全 文 ：第 v|卷 第 y期
u s s v年 tt 月
林 业 科 学
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‘²√ qou s s v
用新型试验方法测定锯链的锯切效率
许林云 林 石 封晓强
k南京林业大学 南京 utssvzl
摘 要 } 介绍了用于测定油锯锯切效率的一种新型试验方法和专用锯切试验机 o并用该专用锯切试验机对
德国 ≥׌‹锯链 !美国 ’• ∞Š’‘锯链及国产 ts型锯链的锯切效率进行测定 ∀该专用试验机采用恒进锯力
进锯方式 o且锯口面积的取值与锯切时间的测量保持了良好的一致性 o从而提高了锯切效率的计算精度 ∀该
专用锯切试验机结构紧凑 !进锯机构摩擦阻力小 o测定精度高 o重复性好 o适用范围广 ∀采用这种试验机测定
不同锯链的锯切效率 o可比性强 ∀
关键词 } 油锯 o锯链 o专用锯切试验机 o锯切效率
收稿日期 }ussu p sx p s{ ∀
基金项目 }国家质量技术监督局重点标准项目/油锯锯切试验方法 ) ) ) 工程法k|y p林 p syl0 ∀
tl封晓强 q油锯锯切生产率测试方法的研究 q南京林业大学硕士学位论文 ousss
ΧΥΤΤΙΝΓ2ΡΑΤΕ ΜΕΑΣΥΡΕΜΕΝΤ ΟΦ ΣΑΩ2ΧΗΑΙΝΣ
ΤΗΡ ΟΥΓΗ ΝΕ Ω ΤΕΣΤΙΝΓ ΜΕΤΗΟ∆
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k Νανϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Νανϕινγutssvzl
Αβστραχτ} ׫¨ ³¤³¨µ³µ¨¶¨±·¨§¤ ±¨ º ·¨¶·¬±ª °¨ ·«²§¤±§¤¶³¨¦¬¤¯ ·¨¶·¬±ª §¨√¬¦¨ ©²µ°¨ ¤¶∏µ¬±ª¦∏·¬±ª2µ¤·¨ ²©¶¤º2
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Κεψ ωορδσ} ≤«¤¬±¶¤ºo≥¤º2¦«¤¬±o≥³¨¦¬¤¯ ·¨¶·¬±ª§¨√¬¦¨ o≤∏·¬±ª2µ¤·¨
长期以来 o国内测定油锯锯切效率一直采用手工操作油锯的方法 o其测定结果受人为因素影响较
大 o测试精度不能达到应有的要求 ∀本文中用于测定几种类型锯链锯切效率的试验装置 o为国家重点合
同标准项目/油锯锯切试验方法 ) ) ) 工程法0中所研制的专用锯切试验机 ∀该专用锯切试验机采用恒进
锯力方式进锯 o具有结构紧凑 !进锯阻力小 !测试精度高 !重复性好 !操作简便 !适用范围广等优点 ∀
t 锯切效率的测定方法tlk盛大德 ot|{| ~林石等 ot||tl
当油锯直线运动垂直进给锯切等宽度试材时 o油锯锯切效率的计算公式为
Σ € ΑΤ €
Λ ≅ Η°
Τ
式中 }Σ为锯切效率 o¦°u#¶pt ~Α为锯口面积 o¦°u ~Τ为对应锯切锯口面积 „的锯切时间 o¶~Λ为试材宽
度 o¦° ~Η° 为锯口取值区间高度 o¦°∀
由上式可知 o要测定油锯的锯切效率 o就是要求试验装置能测定试材宽度 Λ!锯口取值区间高度 Η°
和锯切时间 Τ的值 ∀
影响油锯锯切效率的因素很多 ∀为了获得具有代表性的测定结果 o对试验用油锯的技术状态 !木材
材种和材性有较严格的规定 o同时 o锯切时油锯的调整状态 !转速 !机体温度等因素也有严格的限制 ∀正
是对以上诸多方面的改进 o使锯切效率测试结果的精度超过了国外同类试验机 ∀
1 .1 锯切试验装置
图 t为测定油锯锯切效率的专用锯切试验机结构简图 ∀
测定油锯锯切效率时的进锯方式很多 o有摆动式进锯 !人力进锯 !恒速进锯等方式 ∀摆动式进锯方
