Стенд для испытаний бензиномоторных пил на "отскок"

 

Использование: изобретение относится к испытательным стендам и может использоваться в испытаниях портативных бензиномоторных пил на безопасность обращения с ними при "отскоке". Цель изобретения - приближение условий испытания к реальным условиям эксплуатации пилы, расширения вариации начальных нагрузок на раму при испытаниях, попутного определения на стенде моментов инерции испытываемой пилы, центра тяжести системы и пилы и упрощение конструкции стенда. Сущность изобретения: рама вращательной системы выполнена в виде штанги, расположенной в плоскости, параллельной плоскости шины испытываемой пилы и вращающейся на оси, перпендикулярной к плоскости пильной шины и находящейся с обратной стороны от пилы, на оси вращения рамы встроен также быстросъемный регулируемый торсионный упругий элемент, причем ось вращения торсиона совпадает с осью вращения штанги, с закрепленным храповым колесом и шкальным устройством, удерживаемым собачкой, для более точного измерения параметров "отскока" храповое колесо связано с несколькими фиксирующими собачками с угловой разницей по шагу зацепления, закрепленными на корпусе. 1 ил.

Изобретение относится к испытательным стендам и может быть использовано в испытаниях портативных бензиномоторных пил на безопасность обращения с ними при "отскоке".

Известен стенд для испытаний портативных цепных пил на "отскок" [1], содержащий раму для крепления испытываемой цепной пилы с системой вращения, горизонтально удерживающую систему с испытательным образцом.

Недостатком данного стенда является несоответствие условий испытаний реальным условиям происходящего "отскока", недостаточный спектр параметров, получаемых при испытании, сложность конструкции.

Целью изобретения является приближение условий испытания к реальным условиям эксплуатации пилы, расширения вариации начальных нагрузок на раму при испытаниях, попутного определения на стенде моментов инерции испытываемой пилы, центра тяжести системы и пилы и упрощение конструкции стенда.

Это достигается тем, что рама вращательной системы выполнена в виде штанги, расположенной в плоскости, параллельной плоскости шины испытуемой пилы и вращающейся на оси, перпендикулярной к плоскости пильной шины и находящейся с обратной стороны от пилы; на оси вращения рамы встроен также быстросъемный регулируемый торсионный упругий элемент, причем ось вращения торсиона совпадает с осью вращения штанги, с закрепленным храповым колесом и шкальным устройством, удерживаемым собачкой; для более точного измерения параметров "отскока" храповое колесо связано с несколькими фиксирующими собачками с угловой разницей по шагу зацепления, расположенными и закрепленными на корпусе.

На чертеже изображен стенд для испытаний портативных пил.

Стенд содержит подвижную доску 1, испытываемую бензиномоторную пилу 2, зажимы 3 для крепления бензопилы, штангу 4, опорную трубу 5 штанги, корпус неподвижный 6, торсион 7, храповое колесо 8, шкальное устройство 9, собачку 10, регулируемый упор 11.

Стенд работает следующим образом.

Отводится в исходное положение под определенным углом β подвижная доска 1 для создания условий имитации надвигания пилы на бревно. Пила 2 на штанге 4 устанавливается в горизонтальное положение на регулируемый упор 11 при отведенной собачке 10, затем фиксирующей заданное положение. При помощи зажимов 3 пильная шина устанавливается в вертикальной плоскости и перпендикулярно плоскости подвижной доски.

Включается привод бензопилы и скорость вращения пильной цепи фиксируется специальным механизмом через рукоятку управления газом (на чертеже не показан).

Предварительный момент с углом α₂ закрутки торсиона уравновешивает гравитационный момент системы штанга-пила относительно оси вращения штанги.

Дается команда на движение подвижной доски с определенной выбранной скоростью V надвигания на пильную шину.

При соударении происходит "отскок" бензопилы на угол α_х, фиксируемый храповым колесом с собачкой. Считывание угла "отскока" производится со шкального устройства 9.

Согласно программе по ИСО испытания на соударение испытательного образца с пилой проводятся при различных значениях углов β, а также при различных скоростях перемещения пильной цепи по шине (различных режимах работы пилы).

В результате тарана пила отскакивает от подвижной доски, штанга, на которой установлена пила, разворачивается относительно оси вращения на угол α_х, при этом также закручивается торсион.

