Mendelova univerzita v Brně. Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče

Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta

Ústav základního zpracování dřeva

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče DIPLOMOVÁ PRÁCE

2010

Bc. Vladimír Bohdálek

-1-

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Zadání

-2-

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Zadání

-3-


Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47 b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MENDELU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací.

Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně dne 19. 4. 2010

............................................. podpis

-4-


Poděkování Děkuji svému vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Zdeňku Kopeckému, CSc. a jeho asistentovi Ing. Přemyslu Veselému za pomoc při měření na zařízení Stend, vyhodnocování a celkovém odborném vedení této práce. Děkuji také Ústavu lesnické a dřevařské techniky za umožnění měření na jejich zařízení.

-5-


Jméno:

Bc. Vladimír Bohdálek

Název práce:


Title of work:

The effect of circular saw blade design on chosen operation parameters

Abstrakt: V práci je popsána problematika mechanické nestability pilových kotoučů a jejich hlučnosti. Je shrnuta dostupná literatura a vědecké práce na danou problematiku. Velikosti kmitání pilového kotouče a jeho hlučnost má negativní vliv na zdraví člověka (pracovníka), kvalitu řezání (přesnost) a součásti stroje, které jsou vlivem kmitání více namáhány. Dále se snaží autor prozkoumat a stanovit vliv rozdílné rozteče zubů, způsobu provedení dilatačních odhlučňovacích drážek na hladiny hluku, amplitudy a frekvence kmitání disku kotouče.

Klíčová slova: pilový kotouč, vibrace pilového kotouče, hlučnost pilového kotouče, kritické otáčky

Abstract:

In the study is described problematic of circular saw blade mechanical

instability and noisiness. Available literature including peer-reviewed papers is summarized here. High vibration and noisiness of circular saw blade negatively affect human health (operator), sawing quality and machine parts, which are more stressed by vibration. The author tried to investigate and set up the effect of different distance between cutting teeth, design and placement of shrinkage joints on noise level, amplitude a frequency of circular saw blade vibration.

Key Words: circular-saw blade, vibration circular-saw blade, noisiness circular-saw blade, critical speed

-6-


Obsah 1

Úvod.............................................................................................................. 9

2

Cíl práce...................................................................................................... 10

3

Metodika práce ........................................................................................... 11

4

Konstrukce pilového kotouče ..................................................................... 12

5

Analýza teorie kmitání a hlučnosti pilových kotoučů ................................ 15 5.1

Vznik a šíření kmitání pilových kotoučů ............................................ 15

5.2

Vliv konstrukce pilového kotouče na kmitání a hlučnost................... 28 5.2.1

Úprava pilových kotoučů předpětím............................................... 28

5.2.2

Odhlučňovací drážky v těle pilového kotouče............................... 31

5.2.3

Otvory v těle pilového kotouče....................................................... 32

5.2.4

Radiální obvodové drážky .............................................................. 35

5.2.5

Měděné nýty ................................................................................... 35

5.2.6

Lepené desky a fólie na tělo pilového kotouče............................... 36

5.2.7

Plastické povlaky na těle pilového kotouče.................................... 38

5.2.8

Zmenšení tloušťky pilového kotouče.............................................. 39

5.2.9

Snížení počtu otáček ....................................................................... 41

5.2.10

Zmenšení průměru pilového kotouče ............................................. 43

5.2.11

Přídavné disky (zvětšení průměru příruby) .................................... 44

5.2.12

Vliv rovinosti pilového kotouče ..................................................... 47 Účinky vibrací a hluku na člověka ..................................................... 48

5.3 5.3.1

Vibrace a jejich účinky na člověka ................................................. 48

5.3.2

Zvuk a jeho vznik ........................................................................... 49

5.3.3

Účinky hluku na člověka ................................................................ 50

6

Zkušební zařízení a použité pilové kotouče................................................ 55 6.1

Zkušební STEND................................................................................ 55

6.2

Měření hluku....................................................................................... 57

6.3

Měřič vibrací....................................................................................... 58

6.4

Zkoumané pilové kotouče................................................................... 59 6.4.1

Pilový kotouč K8 s protihlukovými drážkami a s nepravidelnou roztečí zubů od firmy STELIT ...................................................... 61

6.4.2

Pilový kotouč K 9 s protihlukovými drážkami a s pravidelnou roztečí zubů od firmy PILANA .................................................... 63

-7-

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče 6.4.3 7

Pilový kotouč K10 bez protihlukových úprav od firmy PILANA.. 65 Výsledky měření vibrací a hlučnosti zkoušených pilových kotoučů.......... 67

7.1

Stanovení řezných podmínek.............................................................. 67

7.2

Vibrace pilových kotoučů na jednu otáčku......................................... 68

7.3

Průběh vibrací při běhu pilového kotouče naprázdno ........................ 70

7.4

Hlučnost pilových kotoučů při běhu naprázdno ................................. 72

7.5

Vibrace pilového kotouče při řezání smrku a buku ve stanovených otáčkách .............................................................................................. 73

7.6

Hlučnost pilového kotouče při řezání smrku a buku ve stanovených otáčkách .............................................................................................. 75

8

Diskuze ....................................................................................................... 77

9

Závěr ........................................................................................................... 79

10

Summary..................................................................................................... 81

11

Literatura..................................................................................................... 83

12

Přílohy......................................................................................................... 85

-8-


1

Úvod Ve dřevozpracujícím průmyslu je řezání pilovými kotouči nečastěji používaná

technika k dělení dřevěných materiálů. Při řezáni je dřevěný materiál dělen pilovým kotoučem otáčejícím se jedním směrem rovnoměrnou rychlostí. Kvalita a přesnost řezání se odvíjí od konstrukce stroje, tvaru a množství pilových zubů na kotouči, rychlosti posuvu na zub, velikosti kmitání pilového kotouče a jeho hlučnosti. Pokud pomineme pro tuto práci vliv stroje a vliv rychlosti posuvu, zůstane nám velikost kmitání, tvar a množství pilových zubů. Snižování velikosti kmitání a hlučnosti se v dnešní době řeší několika základními způsoby: − konstrukcí těla pilového kotouče (např. válcování a lepení pilového kotouče) − vyřezáváním stabilizačních otvorů do těla pilového kotouče pomocí laseru − vyřezáváním dilatačních a odhlučňovacích drážek pomocí laseru − použitím přídavných stabilizačních disků − rozdílnými rozteči pilových zubů Cílem těchto úprav je zlepšení přesnosti řezání, drsnosti obráběných povrchů, snižování ztrát nerovností po řezání, snižování hladiny hluku při řezání a v neposlední řadě zlepšení trvanlivosti a životnosti pilových kotoučů. Mechanická nestabilita pilových kotoučů byla zpracovávána v mnoha vědeckých publikacích (Mote a Szymani, 1977; Lietal, 2000; Nishio a Marui, 2000; Schajer, 1989; Siklienka a Svoreň, 1997; Stachiev, 1989; Stachiev 2000; Stachiev 2004). Dr. Jury Mikhailovich Stachiev (1934, 2004) byl uznávaným odborníkem v oblasti kotoučových pil a průkopník ve vývoji teorie na stanovení kritických otáček pilového kotouče. Jeho výzkum se zaměřoval především na teorii kritických otáček pilových kotoučů.

-9-


2

Cíl práce Cílem této práce je stanovit provozní podmínky pro sledované pilové kotouče.

Dále prozkoumat a stanovit vliv rozdílné rozteče zubů, způsobu provedení dilatačních a odhlučňovacích drážek na hladiny hluku, amplitudy a frekvence kmitání disku kotouče. Při realizaci cílů práce je brán zřetel na současný stav řešené problematiky publikovaný v dostupné literatuře, zejména ve vědeckých pracích a výzkumech prováděních v tomto oboru. Splnění vytyčených cílů vyžaduje použití poměrně rozsáhlého experimentu, měřením vibrací a hlučnosti pilových kotoučů.

- 10 -


3

Metodika práce Vlastní metodika práce zahrnuje oblasti analýzy konstrukcí a konstrukčních

úprav pilových kotoučů, oblast teorie kmitání pilových kotoučů a analýzy hluku a jeho působení na člověka. Těžiště práce je směřováno do experimentální části měření a vyhodnocení vibrací a hlučnosti. Měření budou prováděna na zkušebním zařízení, který je majetkem Mendelovy univerzity. Vibrace budou měřeny snímačem vibrací, který pracuje na principu vířivých proudů. Hlučnost bude měřena měřičem hluku Chauvin Arnoux. Veškerá data z těchto měřících zařízení budou ukládány do počítače a následně zpracovány do tabulek a grafů. K měření budou použity tři druhy pilových kotoučů označené K8, K9 a K10. Jedná se o prototypové kotouče, které byly v rámci testování vyrobeny firmou Pilana a Stelit. Všechny tři kotouče mají stejnou geometrii zubu. U všech pilových kotoučů byly stanoveny rezonanční, kritické, doporučené a optimální otáčky z předchozích testů prováděných Ing. Přemyslem Veselým ve spolupráci s TU Zvolen. Otáčky, při kterých bude prováděno měření průběhu vibrací a hlučnosti budou voleny v rozsahu 2 000 až 5 000 (min-1). Při experimentu budou prováděny podélně tangenciální řezy měkké a tvrdé dřeviny.

