金刚石串珠绳锯的受力分析
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绳轮受力分析引言绳轮是一种常见的机械装置,用于改变力的方向和大小。
在工程和物理学中,绳轮经常用于将力传递到不同的方向或增加力的大小。
对绳轮进行受力分析可以帮助我们理解其工作原理,并在设计和使用中有效地应用它们。
本文将探讨绳轮的受力分析方法,包括定义绳轮的力和张力的概念,讨论绳轮使用的一些基本原理,以及通过力的平衡来计算绳轮上的张力。
绳轮的概念和力的定义绳轮是一个圆筒形的装置,通常由金属或塑料制成,内部有一个圆柱形的凹槽,可以固定绳子或索链。
绳轮旨在改变力的方向,使其更容易应用到目标对象身上。
对于绳轮的受力分析,我们需要考虑以下力的定义:1.张力 (Tension) - 是绳轮上的力,它是由绳子或索链传递的力。
张力的方向始终沿着绳子或索链的拉力方向。
2.重力 (Gravity) - 是由重力产生的力,作用在绳轮和悬挂物体上。
重力的方向始终指向地球的中心。
绳轮的使用原理绳轮的主要作用是改变力的方向和大小。
它通过改变绳子或索链的方向,使力在不同方向上传递,并通过增加绳轮数量来增加力的大小。
绳轮的使用原理可以总结为以下几点:1.改变方向 - 绳轮通过改变绳子或索链的方向,使力在不同的方向上传递。
例如,当一个力作用在一个绳子上并通过绳轮传递时,绳轮会改变力的方向,使其垂直于绳子的方向。
2.增加力的大小 - 通过增加绳轮的数量,可以增加力的大小。
这是由于绳轮的多个旋转部分可以将力分散,使每个部分承受的力更小,从而增加总的力大小。
根据物理原理,力的大小与力的传递距离成反比。
绳轮上的张力计算在进行绳轮受力分析时,可以根据力的平衡原理计算绳轮上的张力。
力的平衡要求绳轮上的拉力总和等于物体受力总和。
以一个简单的绳轮为例,我们可以考虑一个绳子绕过带有两个绳轮的附着物,然后连接到一个悬挂物体。
在这种情况下,我们可以使用力的平衡来计算绳轮上的张力。
假设悬挂物体的重力为 W,绳索上的张力为 T,绳索上的绳轮数量为 N。
根据力的平衡,我们可以得到以下方程:2T = W由此可得:T = W/2根据这个方程,我们可以计算出每个绳轮上的张力为悬挂物体重力的一半。
金刚石绳锯安全操作规程
用途:本产品适用于切割花岗石、大理石、钢筋混凝土等材质的切割。
操作规范:
1、使用时将绳展直,按照钢绳捻向紧1-2圈/米,用专用液压钳对紧并压实,液压钳配套的压扣磨损不得超过0.2mm。
2、使用中尽量避免锐角切割,以免对绳子造成损伤,必要时增加支撑导轮。
3、导轮磨损会使绳锯与导轮吻合度下降,增加打滑风险,影响绳锯线速度,进而影响切割效率,必要时需及时更换。
4、要及时跟进冷却水,保证水流量,否则有可能造成固定橡胶过热老化,影响紧固效果,造成脱珠。
5、要注意保证张紧力,张紧力过小,切割速度慢,容易脱绳,张紧力过大,绳锯磨损快,并且在连接处有断绳风险。
6、绳锯不使用时应卸载张紧力,保存于干燥处。
7、工地现场绳锯作业面周围必须有安全隔离设施(隔离板、钢管)、人身防护措施方可施工。
8、产品工作状态下,人员必须离作业面处15米外,严禁人员停留在绳锯运行方向的直线区域;如需进行现场维护,必须停机后操作。
9、产品在使用过程中,由于磨损、撞击、等造成部分串珠松动属于正常现象,完成一次切割操作后必须检查产品状态,对于串珠松动的部分裁剪下来或者停止使用产品。
设备幵发金刚石串珠绳锯接头的设计陈冀渝金刚石串珠锯现广泛用于石材、混凝土等硬脆材料的切割上,是在钢丝绳包覆树脂,并在纵向芯杆以一定间距压焊固定金刚石串珠切具而成。
但为了绳锯对接,需接头两端剥去包覆层,露出钢丝绳,插入钢 套筒接头,由外侧挤压成套环。
不过,这样连接方 法,钢套接头挤压时因塑性变形,呈矩形或多角形等 不规则的断面形状,切割中产生反复弯曲应力,钢丝 绳由钢套端部断裂。
为了对断裂的钢丝绳恢复套环,需对其断裂部切割,剥去两端的包覆材,插人新套筒 挤压,重新进行连接操作,这极其耗费人力和时间,而且当急需切割断裂部作业,还需周围作业环境、周边设备条件的配合。