По значениям угла отскока α_х судят о безопасности обращения с пилой при ее эксплуатации.

Энергия отскока определяется по следующей формуле: E = Q·R_o[sin(α_x+ α_o)-sin α_o]+ c(0,5α²_x - α₂·α_x) = где α_x - угол отскока пильной шины; α_о - угловая координата центра тяжести подвижной части; С - жесткость торсиона; α₂ - угол предварительного закручивания торсиона; J_o - момент инерции подвижной системы относительно оси вращения торсиона; ω - приведенная угловая частота при отскоке; Q - масса подвижной системы; R_o - координата центра тяжести подвижной части установки.

Угол α₂ закручивания торсиона направлен против действия гравитационного момента, т. е. сила упругости торсиона уравновешивает силу веса подвижной системы.

α₂= 0,92 · · cos α_x (2) В процессе обработки результатов проводимых исследований образцов бензиномоторных пил необходимо знать их массы, координаты центра тяжести пилы и подвижной системы, моменты инерции подвижной системы относительно ряда осей, перпендикулярных к пильной шине. Линейные размеры и масса пилы определяются непосредственно измерением.

Момент инерции подвижной системы относительно оси вращения штанги можно определить по частоте колебаний упругой системы
J_o= (3) где С - жесткость торсиона;
τ_о - период собственных колебаний системы.

Момент инерции рычажного привода с узлами крепления пилы
J_p= (4) где τ_р - период собственных колебаний рычажного привода;
J_р - момент инерции рычажного привода относительно оси вращения торсиона;
Момент инерции собственно самой пилы J_п относительно оси вращения штанги
J_п=J_o-J_р (5)
Момент инерции самой пилы относительно ее центра тяжести
J_цт=J_п-Q_пR_п², (6) где Q_п - масса самой пилы;
R_п - размер от центра тяжести пилы до оси вращения.

Авторами спроектирован указанный стенд. Торсион стенда имеет следующие размеры:
диаметр торсиона d_т=9 мм,
длина торсиона L=500 мм,
материал торсиона сталь 65С2ВА ГОСТ 2052-53 термообработка HRC 46...52.

Максимальный нагрузочный момент определяется по зависимости
T_т= 0,2 α³_т[τ], где [ τ]=560 МПа - допустимое напряжение.

T_т= 0,2·9³·560 = 81,65·10³ Нмм
Максимальный угол закручивания торсиона определяется по зависимости α_{т max}= , где С=8,1^.10⁴ МПа - модуль упругости материала.

α_{т max}= = 0,768 рад или α_тмах=44^о
Жесткость торсиона
С = = = 106,3·10³ Нмм/рад
По полученным данным можно определить допустимый максимальный угол отскока и максимальную допустимую энергию при отскоке.

Угол предварительного закручивания торсиона
α₂= = = 0,52 рад или
α₂= 29/8°
Максимальный угол отскока
α_хмах= α₂+ α_тмах=29,8+44=73,8^о
Максимальная кинетическая энергия отскока
E = = Q·R_o[sin(α_x- α_o)-sin α_o]+ c(0,5α²_x - α₂·D_x) =
= 120·500 [sin 73,8°- sin 5°]+ 106,3·10 0,5 -
- 0,52 = 70,94·10³ Нмм
При уменьшении угла закручивания диапазон максимально допустимого угла отскока уменьшается, например при α₂=0 α_мах=44^о вместо 73,8^о.

Формула изобретения

1. СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ БЕНЗИНОМОТОРНЫХ ПИЛ НА "ОТСКОК", включающий корпус, раму для крепления пилы и ее вращения, механизм надвигания испытательного образца, отличающийся тем, что рама выполнена в виде штанги, расположенной с обратной стороны пилы в плоскости, параллельной плоскости шины пилы и смонтированной на оси, перпендикулярной к плоскости пильной шины, при этом на оси установлен торсионный упругий элемент, ось вращения которого совпадает с осью вращения штанги, а на конце торсионного элемента закреплено храповое колесо со шкальным устройством, взаимодействующим по крайней мере с одной собачкой, установленной на корпусе стенда.

2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что собачки расположены одна относительно другой с угловой разницей по шагу зацепления.

РИСУНКИ

Рисунок 1