- 11 -


4

Konstrukce pilového kotouče Pilový kotouč je kruh z ocelového plechu o malé tloušťce s vypáleným otvorem

uprostřed a zuby po obvodě. V dnešní době se používají pilové kotouče, které mají na zubech připájeny destičky ze slinutých karbidů. Tyto břity jsou širší, než je tloušťka pilového kotouče, proto není nutné u těchto kotoučů rozvádění zubů. Pilový kotouč je upnut na hřídeli vřetene pomocí dvou upínacích přírub, mezi které je pilový kotouč vložen. Pilový kotouč může být nasazen přímo na hřídeli elektromotoru nebo na samostatné hřídeli, která je poháněna elektromotorem pomocí klínových řemenů.

Obrázek č. 1.

Geometrie ostří pilového kotouče

- 12 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Kvalita a přesnost řezání se odvíjí od konstrukce stroje, tvaru a množství pilových zubů na kotouči, rychlosti posuvu na zub, velikosti kmitání pilového kotouče.

Obrázek č. 2.

Řezání pilovým kotoučem bez kmitání

Obrázek č. 3.

Řezání s kmitajícím pilovým kotoučem

- 13 -


Toto kmitání (vlnění) pilového kotouče se negativně projevuje na kvalitě řezání (obr. č. 3 a 4), na zvyšování otupení pilového kotouče, při velkém vlnění může dojít k takovému rozkmitu, při kterém může pilový kotouč narazit zuby do pracovního stolu a může dojít až k jeho roztržení . V neposlední řadě má vlnění vliv na vznik hluku kolem pilového kotouče při řezání. Zvuk je vytvářen chvěním zdroje vibrací, v našem případě pilovým kotoučem. Toto chvění je přenášeno na sousední molekuly vzduchu a projeví se jako intenzívní hluk. Tímto zdrojem vibrací je v našem případě pilový kotouč.

Na obrázku č. 3 je znázorněno řezání s vibracemi, kde tloušťka pilového zubu je b (nebo se značí také jako sr) a tloušťka řezné spáry je b + A , kde b je tloušťka pilového zubu a A je velikost vibrací znázorněná na obrázku č. 15.

Vliv konstrukce stroje , stavu stroje a přesnost upnutí bude v této práci pomíjena a budeme se dále soustřeďovat pouze na vliv pilového kotouče na chvění. Konstrukce jednotlivých typů a výrobců kotoučových pil je rozmanitá a každý výrobce používá jiná ložiska u hřídelí a při používání se kvalita a přesnost vedení těchto ložisek mění. Je tedy těžké polemizovat o vlivu stroje a kvality upnutí. Posuzování těchto vlivů není obsahem této práce.

Obrázek č. 4.

Vliv vibrací a nestability kotouče na rovinost řezné spáry

- 14 -


5

5.1

Analýza teorie kmitání a hlučnosti pilových kotoučů

Vznik a šíření kmitání pilových kotoučů Kmitání je děj opakující se v čase týkající se pohybu. V našem případě lze

kmitáním nazývat také vlnění pilového kotouče. Jedná se o mechanické kmitání, což je také mechanický pohyb hmotného bodu. Počet kmitů za časovou jednotku (obvykle jednu sekundu) je označován jako frekvence kmitání a jeho jednotkou je Hertz (Hz). Okamžitá poloha bodu nebo skupiny bodů při mechanickém kmitání, kterou zaujímá vzhledem k rovnovážné poloze, se označuje jako okamžitá výchylka. Okamžitá výchylka je hlavní veličinou, která se časem periodicky mění. Absolutní hodnota okamžité výchylky se nazývá velikost okamžité výchylky nebo také velikost vibrace. Nevyšší a nejnižší hodnota okamžité výchylky se nazývá amplituda kmitání. Při otáčení pilového kotouče kolem své osy dochází ke kmitání vlivem nerovnosti kotouče, nesouměrnosti obvodu kotouče vypálených zubů po obvodu kotouče a další faktory. Pilový kotouč je možné si z hlediska pružnosti představit jako mezikruhovou desku, která je na vnitřním průměru vetknutá a na vnějším průměru je připevněna hmota zubů. Pro provoz kotouče v určitých pracovních otáčkách má velký význam určení vlastních frekvencí disku kotouče, tzv. statické frekvence. Disk kotouče může mít neomezený počet vlastních statických frekvencí. Tvary kmitů se dají popsat uzlovými průměry, uzlovými kruhy, nebo kombinací obou (KOPECKÝ, 2007).

- 15 -


Obrázek č. 5.

Středové vibrace pilového kotouče (PONTON 2007)

Obrázek č. 6.

Tvary středově symetrických kmitů pilového kotouče (c = 1,1,2)

(ČERNOUŠEK, 1964) Disk, který se otáčí kolem své osy, kmitá ohybovými středově symetrickými kmity. Vznikají uzlové křivky, které vytvářejí soustředné kružnice. Počet těchto soustředných kruhů se označuje jako c (c může mít hodnotu 0, 1, 2, ….). Tyto kmity jsou znázorněny na obrázku č. 5 a 6. V reálném provozu dochází většinou pouze k prvnímu a druhému tvaru kmitu. Na prvním je pilový kotouč s c = 0 tedy bez uzlové - 16 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče křivky. Na druhém je c = 1 a na třetím c = 2, kde jsou znázorněny místy klidu tedy uzlové křivky.

Obrázek č. 7.

Kmitání středově nesymetrické bez uzlové kružnice (International

Journal of Solids and Structures 2004)

Obrázek č. 8.

Kmitání

středově

nesymetrické

s jednou

uzlovou

kružnicí

(International Journal of Solids and Structures 2004) V praxi se ovšem vyskytuje středově nesymetrické kmitání, u kterého se uzlové křivky c mění na tzv. uzlové průměry a jejich počet je označován číslem k. Toto nesymetrické kmitání způsobuje vyšší hlučnost a nestabilitu pilového kotouče. Dochází ke vzniku nadměrného vlnění kotouče a to může vést k jeho poškození nebo roztržení. Středově nesymetrické kmitání stojícího pilového kotouče si můžeme představit jako složení dvou běžících vln, které se po obvodu kotouče šíří proti sobě. Tyto vlny mají stejnou úhlovou rychlost rovnající se tzv. statické vlastní rezonanční frekvenci kmitání kotouče fst. Pilový kotouč v důsledku svého diskového tvaru může mít nekonečný počet vlastních statických frekvencí, které jsou charakterizovány určitými tvary kmitů (obr. č 9 a 10).

- 17 -


Obrázek č. 9.

Tvary kmitání pro uzlové průměry k = 0 až 3 (JAVOREK, 2006)

Obrázek č. 10. Tvary kmitání nasnímané laserovými snímači (Journal of Sound and Vibration (2002))

Každá frekvence pilového kotouče odpovídá specifickým vibracím, jejíž obrazec vytváří charakteristický tvar. Tyto obrazce (obrázek č. 11 a 12) vibrujících kotoučů jsou kombinací kruhového a uzlového průměru. Zaznamenání vibrací moderním způsobem je pomocí laserového snímače povrchu disku kotouče (obrázek č. 10).

- 18 -


Obrázek č. 11. Charakteristické tvary vibrujících pilových kotoučů (Sébastien Berger, Congrès Français de Mécanique 2001)

- 19 -


Obrázek č. 12. Grafické znázornění kmitání pilových kotoučů (Journal of Sound and Vibration 2000) - 20 -


Z teorie kmitání vyplývá, že v každém kotouči se šíří dvě vlny. Tyto vlny jsou tzv. protisměrné, to znamená že máme dopředu běžící vlnu a dozadu běžící vlnu. Frekvence dopředu běžící vlny

(1)

Frekvence dozadu běžící vlny

(2)

Pojmem kritické otáčky se označují rezonanční otáčky, při kterých kotouč dosahuje maximálních hodnot kmitání. Pokud dosáhne frekvence dozadu běžící vlny nuly při určitých otáčkách, které se nazývají právě kritické otáčky. Jedná se o otáčky, při kterých jen nepatrná boční síla způsobuje velké boční vychýlení pilového kotouče. Kritické otáčky neexistují při k = 0 a k = 1. Ve většině případů jsou kritické otáčky pro uzlové průměry k = 2 (Stachiev, 1989). Nejnižší kritické otáčky lze vypočítat podle následující rovnice (Nishio a Marui, 1996; Siklienka a Svoreň, 1997; Stachiev, 1989).

