Сравнительный анализ композиционной и цельнометаллической пильных шин

В.Д. Ашманов, В.А. Ощепков, Л.Н. Ясницкий (Пермь)

В лесозаготовительной промышленности широко применяются бензомоторные пилы, режущим инструментом которых является пильная цепь, движущаяся по полотну пильной шины. Различают два типа полотен пильных шин: цельнометаллические и композиционные (сварные), состоящие из трех скрепленных между собой пластин. Технология изготовления сварных шин является менее трудоемкой, однако их область применения ограничена вспомогательными деревообрабатывающими операциями, не связанными с возникновением больших поперечных усилий. Для выполнения более сложных лесозаготовительных операций, таких как профессиональная валка леса, используются исключительно цельнометаллические шины, поскольку считается, что они обладают большей прочностью.

Однако легко заметить, что данная ситуация находится в противоречии с общей теорией и практикой применения композиционных материалов. Известно, что композиционные (многослойные) конструкции, как правило, имеют более высокие эксплуатационные качества, чем однослойные. Это значит, что сварные многослойные шины по своим прочностным характеристикам не должны уступать цельнометаллическим.

В настоящей работе методом компьютерного моделирования исследована причина указанного противоречия. Установлено, что серийно выпускаемые многослойные сварные пильные шины имеют неоптимальное конструктивное исполнение. На основе данных компьютерного моделирования были предложены варианты более рационального размещения сварных точек, а также другие мероприятия, способствующие выравниванию распределения напряжений по полотну пильной шины.

Испытания на изгиб и кручение опытных образцов сварных пильных шин, выполненных согласно предложенным рекомендациям, подтвердили результаты компьютерного моделирования. Новые композиционные пильные шины по своим прочностным характеристикам оказались не хуже цельнометаллических. Таким образом, проведенные исследования позволили объяснить противоречие между теорией композиционных материалов и существующей практикой применения пильных шин, а у предприятий, выпускающих мотопилы для профессиональной валки леса, появилась перспектива отказаться от цельнометаллических пильных шин и заменить их более дешевыми и простыми в изготовлении сварными композиционными конструкциями, выполненными согласно разработанным рекомендациям.

Работа выполняется при поддержке РФФИ ( грант № 01-01-01049).