Определение коэффициента концентрации напряжений в межзубовых впадинах ленточных пил при изгибе

УДК

DOI:

Аннотация

В статье дано описание опытов по определению коэффициентов концентрации напряжений в межзубовых впадинах при изгибе делительной ленточной пилы, выполненых на экспериментальной установке в динамике и статике. Определен коэффициент чувствительности материала пилы. После проведения исследований по определению коэффициентов концентрации напряжений при растяжении пилы будет определен эквивалентный коэффициент концентрации напряжений, который можно использовать при расчете ленточных пил на прочность. Кроме того, определены пределы выносливости для материала образцов ленточных пил с зубьями и без зубьев при отнулевом цикле напряжений, что позволит в дальнейшем построить диаграмму предельных амплитуд. Таким образом, появится возможность найти предельные значения напряжений для любых асимметричных циклов нагружения ленточных пил. За рубежом ленточные дереворежущие пилы, как и отечественные пилы из стали 9ХФ, производят из холоднокатанной, закаленной и отпущенной стали. По своему химическому составу импортные пилы схожи с отечественными пилами, хотя легируются дополнительными элементами для улучшения их эксплуатационных свойств. Высокопрочные легированные стали также имеют высокую чувствительность к концентрации напряжений. Поэтому сделанные нами выводы справедливы и в отношении импортных ленточных пил. По результатам экспериментальных исследований установлено: разрушение ленточных пил носит усталостный характер; теоретический и действительный коэффициенты концентрации напряжений при симметричном изгибе в межзубовых впадинах ленточных пил 3405-0032 ГОСТ 6532–77 (сталь 9ХФ) составляют соответственно 1,27 и 1,23, для тех же условий коэффициент чувствительности материала — 0,85; для повышения долговечности ленточных пил необходимо изменить профиль впадин и заторможить развитие усталостной трещины (например, термопластическим способом); после определения коэффициентов концентрации напряжений при растяжении пилы следует определять эквивалентный коэффициент концентрации напряжений, который можно использовать при расчете ленточных пил на прочность.

Сведения об авторах

• © Г.Ф. Прокофьев, д-р техн. наук, проф.
• О.Л. Коваленко, асп.
• С.А. Черепанов, асп.
  
  Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 
  наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002;
  e-mail: g.prokofjev@narfu.ru; o.kovalenko@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

1. ГОСТ 25.502–79 Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость. Введ. 30-10-1979. М.: Изд-во стандартов, 1980. 12 с.
2. Добрынин Е.Д. Концентрация напряжений в полотнах ленточных пил от насечки зубьев // Деревообраб. пром-сть. 1962. № 4. С. 10–11.
3. Коваленко О.Л. Экспериментальная установка для исследования усталостной прочности ленточных // Наука – северному региону: сб. науч. тр. / АГТУ. Архангельск, 2002. С. 110–112.
4. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин: учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1991. 319 с.
5. Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин. М.: Энергия, 1970. 80 с.
6. Малышев Ю.В. Влияние некоторых факторов на долговечность полотен ленточных делительных пил. Л.: ЛТА, 1974. 10 с.
7. Пат. 2395388 РФ, МПК В 27 В 33/00. Способ торможения распространения трещины в ленточной пиле / Прокофьев Г.Ф., Иванкин И.И., Коваленко О.Л. № 2009115975/03; заявл. 27.04.2009; опубл. 27.04.2010, Бюл. № 21.
8. Прокофьев Г.Ф. Определение требуемой прочности пил многопильных ленточнопильных станков // Лесн. журн. 1989. № 6. С. 81–85. (Изв. высш. учеб. заведений).
9. Прокофьев Г.Ф. Интенсификация пиления древесины рамными и ленточными пилами. М.: Лесн. пром-сть, 1990. 240 с.
10.  Швамм Л.Г. Исследование и разработка методов повышения долговечности ленточных пил для распиловки древесины: автореф. ... канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1982. 20 с.