(3) Kde fn (0) funkce vlastní frekvence pilového kotouče v klidu s uzlovým průměrem k, získané z budícího impulsního testu. K nebo také λ je koeficient odstředivé síly. Je to bezrozměrná hodnota nezávislá na rychlosti otáčení. Teoretické a experimentální hodnoty K lze nalézt v některých literaturách jako např. (Nishio a Marui, 1996; Stachiev, 1989). Ve zmíněných literaturách je však nedostatek údajů hodnoty K parametru pro některé druhy složitějších a moderních pilových kotoučů. Je dobré zmínit, že ve zmiňované literatuře (Stachiev, 1989) jsou uvedeny fn (0) pro většinu

- 21 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče běžně používaných rozměrů a tvarů kotoučů používaných na konci dvacátého století. Tyto údaje jsou také součástí ruské normy. Z tohoto důvodu mohou být kritické otáčky u zmiňovaných kotoučů velice snadno stanoveny.

f st = κ k (α ) kde

s D2

⋅

E 1 ⋅ 3ρ 1 − ν 2

(4)

[ Hz ]

κk(α) … koeficient zohledňující poloměr upnutí, tvary kmitání a vnitřní

napětí v kotouči, který je závislý na tvaru desky kotouče, způsobu upnutí a tvaru chvění D … průměr kotouče E … modul pružnosti (pro ocel 2,1. 105 MPa) s … tloušťka desky kotouče ρ … hustota materiálu kotouče (pro ocel 7 800 kg.m-3) ν … Poissonova konstanta (ν = 0,3)

Statická rezonanční frekvence kmitajícího kotouče fst lze vyjádřit matematicky poměrně složitě. Její složitost spočívá na spoustě proměnlivých činitelů, které obsahuje. O stanovení této rovnice se pokoušela spousta autorů. Pro vlastní frekvenci byla stanovena rovnice ( 4 ) (JAVOREK 2006). Z rovnice ( 4 ) vyplývá, že vlastní frekvence stojícího pilového kotouče se úměrně zvyšuje s jeho tloušťkou a kvadraticky klesá s průměrem kotouče. Kromě toho jsou závislé na tuhosti disku pilového kotouče, hustotě materiálu a na množství a rozsahu narušení kotouče radiálními drážkami (KOPECKÝ, 2007).

Exaktní určování statických frekvencí vlastních kmitů kotoučů fst je možné provádět experimentálně měřící aparaturou sestavenou podle (Siklienka – Svoreň, 1997). Schéma měřící aparatury je znázorněno na obrázku č. 13.

- 22 -


1 – měnič kmitočtu FG 509, 2 – zesilovač QSA 260, 3 – osciloskop GoldStar S-9020P, 4 – elektromagnetický budič, 5 – indukční snímač kmitů, 6 – stojan, 7 – pilový kotouč, 8 – příruba, 9 –matice Obrázek č. 13. Schéma měřící aparatury pro zjišťování statických rezonančních kmitočtů pilových kotoučů

Vodorovně upnutý kotouč s definovaným průměrem přírub (1/3D) je nutné posypat jemnozrnným materiálem, např. krupicí a elektromagnetickým budičem jej rozkmitat. Tvar vlastního kmitání disku kotouče závisí na velikosti a frekvenci budící síly a vyjadřují ho tzv. chladného obrazce (obrázek č. 14). Při zvyšování kmitočtu elektromagnetického budiče, jemná krupice na disku kotouče při určité frekvenci vytvoří chladného obrazec. Místa, kde se krupice nahromadila, jsou místa klidu (uzlové průměry k = 1, 2, 3, …), ostatní místa při dané frekvenci intenzivně kmitají statickou rezonanční frekvencí vlastních kmitů fst (Kopecký, 2007).

- 23 -


Obrázek č. 14. Chladného obrazec (Peršín, 2006)

Nishio a Marui uvádějí (Javorek, 2006) pro nerotující a kmitající kotouč výraz pro průhyb v poloze dané poloměrem r, úhlem ϕ a počtem uzlových průměrů k výrazy:

w (r ,ϕ , t ) = +

kde

A1(r )  k⋅n k ⋅n    ⋅  − sin 2π  f st +  ⋅ t + sin 2π  f st −  ⋅ t + 2  60  60    

A2(r )      k ⋅n k ⋅n ⋅ cos 2π  f st +  ⋅ t + ϕ  + cos 2π  f st −  ⋅ t + ϕ  2  60  60     

w (r;ϕ;t) … průhyb pilového kotouče při kmitání, vyjádřené v polárním

souřadném systému (r, ϕ) v čase t A1,2(r) … funkce definující průhyb w na poloměru r fst … statická frekvence vlastních kmitů pilového kotouče k … počet uzlových průměrů

První člen rovnice vyjadřuje průhyb kotouče v důsledku šířící se vlny ve stejném směru jako je směr otáčení pilového kotouče – tuto vlnu označujeme jako dopředu postupující. Druhý člen vyjadřuje průhyb kotouče, který vyvolává dozadu postupující vlnu (Kopecký, 2007).

- 24 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Profesor strojní fakulty v Gdansk University of Technology, Polsko Kazimierz A. Orlowski tvrdí ve své práci (Identification of critical speeds of clamped circular saws / 2005 ), že dosavadní vědecké práce se soustředí především na teoretické stanovení kritických otáček pilového kotouče. Ačkoli tato teorie se zdá být dobře přijatelná vědeckou obcí, její praktické upotřebení je spíše omezené. Kromě toho, kritické rychlosti závisí na některých dalších faktorech jako jsou: − vnitřní pnutí a napínací úrovni (CHABRIER a Martin, 1999; Mote a Szymani, 1977; Lietal, 2000; Schajer, 1985; Siklienka a Svoreň, 1997; Stachiev 1989) − teplotní gradient (Mote a Szymani, 1977; Stachiev, 1989; Siklienka a Svoreň 1997) − design, tj. přítomnost porušení celistvosti (Nishio a Marui, 1996; Stachiev, 1989; Svoreň, 2004) Je důležité, aby uživatelé byli dobře obeznámeni s kritickými otáčkami, protože v případě, že použitá pracovní rychlost dosahuje kritického rozsahu otáček, tělo pilového kotouče ztrácí tuhost a odpor proti bočním silám a stává se nestabilní. Dále Orlowski potvrdil, že u některých kotoučů přípustné otáčky označené na nástroji výrobcem byly vyšší než vypočtené kritické otáčky těchto pilových kotoučů pily (Stachiev, 2004). Například, značka na kotouči ukazuje 1500 ot*min-1, kdežto výpočtová rychlost byla pouze 1173 ot*min-1! Jako výsledek je rozmezí mezi 1173 ot*min-1 a 1500 ot*min-1, kde se mohl stát snadno nestabilní (Stachiev, 2004). Alternativní způsob stanovení hodnoty kritických otáček je přes experimentální měření na daném pilovém kotouči.

- 25 -


Obrázek č. 15. Schéma vlnění pilového kotouče (STACHIEV, 1989) Na obrázku č. 15 je znázorněno odkud se berou hodnoty kmitání a tedy i tvar amplitudy kmitání. Hodnota A na tomto obrázku představuje velikost vibrací kotouče. Hodnota vibrací se vychyluje od klidové roviny do kladných i záporných hodnot.

Obrázek č. 16. Amplituda kmitání (STACHIEV, 1989) Velikost kmitání zaznamenané v čase je znázorněno na obrázku č. 16. Vibrace na tomto obrázku jsou souměrné, ale mohou být i nesouměrné a to má za následek prohýbání se pilového kotouče na jednu stranu (obrázek č. 17). Jednostranné vibrace (vychýlení kotouče na jednu stranu) je zřejmě podle dostupných informací zapříčiněno konstrukční vadou vzniklou při výrobě, nebo nerovnoměrným válcováním těla pilového kotouče. Tyto vady vzniklé při výrobě zapříčiňují nerovnoměrné zatížení kotouče na

- 26 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče jednu stranu a tím i jeho naklonění. Křivky zachycené na obrázku vycházejí z hraničních hodnot tedy z nejvyšší hodnoty v jednotlivých kmitech.

Obrázek č. 17. Objasnění jednostranného vychýlení při vlnění (STACHIEV, 1989)

- 27 -


5.2

Vliv konstrukce pilového kotouče na kmitání a hlučnost

5.2.1

Úprava pilových kotoučů předpětím Pro zklidnění pilového kotouče při otáčení kolem své osy se jako základní

úprava v dnešní době provádí tzv. úprava předpětí. Úpravou předpětí se vyrovnává pnutí v pilovém kotouči při práci a snižování pnutí vzniklého třecím teplem. Tato úprava se provádí dvěma možnými postupy. Starší metodou pomocí úderů kladivem. Novější metoda je pomocí válcování. Předpětí lze nesprávným používáním pilového kotouče také odstranit „zničit“ přehřátím pilového kotouče. 5.2.1.1

Úprava předpětí kladivem Pro ruční snižování pnutí v pilovém kotouči se používá kladivo s kulatou

ploškou a kovadlina. Kladivo se vede do úderu zlehka jen vlastní váhou kladiva. Údery by měly být od středu odstupňovány a také stejné na jedné i na druhé straně pilového kotouče. Tato metoda je však nepřesná a je u ní potřeba zkušeností a znalostí.

Obrázek č. 18. Ruční snižování pnutí v pilovém kotouči

- 28 -


5.2.1.2

Válcování Při otáčení pilového kotouče kolem své osy vznikají v kotouči odstředivé síly.

