Статья посвящена определению скорости пильной цепи и анализу параметров влияющих на нее

Влияние параметров ведущей звездочки и количества оборотов двигателя на скорость пильной цепи

12 января 2021 18:11

// Советы покупателям

Статья посвящена определению скорости пильной цепи и анализу параметров влияющих на нее.

При выборе цепной пилы, бензиновой или электрической, потребителей обычно интересует мощность пилы, длина шины. Очень редко задаются вопросы про ведущую звездочку и еще меньше клиентов спрашивают про линейную скорость цепи. Постараемся разобраться со скоростью цепи, т.к. она непосредственно влияет на производительность, легкость пиления, чистоту поверхности реза древесины, показать параметры ведущей звездочки которые ее определяют и на какие потребительские свойства пилы нужно обращать внимание. В статье будет достаточное количество формул из физики. Кого они напрягают, пропустите их и перейдите к заключительной части статьи. Кто готов разобраться тщательно, добро пожаловать к совместному исследованию.

В инструкциях по эксплуатации пил и на сайтах вы с трудом найдете информацию о крутящем моменте двигателя пилы, о параметрах ведущей звездочки. Найти значение количества оборотов двигателя при максимальной мощности, скорость цепи будет еще труднее. Только известные производители из Европы и Японии указывают эти значения, в их числе и компания Stihl.

Давайте вычислим линейную скорость цепи сами, и сравним полученный результат с данными приведенными в каждой инструкции бензопилы Штиль и ответим на вопросы

Какая пила производительнее, быстрее пилит.
Как влияет шаг цепи и ведущей звездочки на скорость пильной цепи.
Как влияет количество зубьев ведущей звездочки на скорость пильной цепи.

Для расчета линейной скорости цепи измеряемой в [м/с] (единицы измерения мы будем указывать в квадратных скобках) нам необходимо знать обороты двигателя, число зубьев ведущей звездочки и шаг цепи. Предположим, что бензопила пила имеет обороты двигателя 9000 [об/мин], шаг цепи и звездочки ⅜", количество зубьев ведущей шестерни 6. За одну секунду двигатель пилы провернет ведущую звездочку 9000/60 = 150 [об/с]. Соответственно ведущая звездочка, имеющая 6 зубьев, провернет 150*6 = 900 звеньев цепи в секунду. Мы помним, что каждое ведущее звено цепи имеет длину 2* ⅜" или 2*0,375 = 0,75 ["]. Об определении шага цепи было написано в этой статье. Тогда расстояние, которое пройдут звенья цепи за 1 секунду равняется 900*0,75 = 675 ["/с]. Знаем, что 1" = 25,4 [мм] = 0,0254 [м]. Получаем линейную скорость цепи равную 675*0,0254 = 17,145 [м/с]. На страницах 49, 50 инструкции по эксплуатации бензопил Stihl MS 180 указано, что максимальная мощность пилы достигается при 9000 [об/мин], а линейная скорость цепи составляет 18,6 [м/с]. Следовательно расхождение в расчетах и данных, указанных компанией Stihl, составят 1,455 [м/с] или 7,8%.

Глубже копнем физику процесса и уточним значение скорости цепи.

Найдем учебник, букварь, в котором было бы описано, как определить линейную скорость цепи бензопилы. Будем основываться на теории расчета цепных передач.

Расчетная схема цепной передачи

Рис. 1. Расчетная схема цепной передачи

Зная конструкцию зацепления цепи и звездочки, мы видим, что звенья цепи, находящиеся в зацеплении с зубьями звездочки, располагаются вокруг нее в виде сторон многоугольника. При этом вершины многоугольника соответствуют центрам заклепок звеньев цепи, находящихся в зацеплении. За один оборот ведущей звездочки цепь перемещается на значение периметра многоугольника, в котором стороны равны удвоенному шагу цепи p, а число сторон равно числу зубьев z звездочки. Тогда центры шарниров цепи при зацеплении с зубьями звездочки располагаются на делительной окружности звездочки, диаметр d который определяется по формуле:

d = p / sin(π / z)

Подсчет дает нам следующий результат d= 2 * ⅜ * 25,4 / sin(3,1415 / 6) = 38,1 [мм] (1" = 25,4 мм). Соответственно радиус r = 19,05 [мм] = 0,01905 [м].

Помним из физики, что V = ωr, где

V - линейная скорость цепи, [м/с];

ω - угловая скорость, [1/с];

r - радиус, [м].

V = ωr = 9000 * 2 * 3,1415 * 0,01905 / 60 = 17,95 [м/с].