因此,大都难以重新连接操作,而实际现状是一方面希望改变这种困局,另方面还没 有有效的解决对策。
鉴于此,海外一制锯企业设计出 串珠锯钢丝绳接头部件。
该接头是针对串珠绳锯的套环接头而设计的。
其 设计方案为在锯两端插人供销钉连接的阳模金属配 件,压接固定,然后在其中间放人两端带有插销孔的 阴模金属配件,用销钉将阴和阳模金属配件连接起 来。
亦可在锯两端插人带有插销口的阴模金属件,供 销钉连接的阳模放于中间进行锯连接。
在金属配件表 面还可固定有超硬材。
对其表面固定超硬材而言,只在中间部用金属件表面固定就足够了。
其具体设计实 例见图1、图2、图3、图4、图5。
图1是设计例一的分 解装配图。
如图所示,绳锯形成套环中,将待连接的 钢丝绳两端包覆层剥去露出,在露出部插入阳模金属 件,挤压压接固定,接着在中间处放人阴模金属件,与阴模金属件对接,由金属件的插销孔插人销钉,使锯两端连接。
图2是该例的连接状态示意图。
如图2所示,只需用销钉插人各金属配件设置的孔,或从孔中 拔出,便可连接和拆分。
图2是实例1连接示意图。
图1金刚石串珠绳锯接头设计例1的分解装配图1-锯绳;2-芯杆;3-串珠切具;5a-阳模金属件;5b-阴模金属件;5c-阴模金属件;6a-b-销钉;6c-插销孔2-芯杆;3-串珠切具;5a-阴模金属件;5h-阴模金属件;5c-阳模金属件;6a- h销钉图3是设计例2的分解装配图,表明阴和阳模金属 配件及插销孔的另种结构样式。
第!"卷第#期超硬材料工程$%&’!"())*年"月+,-./01/2314./516.7857../57819:;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;’())*金刚石绳锯注塑工艺中在线加热技术的试验研究<陈一欣!=张延军!=吴晓松!=郭桦(>!’桂林特邦新材料有限公司=广西桂林?#!))#@(’国家特种矿物材料工程技术研究中心=广西桂林?#!))#A摘要B 针对金刚石绳锯在使用过程出现的串珠窜动C 塑料脱落C 钢丝绳磨断等问题=对金刚石绳锯生产工艺中的在线加热技术进行了试验=结果表明=采用在线加热技术使金刚石绳锯中钢丝绳C 塑料C 串珠之间的粘结强度得到了明显提高D关键词B 金刚石绳锯@生产工艺@在线加热@粘结强度@注塑中图分类号B 4E !*#文献标识码B 1文章编号B !*F G H!#G G >())*A )#H))!)H)GI J K J L M N O P Q P Q R S T Q J O J L U T Q V U J N O Q T W X J Y P M Z T L [P Q Z\T M J K L \]S L K U T N T Q ^J N U T P QU J N O Q P S P V _‘0.7a b c d b e !@f 0178a g e c h 9e !@i ,j b g %c k %e :!@8,l 09g(>!’m n o p o qr s t u q vs w xy z s {o y p |u ’=}z ~=m n o p o q ?#!))#=|!o q y@(’|!o q y vy z o u q y p "#s $o y p xo q s {y p xy z s {o y p %q &o q s s {o q &’s (s y {$!|s q z s {=m n o p o q ?#!))#=|!o q yA )*K U M L N UB 1b +,-g ../,b k k 9,k g 0%9.0,g -k &b -b e :=1&g k .b 23g &&b e :%9.g e -k .,,&4b 5,4,g 5b e :g e -05,g 6g :,-95b e :./,9k ,%3-b g +%e -4b 5,k g 4=gk 1,2b g &5,k ,g 52/%e ./,%e c &b e ,/,g .b e :.,2/e b 79,3%5./,-b g +%e -4b 5,k g 4+g e 93g 2.95b e :.,2/e %&%:84g k 2g 55b ,-%9.’4/,5,k 9&.k /%4k ./g ../,0%e -b e :k .5,e :./0,.4,,ek .,,&4b 5,=1&g k .b 2g e -0,g -k %3./,-b g +%e -4b 5,k g 4/g k 0,,e:5,g .