Válcování je nutné provádět pro snížení nepříznivých účinků vyvolaných vlivem výsledného napětí v tlaku v okrajové části pilového kotouče, které vzniká působením rozdílných teplot u pilového kotouče. Ve střední části pilového kotouče vzniká tlakové napětí a v okrajové části tangenciální napětí tahové. Vlivem odstředivých sil se v okrajových částích kotouče napětí v tahu ještě zvyšují. Tento efekt je výhodný proti účinkům tangenciálních (tlakových) napětí, vznikajících zahříváním pilového kotouče. Tato napětí dosahují maximálních hodnot ve věnci kotouče v okrajových částech a jsou jednak eliminována tahovým předpětím kotouče od stopy válcování, ale také otvory a dilatačními drážkami, viz. dále. Vliv teplotního spádu se zvyšuje se snižující se tloušťkou pilových kotoučů. Vlivem válcování je napětí rozloženo, jak je znázorněno na obrázku č. 19 (Grube, 1971).

Obrázek č. 19. Průběh tangenciálního napětí v kotouči po válcování na poloměr 0,8 R podle Grubeho (PROKEŠ 1982)

- 29 -


Obrázek č. 20. Schéma válcování pilového kotouče (STACHIEV, 1989)

- 30 -


5.2.2 Odhlučňovací drážky v těle pilového kotouče Odhlučňovací drážka (tabulka 1) v těle kotouče je moderní metoda snižování hluku u pilových kotoučů SK. Tyto drážky jsou do těla vypáleny laserem při výrobě. Úprava se provádí s cílem snížení hlučnosti kotouče. Odhlučňovací drážky se používají minimálně v počtu tři a více. Výrobci si postupem času vytvořili vlastní tvary těchto odhlučňovacích drážek. Většina firem (Freud, Pilana, Schmidt, Faba a jiné) to považuje za svoje „know-how“.

Tabulka 1

Tvary odhlučňovacích drážek v pilových kotoučích

a. firma Faba

b. firma Freud

c. firma Freud

d. firma Pilana

c. firma Schmidt

d. firma G.D.A.

- 31 -


5.2.3

Otvory v těle pilového kotouče Pro zvýšení tuhosti pilových kotoučů se jako jedna z možných metod používá

vypálení různých otvorů do těla pilového kotouče. Vypálené otvory snižují napětí v okrajové části kotouče, čímž se zvyšuje tuhost kotoučů. Snížením napětí v kotouči se kotouč zklidní a sníží se jeho vibrace. Snížením těchto vibrací dojde také ke snížení hlučnosti kotouče. Při pracovních otáčkách pilového kotouče dojde ke snížení hluku asi o 3 až 5 dB (PROKEŠ, 1985). Otvory se do těla pilového kotouče vypalují laserem přímo při výrobě tvaru těla kotouče. U těchto otvorů je důležitý nejen rozměr, ale také jejich tvar a umístění. Ukázky tvarů otvorů v pilových kotoučích jsou zobrazeny v tabulce 2, a to ve tvarech a až f. Tyto obrázky jsou z internetových stránek výrobců a také z jejich prospektů (Bosch, Dewalt, Pilana, Schmidt, Faba, Freud). Tabulka 2

Tvary otvorů v pilových kotoučích

a. otvory ve tvaru kapek

b. otvory ve tvaru kruhů

c. otvor složitějšího tvaru

d. otvory vzestupného tvaru

e. otvor ve tvaru šipky

f. otvor složitějšího tvaru

- 32 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Na obrázku č. 21 je znázorněno ovlivnění kmitání vlivem konstrukčních opatření vyplývající z výzkumu prováděného v Rusku panem J. M. Stachievem. Z tohoto výzkumu vyplývá, že na velikost vibrací má vliv nejenom tvar otvoru, počet otvorů, ale také jeho úhel. Úhlem je v tomto případě myšlen odklon osy tvaru otvoru od osy pilového kotouče. V tomto výzkumu se používaly kotouče s počtem 4 otvorů v kotouči. Z výzkumu vyplývá, že čím je tento úhel větší, tím nižší jsou vibrace pilového kotouče. Tento výzkum byl prováděn u otvorů s nulovým úhlem odklonu 35°, 45°, 55°. Dále z tohoto výzkumu vyplynul vliv počtu otvorů. Nejklidnějším v tomto výzkumu byl pilový kotouč s odklonem otvorů o 55° od osy pilového kotouče a s počtem 8 otvorů.

Na obrázku č. 21 jsou pilové kotouče: a.- bez drážek b., c.- s vnějšími a vnitřními osovými otvory d., e., f., g. - s vnitřními šikmými drážkami pod úhlem 35 až 55° h., i., j. – s kruhovými drážkami ve vnitřním, středním a vnějším obvodu

- 33 -


Obrázek č. 21. Ovlivnění kmitání vlivem konstrukčních opatření podle výzkumu prováděného v Rusku (STACHIEV, 1989)

- 34 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče 5.2.4

Radiální obvodové drážky Do těla pilového kotouče se vypálí obvodová radiální drážka od okrajové části

směrem ke středu. Tyto drážky jsou do těla vypáleny laserem při výrobě. Úprava se provádí s cílem snížení tangenciálních napětí v důsledku zvyšující se teploty kotouče. Nedochází k nadměrnému vlnění věnce kotouče a snižují se tím vibrace, kroucení a tím i hlučnost. Radiální drážky (minimálně tři a více radiálních drážek) se používají u pilových kotoučů se slinutými karbidy. Hloubka těchto drážek je většinou 0,1 D kotouče. Tyto drážky přerušují okrajovou část kotouče a dále eliminují napětí vznikající v okrajových částech kotouče (PROKEŠ 1982). Radiální obvodové drážky snižují házivost pilového kotouče přibližně o 30 % při délce zářezu 60 mm a průměru kotouče 400 mm (PROKEŠ 1982).

Obrázek č. 22. Foto radiální obvodové drážky

5.2.5 Měděné nýty Měděný nýt, který se umísťuje na konec vypálené drážky má vliv na snížení vibrací. Měděný nýt má jinou roztažnost a jiné mechanické vlastnosti a tím dochází ke snížení vibrací pilových kotoučů. Měděné nýty na konci dilatačních drážek snižují vibrace, ale snižují také schopnost dilatačních drážek snižovat hlučnost. Velkou výhodou nýtů je vliv na zvýšení kritických otáček. Toto vyplývá z vědecké studie (Svoreň – Javorek, 2007).

- 35 -


Obrázek č. 23. Foto měděného nýtu

5.2.6 Lepené desky a fólie na tělo pilového kotouče Lepené desky na tělo pilového kotouče se skládají ze dvou vrstev. Vnitřní vrstva je z korku, na kterém je ještě nalepený ocelový plech. Nalepené tlumící desky mají tloušťku asi 2,2 mm až 3 mm.

1- Tělo pilového kotouče 2- Korková deska 3- Ocelový plech 4- Upínací příruba

Obrázek č. 24. Pilový kotouč s jednostranně nalepenou tlumící deskou Takto upravený pilový kotouč má sníženou hladinu hluku až o 10 dB při chodu na prázdno. Při řezání je toto snížení hlučnosti 6 až 8 dB. Tlakem upínací příruby by mohlo dojít k uvolnění lepidla a k odklonu tlumící desky. Proto se používá tlumící - 36 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče deska ve tvaru mezikruží až nad upínací přírubou. Pro lepení se používá dvousložkové epoxidové lepidlo (PROKEŠ 1982).

Obrázek č. 25. Vliv úprav nalepení na hlučnost (PROKEŠ 1982) 1- Pilový kotouč bez úprav 2- Pilový kotouč s hliníkovou folií 3- Pilový kotouč s tlumící deskou (korek přelepený ocelovým plechem)

Kromě jednostranné tlumící desky je možné používat nalepení kovových fólií. Tyto kovové fólie jsou tlusté 0,1 mm. Fólie jsou nalepeny také epoxidovým lepidlem asi o 15 mm níž pod patu pilového zubu. Kotoučem s nalepenými foliemi se dosáhne snížení hladiny hluku při řezání asi o 2 až 6 dB a při chodu naprázdno asi o 8 dB. Pískání kotoučů se tímto opatřením také snižuje (PROKEŠ 1982). Při používání nalepování je nutné zvětšit šířku břitu o tloušťku fólie nebo o tloušťku tlumící desky. Touto úpravou se zvětší šířka řezné spáry a tím i odpor materiálu vůči nástroji. Dalším negativem zvětšení šířky spáry je zvýšení prořezu a tím i zvýšení ztrát při řezání.

- 37 -


5.2.7 Plastické povlaky na těle pilového kotouče Někteří výrobci nástrojů používají při výrobě pilových kotoučů jako finální úpravu nanesení plastického povlaku. Tento plastický povlak v tloušťce asi kolem 0,02 mm až 0,2 mm slouží ke snížení přilnavosti nečistot na tělo kotouče. Další z pozitivních vlastností těchto povlaků je snížení hladiny hluku. Při chodu naprázdno je toto snížení asi o 15 dB a při řezu až o 7 dB.