式的摆臂长度大 o试验台架结构笨重 o占地面积大 ~对于恒速进锯方式 o由于锯链切削的不连续性和木材
材性的不均匀性 o使得切削阻力波动较大 ∀在这种情况下 o发动机容易失去稳定而导致离合器打滑 o不
能充分发挥发动机的功率 o因而也不能正确地测定油锯的锯切效率 ~人力进锯方式受人为因素较大 o也
不能充分发挥发动机的功率k≠Π×tt|{2t||yl ∀
如果采用重力进锯的恒进锯力机构 o就能保持发动机具有较稳定的转速 o从而充分发挥发动机的功
率 o有效地测定油锯锯切效率 ∀图 t中 o由移动框架 u !钢丝绳 w !绳轮 v和砝码 z组成重力进锯机构 ∀钢
丝绳 w一端的力为移动框架 u及油锯 y的重力之和 o钢丝绳 w另一端的力为砝码 z的重力 o进锯力为钢
丝绳 w两端力之差 o改变砝码 z的重力就可改变进锯力 ∀绳轮 v支承在滚动轴承上 o并采用直径很小的
钢丝绳 w o使钢丝绳 w绕过绳轮 v的阻力降至最低 ∀移动框架 u上的滚轮 tu与导轨 x之间的间隙可调
节 ∀在调整正常后 o移动框架 u上下运动的总摩擦阻力k总摩擦阻力包括导轨摩擦阻力及绳轮阻力 o绳
轮阻力含轴承阻力及钢丝绳僵直阻力等l可小于 x ‘o朝一个方向运动时的阻力波动可小于 t ‘o使进锯
力的测试精度控制在 ? t ‘范围内 ∀
图 t 专用锯切试验机
ƒ¬ªqt ≥³¨¦¬¤¯ ·¨¶·¬±ª§¨√¬¦¨
t1 机架 ƒµ¤°¨ ²©·«¨ §¨√¬¦¨ ~u1 移动框架 ∂ µ¨·¬¦¤¯ °²√ ¤¨¥¯¨µ¤¦®~v1 绳轮 ≥·¨¨¯ ¦¤¥¯¨ º«¨ ¨¯ ~w1钢丝绳 ≥·¨¨¯ ¦¤¥¯¨~x1导轨 ≥¯¬§¨ º¤¼~
y1油锯 ≤«¤¬± ¶¤º ~z1 砝码 °²¬¶¨ ~{1 动触点 ²√¬±ª·²∏¦«¦²±·¤¦·~|1 定触点 ƒ¬¬¨ §·²∏¦«¦²±·¤¦·~ts1三向八角环测力仪
׫µ¨¨§¬µ¨¦·¬²±©²µ¦¨ ¶¨±¶²µ~tt1 油锯固定装置 ƒ¬¬¬±ª∏±¬·©²µ¦«¤¬±¶¤º ~tu1 滚轮 …¤¯¯ ¥¨¤µ¬±ªq
图 u 试材横截面
ƒ¬ªqu ≤µ²¶¶¶¨¦·¬²± ²©·¨¶·¬±ª·¬°¥¨µ
Α}锯口面积 ≤∏·¬±ª¤µ¨¤~
Η}木材高度 ‹ ¬¨ª«·²©·«¨ ·¬°¥¨µ~
Η° }有效高度 ∞©©¨¦·¬√¨«¨¬ª«·q
112 锯口面积的测定
测定锯口面积 ΑkΑ€ Λ≅ Η°l o即为测定试材宽度 Λ和锯口取值区
间高度 Η° ∀
本锯切试验方法中 o选用横截面为矩形的试材 o上下两面也可为圆
柱面 o如图 u所示 ∀试材宽度 Λ应为导板有效长度的 zx h左右 ∀当整
块试材达不到应有宽度 Λ时 o可用 u ∗ v块试材拼合而成 ∀为了减小锯
切初始阶段和锯切终了时不稳定性因素的影响 o取值区间高度 Η° 约为
试材高度 Η中部的 uΠv ∀视试材横截面的情况 oΗ° 的大小和上下位置
可有所调整 o以便减少试材缺陷的影响 ∀在图 t专用锯切试验机上 oΗ°
值是由固定在机架 t上的两个定触点 |之间的距离来保证的 ∀两个定
触点可在机架上上 !下调节 o以获得所需的 Η° 值和锯链切齿齿尖轨迹
在试材中的上下位置 ∀
uwt 林 业 科 学 v|卷
113 锯切时间的测定方法
图 v 测定系统简图
ƒ¬ªqv × ¶¨·¬±ª¶¼¶·¨° §¬¤ªµ¤°
t1 转速传感器 •²·¤·¨ ¶³¨ §¨¶¨±¶²µ~u1 调理电路 ²§∏¯¤·¬±ª¦¬µ¦∏¬·¶~
v1 转速表 פ¦«²° ·¨¨µ~w1 动触点 ²√¬±ª·²∏¦«¦²±·¤¦·~x1定触点 ƒ¬¬¨ §
·²∏¦«¦²±·¤¦·~y1 转换电路 ×µ¤±¶©²µ° ¦¬µ¦∏¬·~z1 时间记录仪 ≤«µ²±²°¨ ·¨µ~