&8b +15%9,-089k ,%3%e c &b e ,/,g .b e :.,2/e %&%:8’:J _\P M Z K B -b g +%e -4b 5,k g 4@+g e 93g 2.95b e :.,2/e %&%:8@%e c &b e ,/,g .b e :@0%e -b e :k .5,e :./@1&g k .b 2b e h ,2.b %e金刚石绳锯是一种切割岩石的柔性工具=常用于矿山开采C 荒料整形及异形石材加工D 金刚石绳锯由串珠C 钢丝绳C 固定材料等组成D 目前国内最常用的固定材料是塑料=塑料通过注塑成型的方式将钢丝绳与串珠联接起来D 钢丝绳是串珠的载体=金刚石串珠起主要的磨削作用=塑料则起着保护钢丝绳及固定串珠的作用D 由于金刚石绳锯在使用过程中=串珠受到较大的摩擦力和冲击力=因此要求塑料能牢固地固定串珠并与钢丝绳有较强的粘结强度=以防止串珠在使用中发生松动或窜动=防止塑料松驰脱落造成钢丝绳裸露磨断D 但由于气温环境等因素的变化=注塑质量难以得到充分保证=产品在使用过程中偶因串珠松动C)!<收稿日期B ())*H)?H()作者简介B 陈一欣>!;*G HA =男=工程师=自动化专业=从事超硬材料专业设备管理等面工作D塑料开裂脱落而引起钢丝绳磨断的现象时有发生!曾试图通过选购性能更好的塑料"钢丝绳来解决这一问题#但是发现#问题没有得到根本的遏止#上述现象仍时有发生!因此#本研究在金刚石绳锯生产注塑工艺中采用在线加热技术进行了试验!$实验方法$%$在线加热技术试验方法采用在线加热的总体思路是#将经过电炉加热后的钢丝绳在注塑机上注塑#同时对下一段钢丝绳进行加热!首先#设计制作了一个圆柱形电炉&图$’#以便钢丝绳穿过电炉!图$在线加热示意图()*%$+,-./0121345)3-0-6.)3*考虑到电炉对钢丝绳的加热主要是热辐射以及钢丝绳有塑料芯等因素#因此#对电炉第一段的功率设计得相对较高#以保证短时间内的加热效果#短时间的加热只能使钢丝绳表面温度达到设计要求#而钢丝绳内部温度相对较低#不会破坏钢丝绳塑料芯的性能!当电炉内第$段的钢丝绳移到第7段时#由于电炉第7段的功率被设计得相对较低#可以既使得电炉第7段内的钢丝绳&即将要被注塑的钢丝绳’内外温差基本一致#并达到所需温度而且不破坏塑料芯!在设计电炉的内部加热空间时#既要考虑加热效率#空间不能太大#又必须考虑到加热的均匀性#让热量有一定的对流#空间不能太小!对于电炉的温度控制#采用了温控仪加调压器进行控制!调压器的作用是#当开始加热时#调压器的输出电压调至最大#使得电炉快速升温8当温度达到设定值时#调低调压器的输出电压使得电炉保持已升高的温度!这样就能有效地辅助温控仪进行温度控制!$%7塑料粘结强度试验方法设备9电子万能材料实验机&:.’#见图7!测试方法9&$’将绳锯样品下端用下夹具直接夹住钢丝绳#另一端用专用卡具卡住第二棵串珠的下面8&7’将电子能材料实验机的力值"位移值清零#同时手动慢行实验机#使绳锯上有7;<的预拉力#对位移值清零!然后以7==>=)3的速度进行塑料与钢丝绳粘结力的测试#直到粘接力值下降或长时间趋于平稳停止!&:’记录力值的峰值!图7塑料与钢丝绳间的粘接强度测试示意图()*%7+,-./012.0-.-?.12.0-@13A)3*)3.-3?).B@-.C--3D56?.)/63A?.--5C)E-7实验结果分析7%$实验结果在金刚石绳锯注塑工艺中采用在线加热技术后#效果明显!首先#对样品进行肉眼对比观察#可以看到#采用在线加热技术后的塑料已经渗入钢丝绳的缝隙中#剥离后的塑料层内表面形状与钢丝绳股相吻合#且带有丝状塑料8而没有采用在线加热技术的塑料只是附在钢丝绳的表面#剥离后的塑料层内表面与钢丝绳股形状有一些差异!然后#对采用和没有采$$用在线加热生产出的金刚石绳锯样品进行了粘结强度试验!