Obrázek č. 26. Vliv použití plastického povlaku u pískajícího kotouče na hladinu hluku při chodu naprázdno (PROKEŠ 1982) Kde: 1- původní stav 2- s povlakem 0,15 mm – 0,2 mm

- 38 -


5.2.8 Zmenšení tloušťky pilového kotouče Zmenšením tloušťky pilového kotouče o 2 mm se sníží hlučnost pilového kotouče při řezání naprázdno až o 10 až 14 dB. Při řezání v záběru je toto snížení asi 3 až 4 dB. Toto snížení tloušťky má však za následek snížení stability kotouče. Vliv snížení tloušťky na stabilitu kotouče je znázorněn na obrázku č. 26, kde je graf vlivu snížení tloušťky na kritické otáčky. Z grafu vyplývá, že se snižující tloušťkou se snižují i kritické otáčky. Na obrázku č. 28 je znázorněn vliv tloušťky kotouče na vibrace kotouče. Na grafu jsou znázorněny tři křivky o třech posuvných rychlostech posuvu. Z grafu vyplývá, že se snižující se tloušťkou se zvyšuje velikost vibrací pilového kotouče.

Obrázek č. 27. Závislost tloušťky kotouče a kritických otáček (PROKEŠ 1982)

- 39 -


Obrázek č. 28. Vliv tloušťky pilového kotouče a rychlosti posuvu na házivost kotouče (PROKEŠ 1982)

- 40 -


5.2.9 Snížení počtu otáček Při snížení počtu otáček se sníží také hlučnost kotouče. Toto snížení je však proměnlivé a je ovlivněno použitým kotoučem. Všeobecně se dá ale říct, že pokud se sníží otáčky o 5 – 10 % , dojde ke snížení hluku až o 10 dB. Negativním jevem při snížení otáček je však zvýšení házivosti kotouče. Tato závislost je znázorněna na obrázku č. 29.

Obrázek č. 29. Závislost počtu otáček na házivosti pilového kotouče (PROKEŠ 1982)

- 41 -


Obrázek č. 30. Vliv počtu otáček a průměru pilového kotouče na hlučnost (KOTĚŠOVEC 1992)

- 42 -


5.2.10 Zmenšení průměru pilového kotouče Zmenšením průměru pilového kotouče z 600 mm na 400 mm se sníží hlučnost asi o 7 dB a to při stejném počtu otáček. Snížením průměru pilového kotouče stoupnou hodnoty kritických otáček. Závislost mezi průměrem kotouče a hodnotou kritických otáček je znázorněna na obrázku č. 31.

Obrázek č. 31. Závislost kritických otáček na průměru pilového kotouče (PROKEŠ 1982)

- 43 -


5.2.11 Přídavné disky (zvětšení průměru příruby) Přídavné disky (obrázek č. 33 a 34) jsou disky pro zvětšení průměru příruby. Tyto přídavné disky stabilizují otáčející se kotouč a tím i hlučnost kotouče. Čím větší je upínací plocha, tím klidnější a stabilnější jsou pak pilové kotouče. Průměr přídavného disku je však omezen maximální výškou prořezu. Musí být tedy proveden kompromis.

Doporučení průměr přírub se určuje podle vztahu:

d p = (0,25 − 0,3) D kde D je průměr pilového kotouče dp je průměr příruby. Vliv průměru příruby je znázorněn na obrázku č. 28. Z tohoto grafu vyplývá závislost zvyšujících se kritických otáček se zvětšující se velikostí průměru příruby.

Obrázek č. 32. Vliv průměru příruby na kritické otáčky (PROKEŠ 1982)

- 44 -


Obrázek č. 33. Přídavný disk

Obrázek č. 34. Použití přídavného diku

Obrázek č. 35. Řez pilovým kotoučem s přídavnými disky k pilovému kotouči

- 45 -


Obrázek č. 36. Přídavné příruby s korkovou vložkou

Přídavné příruby s přídavnou korkovou vložkou (obrázek č. 36) pro zvětšení stability pilového kotouče při řezání. Korková vložka zde působí jako tlumící prvek.

- 46 -


5.2.12 Vliv rovinosti pilového kotouče Rovinost pilového kotouče má velký vliv na jeho stabilitu a velikost kmitání. Z výsledků (SIKLIENKA – SVOŘEŇ, 1997) vyplývá, že zvyšující se nerovnost pilového kotouče má negativní vliv na stabilitu při nižších vlastních frekvencích pilového kotouče. Pilový kotouč tedy ztrácí stabilitu při nižších otáčkách. Se zvyšující se rychlostí otáček se kotouč zklidňuje a stabilizuje v řezu. Problematice rovnosti pilového kotouče je důležité věnovat pozornost nejen při výrobě, ale také při údržbě a používání.

Obrázek č. 37. Vliv rovinosti pilového kotouče na frekvenci kmitání pilového kotouče (SIKLIENKA – SVOREŇ, 1997)

- 47 -


5.3

Účinky vibrací a hluku na člověka

5.3.1 Vibrace a jejich účinky na člověka Vibracemi se rozumí kmitavé (tedy periodické) působení těles. Hluk a chvění spolu úzce souvisí. Vibrace člověk vnímá pomocí centrální nervové soustavy a ty jsou pak přenášeny do mozku, kde je člověk vnímá jako subjektivní vjem. Vibrace o nižších kmitočtech jsou vnímány také receptory ve šlachách, kloubech a svalech lidského těla. Vyšší vibrace jsou vnímány i pomocí měkkých tkání a kůží. Vibrace u člověka ovlivňují jeho psychiku, ale také jeho fyziologický stav.

Podle zasažených částí lidského těla je možné rozdělit účinky vibrací na:

- vibrace působící na ruce vyvolávají poškození měkkých částí, které se vlivem vibrací rozkmitají a jsou tím poškozovány. Nejvíce jsou pak tímto poškozovány nervy, cévy a svalově kloubní aparát. Často dochází k takzvanému bělání prstů, které je zapříčiněno nedostatečným prokrvováním a tím také dochází k znecitlivění postižených částí a možnosti vzniku úrazu.

- vibrace zasahující hlavu, při nich dochází k projevům účinků ve ztrátě rovnováhy, snížení zrakové ostrosti, obtíže při soustředění, kinetóza (je to stav organizmu vzniklý působením vysokých rychlostí), vazoneuróza (je to onemocnění hybného a cévního aparátu vyplývající z poruchy činnosti nervové soustavy).

- vibrace zasahující trup a páteř vznikají v důsledku rezonančního kmitání dutiny hrudní, hrozí akutní poškození organismu, zejména střev, žaludku a vnitřních orgánů. Často vznikají i potíže s dýcháním.

- 48 -


5.3.2

Zvuk a jeho vznik Zvuk je podélné mechanické vlnění, je vytvářen chvěním zdroje vibrací. Toto

chvění je přenášeno na sousední molekuly vzduchu. Přitom vznikají zhuštěné a zředěné oblasti vzduchu, které se od zdroje šíří jako zvuková vlna. Počet těchto kmitů za sekundu se označuje jako frekvence tónu. Jeho frekvence je v rozmezí asi 20 Hz – 20 kHz. Mechanické vlnění s frekvencí f < 20 Hz ⇒ INFRAZVUK, s frekvencí f > 20 kHz ⇒ ULTRAZVUK. Vzdálenost dvou nejbližších bodů, které kmitají ve stejné fázi, je vlnová délka. Jednotkou frekvence je jeden Hertz (Hz). Více tónu dohromady označujeme jako zvuk. Zvuk se šíří v prostředí plynném, kapalném i pevném, ale musí toto prostředí být pro zvuk vodivé. Ve vzduchu se zvuk šíří prostorově všemi směry. Při šíření zvukového vlnění vznikají oblasti se zhuštěním a se zředěním, které znamenají změnu tlaku vzduchu. Akustický tlak je potom hodnota těchto změn vztažená k barometrickému tlaku.

Hladina akustického tlaku (dB)

B = 2 ⋅ log

p p0

kde p je akustický tlak p0 = 2.10–5 Pa – nejnižší hodnota akustického tlaku působícího na ušní bubínek

- 49 -


5.3.3 Účinky hluku na člověka Účinky hluku na člověka závisí na jeho individuálním fyzickém a psychickém aktuálním stavu. Hluk má především vliv na sluchový orgán, na nervovou soustavu a psychiku člověka. Působení hladin hluku: − větší jak 30 dB negativně působí na nervovou soustavu − více jak 35 dB během spánku negativně působí na psychický stav člověka a jeho náladovost − nad 45 dB dochází k poruchám během spánku a ke zdravotním problémům spojených s nimi − hluk vyšší jak 55 dB negativně ovlivňuje vegetativní systém. Některé zdroje uvádějí, že u jedinců s kardiovaskulárními nemocemi může dojít k zhoršení jejich stavu a v krajním případě až k ohrožení jejich života (zvýšení krevního tlaku a pulsu, snížení pohyblivosti a žaludečního svalu a tím trávící problémy, zvýšení svalového napětí v těle atd.). − více než 75 dB škodí zdraví člověka − nad 100 dB je hluk vnímán jako bolest − nad 140 dB dochází při jednorázovém působení i k sluchovému poškození, protržení bubínku a k nevratnému poškození převodních kůstek. Může dojít až k poškození nervových drah v mozku vlivem hluku. − nad 150 dB dochází k vibracím v dutině hrudní − nad 160 dB dochází k trhání plicní alveoly Tabulka 3