Расхождение в расчетах и данных, указанных компанией Stihl, составят 0,65 [м/с] или 3,5%, что является допустимым при проведении инженерных расчетов.

Проведем расчеты и сведем полученные данные в таблицы.

Таблица 1. Зависимость скорости движения цепи от количества зубьев ведущей звездочки
Количество зубьев, шт	Шаг звездочки, дюйм	Диаметр звездочки, мм	Количество оборотов двигателя, об/мин	Линейная скорость цепи, м/с
6	0,250	25,400	9 000	11,97
	0,325	33,020		15,56
	0,375	38,100		17,95
	0,404	41,046		19,34
7	0,250	29,271	9 000	13,79
	0,325	38,052		17,93
	0,375	43,906		20,69
	0,404	47,301		22,29
8	0,250	33,187	9 000	15,64
	0,325	43,143		20,33
	0,375	49,780		23,46
	0,404	53,630		25,27

Таблица 2. Зависимость скорости движения цепи от количества оборотов двигателя
Количество зубьев	Шаг звездочки, дюйм	Диаметр звездочки, мм	Количество оборотов двигателя, об/мин	Линейная скорость цепи, м/с
6	0,250	25,400	7 000	9,31
	0,325	33,020		12,10
	0,375	38,100		13,96
	0,404	41,046		15,04
6	0,250	25,400	8 000	10,64
	0,325	33,020		13,83
	0,375	38,100		15,96
	0,404	41,046		17,19
6	0,250	25,400	9 000	11,97
	0,325	33,020		15,56
	0,375	38,100		17,95
	0,404	41,046		19,34
6	0,250	25,400	10 000	13,30
	0,325	33,020		17,29
	0,375	38,100		19,95
	0,404	41,046		21,49
6	0,250	25,400	11 000	14,63
	0,325	33,020		19,02
	0,375	38,100		21,94
	0,404	41,046		23,64
6	0,250	25,400	12 000	15,96
	0,325	33,020		20,75
	0,375	38,100		23,94
	0,404	41,046		25,79
6	0,250	25,400	13 000	17,29
	0,325	33,020		22,48
	0,375	38,100		25,93
	0,404	41,046		27,94
6	0,250	25,400	14 000	18,62
	0,325	33,020		24,20
	0,375	38,100		27,93
	0,404	41,046		30,09

Сделаные выше выкладки актуальны не только для бензопил, но и для электрических и аккумуляторных пил.

Основываясь на полученных данных можно сделать следующие выводы.

Большее количество зубьев ведущей звездочки позволяет увеличить скорость движения цепи и соответственно скорость резания древесины в среднем на 10-15% (см. таблицу 1).
Больший шаг ведущей звездочки (цепи) увеличивает скорость резания. Переход со звездочки с шагом ¼" на шаг 0,325" увеличивает скорость цепи на 30%, с 0,325" на ⅜" - 15%, ⅜" на 0,404" - 7,7% (см. таблицу 1).
Количество оборотов двигателя напрямую влияет на скорость движения цепи (см. таблицу 2). Поэтому при выборе пилы обращайте пристальное внимание на этот параметр. Чем выше обороты двигателя, тем выше скорость цепи и скорость резания. Фирма Stihl производит одни из самых высокооборотистых пил в мире. При этом максимальное количество оборотов у бензопил Штиль ограничивается 14000 [об/мин], у электропил 8300 [об/мин].
Электрические сетевые пилы развивают без нагрузки скорость движения цепи в диапазоне 9 - 16 м/с. Серьезные производители в основном имеют скорость движения цепи около 14,5 м/с. Соответственно, при прочих равных условиях, производительность пиления древесины электрическими пилами будет ниже чем у бензиновых пил.
При выборе цепной пилы обращайте внимание имеется ли возможность у производителя или продавца поставить вам различные варианты ведущих звездочек. Компания Штиль предлагает несколько моделей ведущих звездочек по шагу, количеству зубьев и исполнению. Например на электрические пилы MSE 170 - 250 имеющие стандартно звездочку ⅜"P 6 зубьев предлагается два варианта звездочек ¼" 8 зубьев и ⅜"P 7 зубьев. На бензопилы MS 230 - 250 имеющие стандартно звездочку ⅜"P 6 зубьев предлагается два варианта обычного исполнения звездочек на 7 зубьев с шагом 0,325" и ⅜"P, три варианта кольцевых ведущих звездочек с шагом 0,325" на 7 и 8 зубьев, ⅜"P 7 зубьев.

Назад к списку

Комментарии

Загрузка комментариев...

Корзина