表"#表$给出了实验数据%由表"#表$可知&采用在线加热技术后的平均粘结强度与没有采用在线加热技术的相比%前者提高了’()!表"没有采用在线加热技术的金刚石绳锯粘结强度*+,-."*./01.23103405.,367869860.6/80:3478+;367<81./+<,.431.+7+2086936-86.5.+08690.=563-39:试样号试样外径>;;?试样壁厚>;;?最大粘结力>@?"A B C D C B A D"E A C B F A$A B C D C B A D"E$E B F GE A B C D C B A D"’D C B D$平均最大粘结力>@?"E F G B A’表$采用在线加热技术后金刚石绳锯粘结强度*+,-.$*./01.23103405.,367869860.6/80:3478+;367<81./+<+40.1+7+2086936-86.5.+08690.=563-39:试样号试样外径>;;?试样壁厚>;;?最大粘结力>@?C A B CD C B A D$C"$B C"’A B C D C B A D$D D$B(DA ABCD C B A D"G C$B’(平均最大粘结力>@?$$D G B A$B$实验及结果分析>"?经研究分析发现%原来产品质量出现问题%引起金刚石绳锯串珠松动#塑料开裂脱落而导致钢丝绳磨断的主要原因是&一方面环境温度的改变>特别在冬天?%钢丝绳本身的温度有波动%当钢丝绳表面的温度较低时%塑料在其表面流动性较差%不易渗入钢丝绳的绞股之内%塑料对钢丝绳机械卡固作用不充分H 另一方面%注塑时电压的波动造成某一时段内注塑温度偏低%遇到表面温度偏低的钢丝绳时%塑料的流动性也会较差I"J!采用在线加热技术后%塑料与金属的温差变小%塑料在钢丝绳上的流动性变好%能够很好地沿钢丝绳表面流通%渗入钢丝绳的缝隙中%扩大塑料与钢丝绳的接触面%塑料能与钢丝绳表面形成很充分的机械卡固作用%因此粘结强度得到了很大的提高!I$J>$?在采用在线加热技术的试验过程中发现%钢丝绳对金属有放电现象!因为注塑过程中钢丝绳会与金属模具接触%有时还会与电炉的金属外壳相接触%这时产生的放电使钢丝绳发黑%直接影响了注塑质量!产生这一问题的原因是电磁感应现象%电炉在制作时%电阻丝的排列如图"所示%电阻丝等于是一个多匝线圈%当钢丝绳穿过电炉%而二端联接在一起时%钢丝绳本身形成了一个闭合回路%也等于是一个单匝线圈%因此两者相当于组成了一个互感器!当电炉通电时%虽然没有磁性材料%钢丝绳与电炉丝有一定的距离%但仍然能在钢丝绳中形成一定的感应电压I E J%只要金属碰到钢丝绳就会产生放电现象!为了解决这个问题%起初将钢丝绳接地%但放电现象不能消除%原因是因为钢丝绳始终有感应电势%相当于一个电源%接地不可能消除电势!后来%采取等电位法解决了钢丝绳对金属放电的问题!$B E使用效果采用在线加热技术生产出的金刚石绳锯已经大量投入了市场%从市场反映的情况来看%过去曾经有过的串珠松动#塑料脱落#钢丝绳断裂等现象已基本杜绝%钢丝绳#塑料#串珠之间粘结牢固%产品使用寿命延长%使用效果得到了用户的好评!E结论本试验得到以下结论&>"?在金刚石绳锯注塑工艺中采用在线加热技术%可以大大提高钢丝绳#金刚石串珠#塑料之间的粘结强度!>$?采用等电位法可以解决钢丝绳对金属放电的问题!参考文献&I"J赵红玉B塑料成型工艺I KJ B北京&中国轻工业出版社%"F(G BI$J赵红玉B塑料材料学I KJ B北京&中国轻工业出版社%"F F E BI E J邱关源B电路I KJ B北京&人民教育出版社%"F G(B$ "。
金刚石串珠绳锯操作规程1. 引言金刚石串珠绳锯是一种用于切割混凝土、石材等硬质材料的工具。
本文档旨在提供金刚石串珠绳锯的操作规程,以确保操作人员在使用金刚石串珠绳锯时能够保持安全、高效的工作状态。
2. 安全措施在操作金刚石串珠绳锯之前,操作人员应遵循以下安全措施:•穿戴个人防护装备,包括安全帽、护目镜、耳塞、手套和防尘口罩。
•确保操作区域周围没有人员,以免发生意外伤害。
•检查金刚石串珠绳锯是否处于良好工作状态,包括电源、电线和刀片的磨损情况。
•执行操作前的设备检查,确保安全保护装置的运作正常。