Hladiny zvuků působících na člověka v jeho okolí

Hladina [dB]

Zvuk

0

Spodní hranice citlivosti lidského ucha

20

Tichá zahrada

50

Hlasitá řeč

90

Rušná ulice

120

Hrom, přeletující letadla

130

Práh bolestivosti - 50 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Tabulka 4

Rozsah hladiny akustického tlaku působícího na člověka

Hladina [dB]

Zvuk

0

Práh slyšení, pro čistý tón f=1kHz

10

Šum listí ve slabém vánku

15

Les

20

Ložnice, klidná zahrada

30

Šepot, velmi tichá ulice

40

Tlumený hovor, knihovna

45

Obývací pokoj

50

Pouliční hluk

55

TV běžné hlasitosti

60

Zábava skupiny lidí, hlasitý hovor

65

Kancelář, kvákání žáby

70

Hlučná hospoda, rušná ulice, klapání psacího stroje, strojovna

80

Křik, velmi silná reprodukovaná hudba

85

Střední silniční provoz, kohoutí kokrhání

90

Nákladní doprava, vlak

110

Hlasitá hudba, diskotéka

130

Start tryskového letadla ve vzdálenosti 100m Práh bolesti

140 170

Žádné nebo minimální rušení 30-40 slabé rušení Silné rušení a snížení psychické výkonnosti

Porucha sluchu při dlouhodobém vystavení

Porucha sluchu při krátkodobém Tryskový motor ve vzdálenosti 25m zatížení Petardy

V tabulce 3 a 4 je uveden rozsah hladin akustického tlaku působícího na člověka z okolního prostředí. Tento rozsah je od prahu slyšitelnosti až po poruchu sluchu nad práh bolesti. Hladiny akustického tlaku a k němu příslušný akustický tlak působící na ušní bubínek jsou uvedeny v tabulce 5. Závislost hladiny akustického tlaku a frekvence hluku je znázorněna na obrázku č. 38. Z tohoto obrázku vyplývá, že se zvyšující se frekvencí klesá hladina akustického tlaku. - 51 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Tabulka 5

Hladiny různých zvuků Hladina akustického Intenzita zvuku Akustický tlak tlaku [J/m2s] [N/m2] [dB]

Zvuk Spodní hranice citlivosti lidského ucha

0

10-12

0,000 02

Šepot, šelest listí

10

10-11

0,000 065

20

-10

0,000 2

10

-9

0,000 65

10

-8

0,002

10

-7

0,006 5

10

-6

0,02

-5

0,064 5

Tichá zahrada Housle hrající pianissimo

10

30

Kroky, tichá hudba

40

Hluk v kavárně

50

Rozhovor, hluk v obchodě

60

Hlasitá řeč, hluk automobilu

50

10

Kancelář s mechanickými psacími stroji

80

10-4

0,204

Rušná ulice, automobilový klakson

90

10-3

0,645

Fortissimo orchestru, siréna

100

10

-2

2,04

-1

6,45

Sbíječka

110

10

Tryskový motor, hrom

120

1

20,4

Práh bolesti

130

10

64,5

140

[Ph] 120

práh bolestivosti hladina akustického tlaku [dB]

120

100

100

80

80

60

60

40

40 20

20 práh slyšitelnosti

0

0 10

100

frekvence [Hz] 1000

Obrázek č. 38. Křivky hladiny hlasitosti - 52 -

10000

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Hluk působící na lidský organizmus může člověku způsobit : − problémy se spánkem − neurózu − problémy s odpočinkem − poruchu komunikačních schopností, poruchu řeči − nesoustředěnost, nervozitu a pesimizmus Aktivní (nárazové) účinky hluku na zdraví: − zvýšení krevního tlaku (infarkt myokardu, žaludeční vředy, žlučové kameny, mozková mrtvice, cukrovka, zhoršení zraku až slepota) − zrychlený puls − stahování periferních cév − ztráta magnézia z těla − zhoršení duševního zdraví − zvýšení adrenalinu − snížení pozornosti − snížení koordinace a soustředění − zhoršování paměti − negativní emocionální reakce − vliv na psychiku (únava, deprese, rozmrzelost, agresivita) Chronické poruchy vlivem (dlouhodobého) hluku: − zvyšování hladiny cholesterolu − vznik hypertenze − poškození srdce − infarkt myokardu − katar horních cest dýchacích − zvýšení náchylnosti na infekční onemocnění − oslabení imunitního a hormonálního systému − ovlivnění placenty vývoje plodu u těhotných žen

- 53 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Povolené hladiny hluku řeší v současné době vládní nařízení číslo 148/2006 Sb., které se zabývá „ Akustikou - hluk v pracovním prostředí“. Z tohoto vládního nařízení vyplývá povinnost dodržovat stanovenou hladinu hluku u pil tohoto typu 85 dB.

Při překročení hladiny akustického tlaku do 10 dB je doporučeno používat na ochranu sluchu před poškozením zátkové chrániče vkládané do zvukovodu. Při expozici hluku nad 95 dB se doporučují sluchátkové chrániče.

Podle odborníků ze Zdravotního ústavu se sídlem v Brně hladina hluku přesahující 50 dB lidi obtěžuje, vede k rozmrzelosti a neurotickým potížím. Když dosahuje 55 a více dB, působí rušivě, může už i snižovat výkon a zvyšovat chybovost. Dlouhotrvající hluk nad 80 dB může natrvalo poškodit bubínek vnitřního ucha. To se týká zejména vyznavačů diskoték, sportovního motorizmu, střelců a pracovníků v hlučném prostředí. Částečná hluchota se vztahuje nejen na sílu zvuku, ale i na frekvenci (výšku). Proto mnozí lidé zpočátku začínají špatně rozlišovat sykavky a vysoké tóny (ŽIDKOVÁ, 2005).

- 54 -


6

Zkušební zařízení a použité pilové kotouče

6.1 Zkušební STEND Zkušební stend, na kterém bylo prováděno měření je majetkem Mendelovy univerzity a je využíván nejen k výzkumným pracím, ale také k výuce. Tento zkušební stend (obr. č.39 a 40) je zařízení, na kterém lze simulovat řezání na kotoučové pile, které se co nejvěrohodněji podobá skutečným podmínkám v běžných provozech.

V místnosti, kde je zkušební stend umístěn, není provedeno žádné odhlučnění ani jiné úpravy, které by mohly zkreslovat měřené hodnoty. V této místnosti je umístěno také odsávací zařízení, jehož hluk by mohl ovlivňovat naměřené výsledky. Měřením bylo prokázáno, že není nutné provádět korekce na hluk pozadí, protože hladiny hluku při chodu naprázdno bez pilového kotouče činila 77 dB, při chodu s pilovým kotoučem 88 dB a tedy rozdíl činí 11 dB. Pouze pokud je rozdíl hladin akustického tlaku zdroje a pozadí nižší než 10 dB, je nutné provést korekci k získání akustického tlaku měřeného zdroje.

Na tomto zařízení lze plynule měnit otáčky pilového kotouče a současně také nastavovat mechanický posuv upnutého materiálu do řezu. Hřídel, na níž je upnut pilový kotouč, je poháněný motorem dynamometru, u kterého jsou otáčky plynule měněny Leonardovým soustrojím v rozsahu n = 0 až 12 000 otáček za minutu. Tento rozsah bohatě dostačuje, protože při experimentu byly používány otáčky maximálně do 5000 otáček za minutu. Materiál je upínán na pohyblivém vozíku, který je do řezu veden mechanicky pomocí kuličkového šroubu. Tento šroub je poháněn asynchronním elektromotorem přes frekvenční měnič, čímž je možné regulovat posuv materiálu do řezu. Rychlost posuvu lze měnit v rozsahu v = 3 až 22 m.min-1.

- 55 -


Obrázek č. 39. Měřící Stend

Obrázek č. 40. Schéma zkušebního stendu (KOPECKÝ, 2009) - 56 -


6.2

Měření hluku K měření hluku je použit měřič hluku Chauvin Arnoux C.A 834 (obrázek č. 41)

s připojením k počítači pro zpracování a ukládání dat s přesností měření ± 1,5 %. Hlukoměr je umístěn ve stejné místnosti jako měřící stend ve vzdálenosti 1,5 m od pilového kotouče a ve výšce 1,5 m.

Obrázek č. 41. Hlukoměr Chauvin Arnoux C.A 834

Obrázek č. 42. Umístění hlukoměru ve zkušební místnosti - 57 -


6.3 Měřič vibrací Na měření vibrací u pilového kotouče byl použit snímač EPRO PR 6423/000-001 (obrázek č. 43). Tento snímač pracuje na principu vířivých proudů. Signály ze snímače jsou zpracovány v měřící ústředně Spider 8 a dále jsou transferovány do PC. V PC jsou uloženy ve formě datového souboru a současně jsou znázorněny ve formě grafu v programovém prostředí Conmes Spider. Z programu Conmes Spider lze hodnoty exportovat do programu MS Excel a dále je zpracovávat a vyhodnocovat (KOPECKÝ, 2007). Snímač vibrací byl při měření umístěn ve vzdálenosti 145 mm od středu kotouče.

