Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na przebieg

Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na przebieg

Wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na przebieg procesu i wydajność
skrawania drewna pilarką spalinową
The impact of structural and operational factors on the process and performance of wood cutting with
use of petrol chain saw
Streszczenie
Celem niniejszej pracy było poznanie przebiegu procesu skrawania drewna przez zęby tnące
piły łańcuchowej napędzanej silnikiem spalinowym oraz czynników konstrukcyjnych i
eksploatacyjnych mających istotny wpływ na efektywność pracy pilarki. W pracy analizowano wpływ
tych czynników na powierzchniową wydajność skrawania, sprawność oraz grubość wióra. Podstawą
wszelkich analiz zawartych w pracy były badania laboratoryjne wykonane na specjalnym stanowisku
umożliwiającym skrawanie przy zadanej sile posuwu oraz pomiar siły skrawania, siły posuwu,
prędkości obrotowej silnika oraz prędkości obrotowej bębna sprzęgła. Aby możliwe było dokonanie
obliczeń sprawności, na hamowni silników spalinowych małej mocy ustalono charakterystykę
zewnętrzną silnika pilarki wykorzystanej w badaniach. Podczas badań procesu skrawania pomiaru siły
skrawania dokonywano z częstotliwością 60 kHz, co umożliwiało dokładną analizę jej zmienności
oraz analizę przebiegu procesu skrawania drewna. W trakcie realizacji pracy dokonano nagrań procesu
skrawania kamerą do zdjęć szybkich z szybkością 1000 kl/s., które dostarczyły dodatkowych
informacji o przebiegu procesu skrawania drewna pilarką spalinową i pozwoliły zweryfikować
hipotezę o nieciągłości procesu skrawania drewna pilarką spalinową.
W wyniku przeprowadzonych analiz stwierdzono, że proces skrawania drewna piłą napędzaną
silnikiem spalinowym ma charakter nieciągły. Występują chwilowe przerwy w procesie skrawania
drewna. Nieciągłość procesu scharakteryzowano zaproponowanym współczynnikiem czasu
zagłębienia ostrzy. Okazało się, że nieciągłość skrawania istotnie zależy od prędkości obrotowej
silnika pilarki. Nieciągłość skrawania ma istotny wpływ na uzyskiwaną wydajność i sprawność
skrawania. Znajomość współczynnika czasu zagłębienia ostrzy umożliwiła obliczenie rzeczywistych
grubość skrawanych wiórów. Przeprowadzone pomiary porównawcze wykazały, że proces skrawania
piłą napędzaną silnikiem elektrycznym jest procesem ciągłym. Świadczy to o tym, że na przebieg
procesu skrawania ma wpływ rodzaj silnika wykorzystanego do napędu piły. W wyniku analizy
nagrań procesu skrawania okazało się, że ogniwa tnące podczas pracy odchylają się w płaszczyźnie
rzazu jak również są odciągane od bieżni prowadnicy. Ponadto stwierdzono, że skrawany wiór nie
opuszcza szczeliny rzazu w całości, lecz rozpada się na mniejsze części. Sprawność oraz
powierzchniowa wydajność skrawania zależą istotnie od siły posuwu, wysokości rzazu, napięcia
wstępnego oraz długości i rodzaju końcówki prowadnicy. Stwierdzono również, że dla każdej badanej
prowadnicy istnieje optymalna wysokość rzazu, przy której osiąga ona najlepsze efekty skrawania. W
wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że istotny wpływ na uzyskiwane efekty ma właściwy
dobór długości prowadnicy do odpowiedniego rodzaju pracy. Okazało się również, że wskazywany
przez wielu autorów wpływ różnych czynników na efekty skrawania pozwala wyjaśnić zmiana
sprawności pilarki. Zmniejszenie sprawności wpływa na zmniejszenie grubości skrawanych wiórów,
przez co zmniejsza się możliwa do uzyskania powierzchniowa wydajność skrawania.
Summary
Petrol chain saws are the basic machines used in the process of logging in Poland. Despite
efforts to the growing use of harvesting machines, in the State Forests motor manual saws are still
used to harvest approximately 92% of the wood. It is caused by the benefits, which are characterized
these machines. Therefore it is reasonable to conduct the research of the wood cutting saws process.
Precise knowledge of the performance of the saw can display the best possible working conditions for
its equipment (eg selection of the guide), in order to achieve the highest possible efficiency.
The aim of this study was to investigate the process of cutting wood by chainsaw cutting teeth
of portable machine and operational factors that have a significant impact on the efficiency of the saw.
The influence of these factors on the machining surface performance, efficiency and chip thickness
was investigated. The basis of all these analyzes including in this The investigations were based on
laboratory works which carried out in a special position to allow cutting from the force feeding, engine
speed and engine speed clutch drum. In order to make the efficiency calculation of internal
combustion engines on a dynamometer, low power characteristics of the outer set saw motor used in
the study. During the research process, measure of cutting forces were made at a frequency of 60 kHz,
which enabled the examination and analysis of the variability of the wood cutting process. The process
of cutting was recorded with use of speed camera for pictures at 1000 frames / s, which provided
additional information about the process of wood cutting with saw chain and allowed to verify the
hypothesis of discontinuity of the process chain saw cutting wood. As a result of analysis, it was found
that the process of wood cutting with a saw powered by combustion engine is intermittent. Have
intermittent breaks in the process of cutting the wood. Characterized by a discontinuity of the process I
have proposed to introduce time of depression of blades factor. It turned out that the discontinuity of
cutting significantly depends on engine speed saws. Discontinuity of cutting has a significant impact
on the achieved performance and cutting efficiency. The time of depression of blades allows to
determine the actual thickness of the machined chips. Comparative measurements have shown that the
process of cutting with saw powered by an electric motor is a continuous process. This indicates that
the cutting process is influenced from the type of engine used in the chain saw . After recorded
material analysis of the cutting process, it turned out that the cutting links are deflected in the plane of
the cut kerf and are extracted from the guide bar track. Moreover, the chip does not leave cut slits cut
in full, but it breaks down into smaller parts. Efficiency and surface machining performance depend
significantly on the strength of the feed, the amount of cut, preload and length and type of the tip of
the guide. It was also found that the test for each of the guide there is an optimum amount of cut, at
which it achieves the best cutting results. The research found a significant impact on the obtained
results of the appropriate selection of the length of the guide appropriate to the type of work. It was
also found, that indicated by many authors that the effect of different factors on the effects of cutting
performance, can be explain the change of chain saw efficiency. Reduction of the efficiency decreases
the thickness of machined chips, which reduces the obtainable surface cutting performance.
Recenzenci:
prof. dr hab. Włodzimierz Białczyk - Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
prof. dr hab. Wiesław Piekarski - Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie
prof. dr hab. Bogusław Cieślikowski - Uniwersytet Rolniczy w Krakowie
dr hab. Sławomir Krzosek – Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Data rozprawy: 17.06.2014
Kontakt
dr hab. inż. Adam Maciak
SGGW w Warszawie
Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych
ul. Nowoursynowska 164
02-787 Warszawa