{1 油箱 Š¤¶·¤±®~|1 计量管  ·¨µ¬¦·∏¥¨ ·² ° ¤¨¶∏µ¨ ª¤¶√²¯∏°¨ ~
ts1 电磁三通阀 ׫µ¨ 2¨¦«¤±±¨ ¯¶²¯ ±¨²¬§√¤¯√¨ ~tt1 开关 ≥º¬·¦«q
图 v为图 u专用锯切试验机上测试系统简
图 ∀安装在机架上的上 !下两个定触点 x和安装
在移动框架上的一个动触点 w o两个定触点之间
的距离即为取值区间高度 Η° ∀试验锯切时 o随
着移动框架向下移动 o动触点与上 !下定触点相
继接触 o获得两次信号 o通过转换电路 y o控制时
间记录仪 z的走与停 o以此测定在取值区间 Η°
内的锯切时间 Τo这种自动计时方法的精度可提
高到 ? s1st ¶∀
本专用锯切试验机还可测定耗油率 o即可直
接测定油锯锯切时的混合油消耗量 Θ∀在图 v
中 o安装在移动框架上的动触点 w及固定在机架
上的两个定触点 x在控制转换电路 y和控制时
间记录仪 z走与停的同时 o还控制电磁三通阀 ts
油路的切换 ∀实现在锯切高度 Η° 内 o对应锯切
时间 Τ内的锯切混合油消耗量 Θ∀再根据机油
与燃油混合比 o计算得到油锯锯切耗油率 ∀这种
测试系统实现了锯切耗油率和锯切效率的同步
测量 ∀混合油消耗量 Θ的测定精度可达到 ? s1t
¦°vk许林云等 ousssl ∀
u 锯链锯切效率的测试实例
参加试验的锯链为德国 ≥׌‹s1wswδ半方齿锯链 !美国 ’• ∞Š’‘xu型方齿锯链和某国产 ts型半
方齿锯链 ∀v种锯链的节距都是 ts1uy °° o齿数均相同 ∀切齿的主要几何参数列于表 t中 ∀每种锯链
均锋利 ∀试验用油锯为 ≠p w型油锯 ∀试验用木材为水曲柳方材 o锯口顺序从树梢至树根方向顺序锯
切 ∀试验时 o进锯力从小到大 o再从大到小 o测定对应的锯链锯切效率值 ∀并循环重复 v次计算得平均
值 ∀测试结果见表 u和图 w ∀
表 1 锯齿的主要几何参数
Ταβ . 1 Μαιν γεοµετρψ παραµετερ οφ χυττινγ τοοτη
几何参数
Š¨ ²° ·¨µ¼ ³¤µ¤°¨ ·¨µ
锯链型号 ≥¤º2¦«¤¬±·¼³¨
≥׌‹s1wswδ ’• ∞Š’‘xu ts
侧刃楔角 • §¨ª¨ ¤±ª¯¨²©√¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl w{1u xs1w wu1u
侧刃切削角 ≤∏·¬±ª¤±ª¯¨²©√ µ¨·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl xs1| xv1z wx1v
侧刃后角 ≤¯ ¤¨µ¤±¦¨ ¤±ª¯¨²©√¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl u1z v1v v1t
侧刃外形前角 ‹²²®¤±ª¯¨²©√¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl t1y tt1x ts1y
顶刃楔角 • §¨ª¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl wu1| xz1y ws1v
顶刃后角 ≤¯ ¤¨µ¤±¦¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl z1v z1v z1v
顶刃偏斜角 ’¥¯¬´∏¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨Πkβl vs1w vs1{ vx1x
限料量 ≤²±©¬±¨ §¦∏·¬±ª·«¬¦®±¨ ¶¶Π°° s1|t s1yt s1zy
vwt 第 y期 许林云等 }用新型试验方法测定锯链的锯切效率