Obrázek č. 43. Snímač vibrací EPRO PR 6423/000-001

- 58 -


6.4 Zkoumané pilové kotouče K měření byly použity tři druhy pilových kotoučů označené K8, K9 a K10. Jedná se o prototypové kotouče, které byly v rámci testování vyrobeny firmou Pilana a Stelit. Všechny tři kotouče mají stejnou geometrii zubu. Mají stejný úhel hřbetu, břitu i čela. Výšku zubů mají 15 mm. Rádius zakončení zubu je 3 mm. Všechny tři kotouče mají stejný průměr 350 mm. Mají také stejný průměr otvoru pro upnutí na hřídel 30 mm. Na zubech jsou naletovány SK plátky.

Tabulka 6

Parametry pilových kotoučů

Pilana 350 Pilana 350 Stelit 350 - různá prototyp prototyp rozteč zubů Parametry pil. kotoučů bez drážek s drážkami (K10) (K9) (K8) Průměr pil. kotouče D (mm) 350 350 350 Počet zubů z 36 36 36 Průměr upínací díry d (mm) 30 30 30 Tloušťka těla kotouče s (mm) 2,4 2,4 2,4 Šířka zubu sr (mm) 4,45 4,45 4,45 Výška zubu h (mm) 15 15 15 Rozteč zubu t (mm) 30,528 30,528 Různá/zrcadlová Radiální kompenzační drážky ne ano ano Odhlučňovací drážky ne ano ano Kompenzační válcování 0,66 R 0,66 R 0,66 R 15 15 15 Úhel hřbetu α (°) 65 65 65 Úhel břitu β (°) 10 10 10 Úhel čela γ (°) 10 10 10 Úhel zešikmení zubu ξ (°)

- 59 -


Obrázek č. 44. Geometrie pilových zubů u použitých pilových kotoučů V tabulce 7 jsou rezonanční, kritické, doporučené a optimální otáčky vztaženy k jednotlivým uzlovým průměrům.

Jsou to hodnoty, které byly stanoveny

z předchozích testů prováděných Ing. Přemyslem Veselým. Z těchto hodnot vychází zvolené otáčky pro tuto diplomovou práci.

Tabulka 7 Typ kotouče

Uzlové

Otáčky pilových kotoučů První

průměry rezonanční rezonanční K

otáčky

otáčky

nr1

nr2

-1

K8

K9

K10

Druhé

-1

Kritické

Doporučené

Optimální

otáčky

otáčky

otáčky

(60% z nk)

nd

nk -1

(min )

(min )

(min )

1

3801

2252

-

2

2973

2085

5807

3

3036

2347

4398

1

3479

2111

-

2

3206

2223

6713

3

3762

2881

5600

1

4414

2416

-

2

4075

2743

11007

3

4912

3721

7557

- 60 -

nopt. -1

(min )

(min-1)

2639

2203

3360

2519

4534

3183


6.4.1

Pilový kotouč K8 s protihlukovými drážkami a s nepravidelnou roztečí zubů od firmy STELIT

Obrázek č. 45. Pilový kotouč K8 s protihlukovými drážkami a s nepravidelnou roztečí zubů

Obrázek č. 46. Fotografie pilového kotouče s nepravidelnou roztečí zubů

- 61 -

K8 s protihlukovými drážkami a


Obrázek č. 47. Rozmístění a tvar zubů u pilového kotouče K 8

Tento kotouč má nepravidelnou rozteč zubů. Velikost jednotlivých roztečí a jejich umístění po obvodu pilového kotouče jsou znázorněny na obrázku č. 47. Skutečný vzhled je zachycen na obrázku č. 46. Na kotouči je provedena úprava pnutí válcováním. V těle kotouče jsou vypáleny protihlukové drážky, které jsou zakončeny otvory o průměru 6 mm. V 60° rozestupech jsou v těle pilového kotouče dále vypáleny radiální drážky pro kompenzaci tangenciálního napětí, které jsou taktéž zakončeny otvorem o průměru 6 mm.

- 62 -


6.4.2

Pilový kotouč K 9 s protihlukovými drážkami a s pravidelnou roztečí zubů od firmy PILANA

Obrázek č. 48. Pilový kotouč K 9 s protihlukovými drážkami a s pravidelnou roztečí zubů

Obrázek č. 49. Fotografie pilového kotouče K 9 s protihlukovými drážkami a s pravidelnou roztečí zubů

- 63 -


Obrázek č. 50. Rozmístění a tvar zubů u pilového kotouče K 9 Tento pilový kotouč má pravidelnou rozteč zubu 10° . Na kotouči je provedena úprava pnutí válcováním. V těle kotouče jsou vypáleny protihlukové drážky, které jsou zakončeny otvory o průměru 6 mm. V 60° rozestupech jsou v těle pilového kotouče dále vypáleny radiální drážky pro odvod tepla, které jsou taktéž zakončeny otvorem o průměru 6 mm.

- 64 -


6.4.3 Pilový kotouč K10 bez protihlukových úprav od firmy PILANA

Obrázek č. 51. Pilový kotouč K10 bez protihlukových úprav

Obrázek č. 52. Fotografie pilového kotouče K10 bez protihlukových úprav

- 65 -


Obrázek č. 53. Rozmístění a tvar zubů u pilového kotouče K 10

Tento pilový kotouč má pouze jednu konstrukční úpravu válcování. Zuby jsou u tohoto pilového kotouče umístěny souměrně.

- 66 -


7

Výsledky měření vibrací a hlučnosti zkoušených pilových kotoučů

7.1 Stanovení řezných podmínek Důležitým krokem experimentální části práce bylo stanovení řezných podmínek, které by zahrnovaly stabilní i nestabilní stavy zkoušených pilových kotoučů. Vycházelo se přitom z již dříve zjištěných rezonančních a kritických otáček zkoušených kotoučů ve spolupráci s TU Zvolen (viz. tabulka 7) a z vlastního měření vibrací v závislosti na otáčkách pilových kotoučů (graf 4 až 6). Posuvné rychlosti obrobku byly navrženy tak, aby byla dodržena stejná hodnota střední tloušťky třísky 0,05 mm. Je to jeden z rozhodujících činitelů pro vzájemné porovnávání výsledků.

Tabulka 8 K8 K9 K 10

Otáčky při řezání

otáčky (min-1) posuv (m*min-1) otáčky (min-1) posuv (m*min-1) otáčky (min-1) posuv (m*min-1)

2700 8,3 3300 10 3200 9,7

3000 9,1 3700 11,5 3600 11,1

- 67 -

3800 11,8 4200 13 4200 13

4200 13 -


7.2 Vibrace pilových kotoučů na jednu otáčku Vibrace (statická házivost) pilových kotoučů na jednu otáčku byly měřeny při otáčkách 200 min-1 a vzorkovací frekvenci 9 600 Hz.

Graf 1.

Vibrace pilového kotouče K 8 na jednu otáčku

V grafu 1 je znázorněný průběh statické házivosti kotouče K 8 na jednu otáčku. Z tohoto průběhu je patrné vychýlení kotouče na jednu stranu. Zelenou čárou je znázorněn střed kotouče a je patrné vychýlení do dolní části grafu, tedy kotouč je prohnutý více směrem ke snímači. Maximální amplituda statické házivosti kotouče činila 0,257 mm. Maximální a minimální hodnota je v grafu znázorněna. Z grafu 1 je rovněž patrný vliv šesti dilatačních drážek ve věnci kotouče. Každá drážka se v grafu projevila jako skoková a rozkmitaná změna měřeného signálu.

Graf 2.


- 68 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Na grafu 2 je znázorněný průběh statické házivosti kotouče K 9 na jednu otáčku. Amplituda statické házivosti kotouče při měření na jednu otáčku činila 0,172 mm. Maximální a minimální hodnota je v grafu znázorněna. Z grafu 2 je rovněž patrný vliv šesti dilatačních drážek ve věnci kotouče.

Graf 3.


Na grafu 3 je znázorněný průběh amplitudy statické házivosti kotouče K 10 na jednu otáčku. Velikost statické házivosti kotouče při měření na jednu otáčky činila 0,103 mm. Maximální a minimální hodnota je v grafu znázorněna. Na křivce nejsou patrné rozkmity tak jako na předchozích grafech 1 a 2. Je to z důvodu nepřítomnosti narušení pilového kotouče odhlučňovacími drážkami.

- 69 -


7.3 Průběh vibrací při běhu pilového kotouče naprázdno Průběh vibrací pilového kotouče je měřený při rychlosti otáčení 2000 až 4500 m*min-1 a vzorkovací frekvenci 300 Hz.

Graf 4.

Průběh vibrací pilového kotouče K 8

Z grafu 4 průběhu vibrací K 8 je patrné pozvolné snižování vibrací z 0,176 mm při otáčkách 2 000 min-1 až na 0,115 mm při otáčkách 3 400 min-1. Následuje zneklidnění chodu kotouče až na 0,201mm. Z grafu je dále patrný posun osy vibrací. Kotouč se deformuje na jednu stanu.

