wood cutting was examincd. The results of investigations show the nced to reduce the wear of cutter hec! during chain saw exploitation, neccs- sity of frequent inspection of chain saw tension and a small influence of the cut- ting blade wear on the cutting cffects.
Dr inż. Adam Maciak
Zakład Mechanizacji Leśnictwa
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego ul. Nowoursynowska 166
01-787 WARSZAWA