3. 准备工作在使用金刚石串珠绳锯之前,操作人员应进行以下准备工作:•确定切割任务的特点和要求,包括切割材料的硬度、厚度和尺寸。
•选择合适的金刚石串珠绳锯刀片,根据切割任务的要求进行安装。
•检查切割区域,确保没有杂物或障碍物,确保工作环境整洁、安全。
•连接金刚石串珠绳锯的电源,确保电源线没有损坏,电压稳定。
4. 操作步骤步骤 1:调整金刚石串珠绳锯位置•确保金刚石串珠绳锯与切割区域垂直位置,并将其放置在切割位置上。
•使用固定装置或位置校准器将其牢固固定。
步骤 2:启动金刚石串珠绳锯•打开电源开关,启动金刚石串珠绳锯。
•观察金刚石串珠绳锯的运行情况,确保没有异常。
步骤 3:进行切割•将金刚石串珠绳锯的刀片缓慢向切割材料下压。
•保持均压,将刀片沿着预定的切割线缓慢移动。
•避免过度施力,以免刀片损坏或切割过程不稳定。
步骤 4:停止金刚石串珠绳锯•切割完毕后,将金刚石串珠绳锯的电源开关关闭。
•等待刀片完全停止旋转后,进行下一步操作。
5. 常见问题及解决方法问题 1:金刚石串珠绳锯刀片在切割过程中异常磨损•解决方法:检查切割材料的硬度、刀片的质量和磨损情况,必要时更换刀片。
问题 2:金刚石串珠绳锯的切割效果不理想•解决方法:检查刀片安装是否正确,确保刀片与切割材料之间的接触良好。
问题 3:金刚石串珠绳锯发生卡刃•解决方法:停止使用金刚石串珠绳锯,检查刃口是否被卡住或切割材料是否太硬,必要时更换刀片。
大理石开采链臂锯介绍大理石开采用链臂锯发展与技术运用状况大理石矿山链臂锯与金刚石串珠绳锯组合运用大理石洞采技术方案上海中筑实业有限公司版权所有一、石材开采锯切设备大致介绍目前石材矿山采用机械全锯切方式开采,其开采设备主要有开采圆盘锯,金刚石串珠绳锯,链臂锯三种。
这三种设备各有优点,各有长处,也分别存在一些不足,在此分别简单介绍一下,有一个基本对比,这三种设备不是互为排它性的,希望矿山针对各自矿山特点,选用合适设备,或设备组合,充分发挥选用设备优点、长处,规避设备短处,形成1+1>2的效果,能安全、快速高效、优质、经济进行石材矿山开采。
1. 开采圆盘锯这是我们中国人伟这大是发我明们创中造国,人把伟工大厂发圆明盘创锯造改,造把运工用厂于圆矿盘山锯开改采造,运甚用至于可矿以山把开工采厂,搬甚到至矿可山以去把!工厂搬到矿山去!优点:开采效率高,开采成本低,操作方便,软硬石头都能切。
缺点:1)不能平切 2)开采大荒料比较困难 3)要求开采平台大,需要固定的轨道,否则没效率4)要求矿体完整,并且受花色纹理走向制约。
运用:花岗石矿山一般非常适用,已得到普及推广,大理石矿山应用不多。
2. 金刚石串珠绳锯最早从意大利引进,现在中国已能批量生产并出口,得到很大发展,性价比高,已经得到普及运用优点:切割方式比较灵活,任意方向都能切割,开采效率也不错,石材适应性广,设备轻巧,设备价格低,在国内矿山普及率比较高,会熟练操作使用人员比较多。
缺点:需要配套水平钻、潜孔钻、凿岩机等钻孔设备,需要预先钻孔,且基本上不能缺水。
运用:大理石、花岗石矿山已得到普遍运用推广,基本上每家矿山都有使用。
3. 链臂锯国外很早就得到广泛运用,在中国早期有引进,但种种原因不太成功,优点很多,国内矿山认识不足,有上升空间优点:干切,切割时原则上不需要水,切割面非常平整,荒料块度大,荒料率高,连续切割,切割效率高,没有水雾及扬尘污染。
缺点:设备比较复杂,对操作人员的要求稍高,不能切割花岗岩。
金刚石的拉伸应力应变曲线金刚石是一种极其坚硬的天然材料,具有优异的物理和化学性能,因此在许多领域都有广泛的应用,如珠宝、工业制造和科学研究。
拉伸应力应变曲线是评估材料力学性能的重要方法之一,可以反映材料在受力时的行为和响应。
拉伸应力应变曲线可以用来描述金刚石在不同应变率下的力学性能。
图1显示了在不同应变率下,金刚石的拉伸应力应变曲线。
从图中可以看出,随着应变率的增加,金刚石的屈服强度和极限强度也增加。
在低应变率下(小于10^-3秒^-1),金刚石的屈服强度约为900-1000 MPa,极限强度约为1200-1300 MPa。
随着应变率的增加,屈服强度和极限强度逐渐增加,并在高应变率下达到最大值。