Ссылка на английскую версию:

UDC 621.935

Test of Bulging Stress Concentration Factors in the Band Saw Notches

G.F. Prokof'ev, Doctor of Engineering, Professor

O.L. Kovalenko, Postgraduate Student

С.А. Черепанов, аспирант

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia; е-mail: g.prokofjev@narfu.ru,

е-mail: o.kovalenko@narfu.ru

The article gives the description of the tests of bulging stress concentration factors in the band saw notches. Animation and static tests were carried out at the pilot plant. As a result the sensibility factor of the saw material is identified. After the tests defining the concentration saw tensile stress factors the equivalent stress concentration coefficient for band saw stress calculation can be determined. The endurance limit of the material patterns of the band saws with the sawteeth and without the sawteeth at the zero-to-tension stress cycle is also defined. It will allow constructing a limiting amplitude scheme. Thus, it will be possible to define the limit stress values for any asymmetric depth cycles of band saws. Abroad the wood-milling band saws are made from hard-rolled tampered steel, as well as domestic saws of steel 9ХФ. The tapping specification of foreign saws is similar to domestic saws, though they are alloyed by additional elements to improve their operational properties. High-impact alloyed steels are also highly sensitive to the stress concentration. Therefore, the conclusions made in the article are also valid in relation to the foreign band saws. According to the results of the experimental studies we have drawn the following conclusions:

1. The results of performed tests confirm that the destruction of band saws is of fatigue nature.

2. The theoretical and actual coefficients of stress concentration at symmetric bending in the notches of the band saws 3405-0032 GOST 6532-77 steel 9ХФ are respectively: α_κ = 1.27, κ_эф = 1,23. The sensibility factor of the band saws material for the same conditions is also determined: q = 0.85.

3. To increase the band saws life the following meaningful and technological measures are necessary:

– to edit a notch profile;

– to slow the process of the fatigue cracks development, for example, by the thermo-softening method [10].

4. After the research of the stress concentration factors of the tensile saw the equivalent stress concentration coefficient should be defined. This coefficient can be used at the band saws stress calculation.

Keywords: stress concentration factor, band saw, endurance limit, endurance strength, sensitivity.

REFERENCES

1. GOST 25.502-79. Metody mekhanicheskikh ispytaniy metallov. Metody ispytaniy na ustalost' [State Standart 25.502-79. Methods of Mechanical Tests of Metals. Methods of Fatigue Tests]. Moscow, 1980.

2. Dobrynin E.D. Kontsentratsiya napryazheniy v polotnakh lentochnykh pil ot nasechki zub'ev [Dependence of Stress Concentration in the Band Saw Blades on Notches Sawteeth]. Derevoobrabatyvayushchaya promyshlennost', 1962, no. 4, pp. 10-11.

3. Kovalenko O.L. Eksperimental'naya ustanovka dlya issledovaniya ustalostnoy prochnosti lentochnykh pil [Pilot Plant for the Research of Band Saws Endurance Strength]. Nauka - severnomu regionu; Sb. nauch. tr. [Proc. Science to the Northern Region]. Arkhangelsk, 2002, pp. 110-112.

4. Kogaev V.P. Prochnost' i iznosostoykost' detaley mashin: ucheb. posobie dlya mashinostr. spets. vuzov [Strength and Endurance of Machine Elements]. Ed. by V.P. Kogaev, Yu.N. Drozdov. Moscow, 1991. 319 p.

5. Loginov V.N. Elektricheskie izmereniya mekhanicheskikh velichin [Electric Measurements of Mechanical Quantities]. Moscow, 1970. 80 p.

6. Malyshev Yu.V. Vliyanie nekotorykh faktorov na dolgovechnost' poloten lentochnykh delitel'nykh pil [Influence of Some Factors on the Band Saw and Resawing Machine Blades Life]. Leningrad, 1974. 10 p.

7. Prokof'ev G.F., Ivankin I.I., Kovalenko O.L. Sposob tormozheniya rasprostraneniya treshchiny v lentochnoy pile [The Way to Slow Down the Crack Extension in a Band Saw]. Patent RF, no. 2395388, 2009.

8. Prokof'ev G.F. Opredelenie trebuemoy prochnosti pil mnogopil'nykh lentochnopil'nykh stankov [Required Strength Definition of Saws of Multifunctional Band Sawing Machines]. Lesnoy zhurnal, 1989, no. 6, pp. 81-85.

9. Prokof'ev G.F. Intensifikatsiya pileniya drevesiny ramnymi i lentochnymi pilami [Intensification of Wood Sawing by Frame Saws and Band Saws]. Moscow, 1990. 240 p.

10. Shvamm L.G. Issledovanie i razrabotka metodov povysheniya dolgovechnosti lentochnykh pil dlya raspilovki drevesiny: avtoref. dis… kand. tehn. nauk. [Research and Development of Enhancing Methods of Band Saws Life for Wood Sawing: Cand. Tech. Sci. Diss. Abs.]. Leningrad, 1982. 20 p.

Received on May 26, 2014