图 w 几种锯链的锯切效率
ƒ¬ªqw ≤∏·¬±ª2µ¤·¨ ²©¶²°¨¶¤º2¦«¤¬±¶
σ ’• ∞Š’‘xu锯链 ’• ∞Š’‘xu ¶¤º2¦«¤¬±~
υ国产 ts型锯链 ⁄²°¨ ¶·¬¦ts ¶¤º2¦«¤¬±~
ω ≥׌‹锯链 ≥׌‹¶¤º2¦«¤¬±q
表 2 不同锯链锯切效率的测定值
Ταβ . 2 Χυττινγ2ρατε οφ σοµε σαω2χηαινσ
进锯力
׫¨ ©²µ¦¨ ¬±·«¨ √ µ¨·¬¦¤¯
©²µº¤µ§°²√¨ °¨ ±·
²µ¬¨±·¤·¬²±Π‘
锯切效率
≤∏·¬±ª2µ¤·¨Πk¦°u#¶ptl
’• ∞Š’‘xu 国产 ts⁄²°¨ ¶·¬¦ts ≥׌‹
wv1t vv1w ww1y w{1w
xu1| wx1{ yt1s xx1x
xz1u x|1s
yu1z w|1s x{1{ yv1v
yz1s yt1x
zu1x w{1w yy1t yu1v
zy1{ y{1{ yv1{
{u1v xt1| x{1x ys1x
{y1y xu1| yv1z
|u1t xx1z
|y1w xv1t
tst1| xu1z
tsy1u w|1{
图 x 切齿的几何参数
ƒ¬ªqx Š¨ ²°¨ ·µ¼ ³¤µ¤°¨ ·¨µ²©¦∏·¬±ª·²²·«
Βt }侧刃楔角 • §¨ª¨ ¤±ª¯¨²©√¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨ ~Αt }侧刃后角 ≤¯¨ ¤µ¤±¦¨ ¤±ª¯¨²©√ µ¨2
·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨ ~∆t }侧刃切削角 ≤∏·¬±ª¤±ª¯¨ ²© √¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨ ~Χ}侧刃外形前角
‹²²® ¤±ª¯¨²©√¨ µ·¬¦¤¯ ¥¯¤§¨ ~Αu }顶刃后角 ≤¯¨ ¤µ¤±¦¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨ ~Βu }
顶刃楔角 • §¨ª¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨ ~∆u }顶刃切削角 ≤∏·¬±ª¤±ª¯¨²©«²µ¬2
½²±·¤¯ ¥¯¤§¨ ~Ωt }顶刃偏斜角 ’¥¯¬´∏¨ ¤±ª¯¨²©«²µ¬½²±·¤¯ ¥¯¤§¨ ~µ }限料量 ≤²±2
©¬±¨ §¦∏·¬±ª·«¬¦®±¨ ¶¶q
v 测试结果的初步分析
锯链是链锯的切削部件 ∀它是由切齿链
片 !传动链片 !连接片和链轴组合而成的环状
封闭链条 ∀在驱动链轮的驱动下 o锯链沿着
锯导板的导槽作高速回转运动进行锯木 ∀
如图 x所示 o切齿有两个切削刃 o即侧刃
和顶刃 ∀横向锯木时 o切齿的侧刃进行端向
切削 o形成锯口的侧壁 ∀顶刃进行横向切削 o
形成锯口的底面 ∀切齿的前端为进给量限制
器 ∀它的作用是控制切齿切入木材的深度 o
以使屑片的厚度保持在一定的范围内 ∀切齿
的几何参数很多 o其中尤以限料量 µ !侧刃的
切削角 ∆t !侧刃外形前角 Χ以及顶刃的切削
角 ∆u 等几何参数对锯切效率的影响最大 ∀
侧刃切削角 ∆t 对锯切效率有显著的影
响 ∀ ∆t 增大时 o侧刃的锋利程度降低 o导致
单位锯切功上升 ∀反之 o∆t 也不是越小越好 ∀ ∆t 过小引起顶刃偏斜角 Ωt 的增大和锯齿上受到的侧向
分力的增大 o锯链容易失去侧向稳定而使锯切过程恶化 ∀本试验中所用的国产 ts型锯链是一种结构
特殊的获得专利申请号的侧平衡锯链 o可以采用较小的侧刃切削角 ∆t 及较大的顶刃偏斜角 Ωt 而仍能