在高应变率下(大于10^-2秒^-1),金刚石的屈服强度约为1100-1200 MPa,极限强度约为1400-1500 MPa。
此外,金刚石的拉伸应力应变曲线还表现出明显的非线性特征。
在弹性阶段,应力应变关系呈线性关系,而在塑性阶段,应力应变关系则呈现出明显的非线性特征。
这种非线性特征主要是由于金刚石中的晶体缺陷、晶界和位错等微观结构引起的。
除了应变率对金刚石拉伸应力应变曲线的影响外,温度也是影响其力学性能的重要因素之一。
图2显示了在不同温度下,金刚石的拉伸应力应变曲线。
从图中可以看出,随着温度的升高,金刚石的屈服强度和极限强度逐渐降低。
在高温下(大于1000 K),金刚石的屈服强度约为700-800 MPa,极限强度约为900-1000 MPa。
此外,金刚石在高温下的塑性变形行为也表现出明显的变化。
在低温下,金刚石的塑性变形主要发生在局部区域,并伴随着位错的滑移和攀移。
而在高温下,金刚石的塑性变形则变得更加均匀,并伴随着晶界的滑移和扩散。
总之,金刚石的拉伸应力应变曲线可以用来描述其在不同应变率和温度下的力学性能。
通过研究这些曲线,我们可以更好地了解金刚石在不同条件下的行为和响应,为材料科学和工程应用提供重要的参考依据。
4.锯丝横截面上不同位置磨粒的锯切力大小要求得出锯丝横截面上不同位置处磨粒的锯切力,首先必须知道锯丝上磨粒的分布情况.4.1锯丝上磨粒的分布对于电镀金刚石锯丝,不同于砂轮,只有一层磨粒,因此可用单位面积的磨粒数来表示锯丝上磨粒所占比例c ,单位面积的磨粒数c 可在体视显微镜下数出。
本实验所用锯丝,c 为111/2mm .假设磨粒为均匀分布,如下图所示,则磨粒的间距与锯丝中磨粒所占比例c 之间的关系为:D磨粒 qg12345D图1磨粒间距的计算 图2锯丝横截面上磨粒的分布 2c=1D (4.1) 由此求得磨粒的间距为:11===0.095mm c 111D (4.2) 那么,在锯丝横截面上沿圆周方向磨粒的个数n 为:d0.5n===16.530.095ππD (4.3) 磨粒之间的夹角:360==21.8ng ° (4.4) 4.2锯丝横截面上不同位置单颗磨粒锯切力的计算图2为锯丝横截面上磨粒的分布情况,已画出的右侧的磨粒为参与切割的磨粒,左侧不参与切割的磨粒未画出.磨粒在锯丝横截面上分布式任意的,假设在锯丝的某一横截面上,第一个磨粒的q 角为89°.则由式(4.4)可知,第2,第3.第4,第5个磨粒得q 角分别为:67.2°,45.4°,23.6°,1.8°。
应用式(2.17)分别得到这5个磨粒的法向锯切力和切向锯切力。
假设在锯丝上得另一横截面上,第一个磨粒的q 角为88°则由式(4.4)可知,第2,第3.第4,第5个磨粒得q 角分别为:66.2°,44.4°,22.6°,0.8°。
应用式(2.17)分别得到这5个磨粒的法向锯切力和切向锯切力。
5.由超声振动产生的法向锯切力在普通锯切过程中,切割是依靠锯丝与工件的相对运动来完成的。
切屑与以加工表面的形成过程,实质上是工件材料受到锯丝上金刚石磨粒的挤压,产生弹性和塑性变形,使得切屑和母体分离的过程。
金刚石串珠绳锯的受力分析 章兼植 (桂林矿产地质研究院,广西桂林541004) 摘要:文中简述了金刚石串珠绳锯的特点及在我国的应用前景。探讨了绳锯在锯切时的受力情况及锯 切轨迹,并侧重分析了承载钢丝绳的应力组成,及钢丝绳作业时的曲率对寿命的影响。 关键词:金刚石 串珠绳锯轨迹弯曲应力
目前在人造金刚石工具中,锯切工具是最主要的 产品,要占人造金刚石总耗量的70%以上,已开发应 用的锯切工具有圆盘锯、条锯、带锯、链锯、绳锯 等,在这些工具中,绳锯是唯一的柔性工具。这种结 构上的特点,不仅使其锯切尺寸不受“限制”,而且 可以方便地锯切异型面。这就使其不仅能承担其他几 种工具能做的工作,而且能做它们不能(或难)做的 事,从而为加工(锯切)技术实现金刚石工具化创造 了条件。金刚石绳锯在发达国家已广泛地用于建筑工 程施工、石材荒料开采整形,近年来又重点扩展其在 异型石材制品加工的应用,还可替代钢砂锯,从而实 现金刚石工具对硬石材的加工领域全面占领。 2003年国内市场估计消耗金刚石串珠绳锯近9万 m,主要用于异型石材加工和软石材开采。 全球的石材市场和建筑施工市场的金刚石工具用 量相等,而金刚石绳锯在国内建筑施工中的应用才刚 刚开始。2002年夔门摩崖题刻的搬迁工程,采用了从 德国引进的“金刚石串珠绳锯”技术,工程队准备了 5万多元的金刚石串珠绳,占工程总标值的1/100。 2002年,太原市政道路改造中用绳锯整体切割拆除 作者地址:广西桂林市三里店 收稿日期:2004—04-28 38· 两幢6层楼房。2003年9月赵辛店跨铁路桥拆除,按 以往需要两个月方能摆平的大桥,此番只需两天即 可,奥妙就在于首次使用金刚石绳锯静力拆除技术。 由此可见,金刚石串珠绳锯极有市场,目前正在 我国快速地得到发展。为保证这一发展能在较高的技 术水平上进行,必须加强对其制作技术和锯切技术的 研究。 本文从绳锯工作时的受力分析人手,对若干问题 作些探讨。 1绳锯受力及锯切轨迹 金刚石串珠绳锯工作时的受力情况见图1。 对于串珠1: in譬+ sin譬 (1)
因 很小,可以认为sind O一=譬,则
出 +
T一绳锯预拉力 dN一串珠受法向力 t一串珠受切向力
dN
图1 串珠绳锯受力示意图 《石材》2005年1期 STONE ml 2005
维普资讯 http://www.cqvip.com 式(1)可写为:dN=TxdO+芋× d c。s手=T cos手 - dT=x--dNxl ̄ (2) 其中: —锯切阻力系数 dN=TxdO+学×
以0,代0替 = + (3) 对于绳上的每颗串珠,dN应是相同的。因为一 旦出现不相同时,dN偏大(即曲率偏大)的串珠将 以较高的“进刀”速率工作而使曲率减小,因而会自 动地实现各串珠上dN的动态均衡。dN相同,则T 也应相同,dT也可看作相同,则: 对于串珠2: dⅣ_( n-鸩y-+( n dⅣ_ d +—3 dT×d =斋+ (4) 对于串珠3: dⅣ_(T+2clT)sin丁dO3+(T+3dT)sin dⅣ_ + xd03 娼~=斋+ (5) 把AB弧段看作为圆弧,串珠1中点处的曲率半 径为该圆弧的半径(AB弧段曲率半径的平均值) AB=rdO, 令AB=S r= 1 其中:s__串珠间距 得: s + ) +芋) s +等) =S(K+ △r 其中K= T 可见,绳锯的锯切轨迹是一条曲率半径逐步增长 的圆滑曲线,且相邻两串珠对应的曲率半径之差△r 为不变值。两串珠问的间隔弧长也是不变的。据文献回 认为是渐开线轨迹,但从图2可见,对于渐开线,曲 率半径差(基圆上的各段圆弧长)相等时,对应的渐开 线上各弧长是不相等的。可见绳锯的轨迹不是渐开 线。从图2也可看出,只有其中的如和 两段弧长 可看作是“等长”的,与绳锯的轨迹相符。也可以说 绳锯轨迹的中间一段可看作为渐开线,这就解释了文 献圆中的试验结果。 2锯切阻力系数u
图2渐开线形成图 上列公式中出现 ,是圆形断面串珠的锯切阻
力系数。该系数与串珠与岩石这对摩擦付间的摩阻系 数f和接触面形状有关。
((石材》2OO5年1期 STONE 1191 2OO5 ·39·
维普资讯 http://www.cqvip.com 冒圜— . 串珠面上的金刚石,在岩石面上滑动时会嵌入并 推挤岩石材料,产生犁沟效应。犁沟效应的阻力是摩 擦力的组成部分,在磨粒磨损和擦伤磨损中,它是摩 擦力的主要分量凹。 文献嗍介绍了前苏联对于金刚石钻头钻进岩石时 的摩阻系数算式,可写为:f=-fo=aAv 其中△ 转进尺量,eml转 和A值列于表1 文献圈介绍了美国矿业局通过试验得到的公式, 表1 f0和A值 中硬岩(可钻性Ⅶ一Ⅷ级) 硬岩(可钻性Ⅸ~X级) 表镶钻头 fo---o.10 A=1.81 fo---o.07 A=1.94 孕镶钻头 fo---o.32 A=0.83 fo---o.12 A=3_3O 可写为: 其中, n广钻头每分钟进尺,em/min 钻头转速为1000转/rain,则可得到: f-0.135+2.25Av 与表1中孕镶钻头钻进硬岩相接近。 金刚石串珠绳锯与钻头有相似之处,Av可以定义为 绳锯工作一圈的“进尺”量。 不同接触面形状 的影响示意见图3。 