保持侧向稳定 o因而获得了较高的锯切效率 ∀
侧刃外形前角 Χ对油锯的锯切效率的影响也较大 ∀随着前角 Χ的增大 o导致总的进给阻力减小 ∀
适当增大前角 Χ可以较大程度地降低锯链的进给阻力 o减轻操作者的劳动强度 ∀由于顶刃楔角 Βu 与
前角 Χ密切相关 o随着 Χ的增大 oΒu 减小 ∀这使顶刃刨起屑片的阻力下降 o从而降低了锯切阻力 o提高
了锯切效率 ∀有人曾对国产 ts型锯链作过试验 o发现当 Χ从 p yβxxχ增加至 |βvuχ时 o单位锯切功下降
了 y h o锯切效率上升了 y h ∀但 Χ也不是越大越好 oΧ过大反而会使单位锯切功增大 o这是由于过大的
Χ角将导致锯切过程的不稳定 ∀
限料量 µ 增大时 o限料齿上所受到的法向推出力减小 o使总的进锯阻力减小 ∀这说明在一定的驱
wwt 林 业 科 学 v|卷
动功率和链速条件下 o增大 µ 值可以明显地减小进锯阻力 ∀与此同时 o在一定的进锯力条件下 oµ 的增
大导致切削力的增大和锯切效率的提高 o但这受到油锯发动机输出功率的限制 ∀ µ 的增大在使限料齿
上所受到的法向阻力减小的同时 o也使限料齿上所受到的切向摩擦阻力减小 ∀这会使单位锯切功变小 ∀
但 µ 大于一定值以后 o会使屑片厚度过大 o引起锯链停转 ∀
本试验中 ts型锯链采用较小的顶刃楔角 Βu o提高了顶刃的锋利性 o从而提高了锯切效率k如图 w
所示l ∀在这同时 o采用适当的限料量 µ 值 o保证了切齿切削时的法向稳定性 ∀
切齿齿形有圆弧形齿 !半方型齿和方型齿三种形状 ∀一般认为 o圆弧形齿锯链的锯切效率最低 o方
型齿锯链的锯切效率最高 o半方型齿锯链的锯切效率介于两者之间 ∀但实际情况要复杂得多 ∀在切齿
角参数相同情况下 o方齿锯链因无重复切削而锯切阻力最小 ∀然而切齿的诸多角参数之间存在着一定
的制约关系 ∀由于齿尖强度的限制 o方齿锯链的切削角 Βt !Βu 不能太小 o前角 Χ不能太大 ∀而半方齿锯
链实际上无齿尖 o而是一段过渡刃 ∀因此 o半方齿锯链可以采用比方齿锯链更小的 Βt !Βu o更大的 Χ∀这
样 o半方齿锯链的切削阻力不一定比方齿锯链大 ∀这一点 o我们在以前的测试中早已被证实 ∀
综合以上分析及图 w中的测试结果可以看出 o在实现有效锯切的有限进锯力范围内 o三种锯链中国
产 ts型半方齿锯链的锯切效率最高 o德国 ≥׌‹型半方齿锯链其次 o美国 ’• ∞Š’‘xu型方齿锯链最
低 o且前两者的锯切效率比较接近 ∀即国产 ts型锯链和德国 ≥׌‹型锯链这两种半方齿锯链的锯切
效率反而高于美国 ’• ∞Š’‘xu型方齿锯链的锯切效率 ∀因此锯链的锯切效率不仅与切齿齿形有关 o还
受许多因素的影响 ∀由于国产ts型锯链的侧刃切削角 ∆t !侧刃楔角 Βt !顶刃楔角 Βu 在三种锯链中最
小 o侧刃外形前角 Χ最大 o从而减小了切削阻力 o有利于增大锯切效率 ∀同时 o该锯链采用了特殊的结
构 o可以平衡锯切过程中产生的侧向力 o并选用适当的限料量 µ 值 o因而获得了较高的锯切效率 ∀美国
’• ∞Š’‘xu型锯链尽管是方齿型锯链 o但因其侧刃切削角 ∆t 和顶刃楔角 ∆u 均较大 o所以锯切效率反而
最低 ∀
参 考 文 献
林 石 o殷德顺 q油锯伐木的生产率和耗油率 q林业机械 ot||t okxl }t{ p ut
盛大德 q锯木生产率和锯切油耗率之研讨 q林业机械 ot|{z okxl }tv p ty
许林云 o林 石 o封晓强 q油锯锯切效率和锯切耗油率测定的基本方法 q森林工程 ousss otykyl }wv p wx
≠Π×tt|{ p t||y q油锯锯切试验方法 ) ) ) 简易法 q北京 }中国标准出版社
xwt 第 y期 许林云等 }用新型试验方法测定锯链的锯切效率