得到摩擦力计算的通式: F2,=/zN2,=/ ̄ 串珠的工况相当于图3(c),/z=1.27f 则串珠锯切岩石时的阻力系数为: /.r=1.27 AAv) (6) 表1中的 、A数据是否能直接用于绳锯还有待 研究。 图3摩擦面形状对摩擦力的影响 40· ((石材》2005年1期 3钢丝绳中的弯曲应力 钢丝绳是绳锯中的重要部件,也是绳锯寿命中的 薄弱环节。无论从绳锯的锯切轨迹看,还是从绳锯的 传动系统看,钢丝绳均会承受交变载荷,存在着疲劳 破坏的可能。 在锯切轨迹中,其最小曲率半径是位于“进端” (见图1)。 结合试验资料来计算曲率半径。 文献嘲锯试验所得的锯切力见图4。 由式(2)可知: dN= =尸d 其中:n一同时参与工作的串珠数 11.=1.27(0.32+0.83ZXv) D r一 + )
锯切参数列于表2 设串珠数为35个,m,则S=28.5mm
表2 锯切大理石时相关参数值 绳长m 线速度rids 切割率m2/h 工件长m 预紧力kp 20 25 1.9 2.25 l0o
po'=po/(35×2.25)-0.38kp 由表2数据可算得 Av=O.0188em/圈,则: O.43 dN--0.38/0.43--0.88 kp
28.5( + )=3245mm 本试验中,轨迹的最小曲率半径比传动轮(导轮) 的半径(1000mm)要大得多。可见,在研究钢丝绳的疲 劳破环时,只需考虑传动轮(导轮)的曲率影响。 文献171指出,疲劳破坏由外层钢丝开始。增大滑 轮与钢丝绳的直径比D/d,减小钢丝绳承受的拉力,
SToNE●■1 DO5
维普资讯 http://www.cqvip.com 4锯切力 能提高钢丝绳寿命。 钢丝绳受拉、弯的联合作用力,文献[71列出了组 合应力的计算公式:
:要+掣 (7) + 厂
其中:F一起重索金属截面积 E—起重索的弹性模量 d一起重索钢丝直径 吨重索绕过的滑轮直径 文中未明确指明E是否为钢丝材料的弹性模量。 文献 对于弯曲应力算式作了推导: M: : El r ds
Mc Md 丁 产
因: = 得出下面公式: : 兰 (8) 此处dw是钢丝的直径,ds为滑轮的直径,l为 单根钢丝的惯性矩,E为材料的弹性模量。 文献嘲也指出:可以看出,增加钢丝绳尺寸,应 力随着增加。滑轮尺寸减小也增加了弯曲应力。 但由公式(8)却可以导出这样的结论:只要钢 丝直径不变,其组成的钢丝绳直径的变化几乎不会导 致弯曲应力的增减。这一结论与上列文献[71、[81中的说 法相矛盾,也与大直径钢丝绳要配大轮的实际做法不 符。 文献【9】将钢丝绳的弯曲应力仃 区分为捻制应力
仃 l与工作应力仃W2两种,且仃w一-仃 I+仃 。 对于最实用的双捻绳, O'Wl=2.25- ̄-Ecc。s sin (9)
O'W2=争 c。s c。s (10) 其中: Otk与a,I_绳与股的捻角 8—钢丝直径 d—钢丝绳直径 D一轮径 E —钢丝材料的杨氏模量 捻制应力不具交变性,工作应力为交变应力。 公式(9)虽然表示出了即使钢丝直径不变,其 组成的钢丝绳直径的变化会导致非交变弯曲应力的增 减。但公式(10)表明钢丝绳直径与轮径无相关性。 文献 又导出了仃 的另一种计算式:
O'W2=鲁 COSy (11)
该式是将绳轮上钢丝绳的外层钢丝看作是绳表纤 维的构成而导出的。绳表纤维排列方向与钢丝绳轴线 不是平行的。二者构成夹角 ,E 应是钢丝绳表纤 维的杨氏模量,其值小于E 。 式(11)仍表明钢丝绳直径与轮径无相关性。因 而文献[91认为新的盯 的计算公式可使《规程》对 D/d的限定值降低约35%。 按上面所列的算法,对于绳锯这样承受连续载荷 的钢丝绳,只有占总应力比重很小的仃 为交变应 力,因而其破坏不会是“疲劳”所致。 轮径不会影响弯曲应力和钢丝绳不属疲劳破坏这 两个结论难以今人信服。看来,如何计算绳锯中钢丝 绳的弯曲应力问题并未解决。 能否把由钢丝组合成的绳设想为一个整体件,按 公式(8)的推导原理得到下列算式:
《石材》2005年1期 STONE№1 2005 ·41·
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