Graf 5.


- 70 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče Z grafu 5 průběhu vibrací K 9 je patrný klidný chod kotouče v rozsahu otáček 2000 až 2 800 min-1. Při těchto otáčkách kmitá kotouč 0,101 mm. V okolí otáček 3 000 min-1 došlo ke zklidnění kotouče až na 0,06 mm. Poté následuje kmitání v rozsahu kolem 0,105 mm. V okolí otáček 3 450 min-1 se kotouč rozkmital až na 0,316 mm, po té následuje zklidnění na 0,107 mm.

Graf 6.


Z grafu 6 průběhu vibrací K 10 je patrný chod kotouče v rozsahu otáček 2000 až 2 800 min-1 , při kterých kmitá kotouč okolo 0,1 mm. Při otáčkách 3 000 min-1 dochází k nárůstu vibrací až na 0,19 mm. Při otáčkách 3 050 min-1 dochází k poklesu vibrací až na 0,03 mm. Při otáčkách 3 600 min-1 dochází k nárůstu vibrací až na 0,123 mm. Následně dochází k postupnému zklidňování kotouče až do otáček 4 300 min-1 , kde hodnota vibrací je 0,035 mm.

- 71 -


7.4 Hlučnost pilových kotoučů při běhu naprázdno

Graf 7.

Průběh hladiny akustického tlaku při zvyšování otáček kotouče

Na grafu 7 je znázorněn průběh hladiny akustického tlaku při zvyšování otáček pilového kotouče v rozsahu od 2 000 do 5 000 min-1. Pilový kotouč K 8 měl nejnižší hladinu hluku ze třech měřených kotoučů. Až do otáček 4 200 min-1 se hladina hluku nedostala nad 95 dB. Při zvýšení otáček až na 5 000 min-1 se hladina hluku nedostala nad hodnotu 100 dB. Nejvyšší hladinu akustického tlaku při měření chodu naprázdno měl kotouč K 10, a to 103,2 dB při otáčkách 4 900 min-1.

- 72 -


7.5 Vibrace pilového kotouče při řezání smrku a buku ve stanovených otáčkách

Graf 8.

Velikost vibrací A u K 8 při řezání smrku a buku

Graf 9.


- 73 -


Graf 10.


Z grafu 8 je patrné, že u kotouče K 8 při řezání smrku i buku v otáčkách 2 700 a 3 000 min-1 docházelo ke stejným vibracím u obou dřevin. Se zvyšující rychlostí se projevovalo snižování vibrací až do otáček 3 800 min-1 . Od otáček 3 800 min-1 došlo u smrku k nárůstu vibrací o jednu třetinu, u buku pokračuje pokles vibrací. U buku byly nejnižší vibrace při otáčkách 4 200 min-1 , a to 0,16 mm a nejvyšší při otáčkách 2 700 min-1 0,279 mm. U smrku byly nejnižší vibrace při otáčkách 3 800 min-1 0,174 mm a nejvyšší také při otáčkách 2 700 min-1 0,269 mm.

Z grafu 9 můžeme vyčíst, že u kotouče K 9 při řezání smrku i buku byly shodné nejnižší vibrace při otáčkách 4 200 min-1 0,125 mm. U buku byly nejvyšší vibrace při otáčkách 3 300 min-1 0,216 mm a u smrku při otáčkách 3 700 min-1 0,18 mm.

V grafu 10 je znát, že u kotouče K 10 při řezání smrku došlo k nepatrným změnám ve vibracích. Vibrace u smrku byly pod hodnotou 0,1 při všech třech měřených otáčkách. Při otáčkách 3 600 min-1 byla naměřená vibrace 0,08 mm, což byla nejnižší naměřená vibrace celkově při celém experimentu. U buku byly vibrace při otáčkách 3 600 a 4 200 min-1 těsně nad hodnotou 0,1 mm. Při otáčkách 3 200 min-1 byly vyšší vibrace 0,174 mm, což byla nejvyšší hodnota u kotouče K 10.

- 74 -


7.6 Hlučnost pilového kotouče při řezání smrku a buku ve stanovených otáčkách V následujících grafech jsou znázorněny hodnoty hladiny akustického tlaku v dB v závislosti na otáčkách u jednotlivých pilových kotoučů. V každém grafu jsou znázorněny tři křivky. Modrá je hluk naměřený při otáčení se pilového kotouče naprázdno, růžová znázorňuje hluk při řezání buku a žlutá hluk při řezání smrku. Při chodu pily naprázdno hodnota hluku lineárně stoupala u všech kotoučů.

Graf 11.

Hladiny akustického tlaku při řezání u kotouče K 8

Graf 12.

Hladiny akustického tlaku při řezání u kotouče K 9 - 75 -


Graf 13.

Hladiny akustického tlaku při řezání u kotouče K 10

Na grafu 11 je znázorněn průběh hluku u kotouče K 8 a je patrné, že u buku pouze při otáčkách 4 200 min-1 se hladina hluku dostala na hranici 100 dB. U smrku naopak tato hranice byla překročena kromě otáček 2 700 min-1 při všech měřených otáčkách.

Na grafu 12 můžeme sledovat průběh hluku u kotouče K 9. U buku se pouze při otáčkách 4 200 min-1 hladina hluku dostala na hranici 100 dB. U smrku naopak znovu byla tato hranice překročena kromě otáček 3 300 min-1 při všech měřených otáčkách.

Na grafu 13 je průběh hluku u kotouče K 10. Hadina hluku se zde dostala na hranici 100 dB u všech měřených otáček. Výjimkou byly otáčky 3 200 min-1 při řezání buku, kdy klesla hadina hluku na 97 dB.

- 76 -


8

Diskuze Základní úpravou pilového kotouče pro snížení vibrací je válcování. Válcování

je (tzv. úprava předpětí) nutné provádět pro snížení nepříznivých účinků vyvolaných vlivem výsledného napětí v tlaku v okrajové části pilového kotouče, které vzniká působením rozdílných teplot u pilového kotouče. Další úpravou proti vibracím, které by měly snížit vibrace až o třetinu jsou radiální drážky zakončené měděnými nýty. Vlivem zvýšené tloušťky a průměru kotouče se také sníží kmitání. Tato opatření však nejsou vhodná z hlediska zvýšení tloušťky spáry řezání a tím i odpadu. Negativním faktorem zhoršující hygienu pracovního prostředí je hlučnost pilových kotoučů. Snahou je snížit hlučnost pilových kotoučů jejich úpravami. Dostupné zdroje hovoří o snížení

hladiny akustického tlaku (např. otvory v těle

pilového kotouče o 3 až 5 dB, lepené desky a fólie o 3 až 10 dB, plastické povlaky o 7 až 13 dB, zvětšení průměru příruby pomocí přídavných desek o 7 dB). Dalšími možnostmi snížení hlučnosti je snížení počtu otáček, zmenšení tloušťky kotouče, zmenšení průměru pilového kotouče. Tato opatření mají však za přímý následek zvýšení vibrací kotouče, které je zmíněné výše. Z grafů naměřených hodnot vibrací na jednu otáčku u testovaných kotoučů jsou patrné velikosti vibrací. U kotouče K8 byla velikost vibrací 0,257mm, u K9 byla 0,172 mm a u K10 byla 0,103 mm. Nejvyšší amplitudy vibrací byly zaznamenány u kotouče K8, přičemž se zde projevily i negativní účinky deformace disku kotouče. U tohoto kotouče se projevilo zvýšené prohýbání na jednu stranu. Toto prohnutí se následně projevilo i při měření průběhu vibrací. U kotoučů K8 a K9 jsou patrná místa lokálního rozkmitání způsobená šesti odhlučňovacími drážkami vypálenými v těle pilových kotoučů. Z grafů průběhu vibrací pilových kotoučů při otáčkách 2000 až 4500 min-1 jsou zřejmá místa s klidným chodem kotoučů a oblasti, kde kotouče vibrují s velkými amplitudami. V pásmech, kde jsou vibrace nejnižší, by se měla nacházet oblast optimálních otáček. Naopak v oblastech vysokého kmitání, by se měly nacházet rezonanční otáčky. Experiment potvrdil význam přímého měření vibrací při chodu naprázdno a zejména při řezání, protože hodnoty rezonančních a kritických otáček zjištěné klasickými metodami (Chladného obrazce) vykazují poměrně značný rozptyl

- 77 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče (běžně se uvádí ± 10%). Zjištěné optimální provozní otáčky testovaných kotoučů přímým měřením vibrací jsou mimo oblasti rezonančních a kritických otáček. Při řezání smrku a buku docházelo k nižším vibracím u K9 a K10 při vyšších otáčkách. U kotouče K10 jsou na grafu patrné vyšší vibrace při řezání buku než u smrku. U kotouče K8 docházelo ke stejnému snížení jen u smrku, při otáčkách 4 200 min-1 však nastal nečekaný nárůst vibrací. Příčin může být několik a bude vhodné provést další měření, zda-li se jednalo o skrytou vadu ve stavbě dřeva nebo jiný vliv, např. nevhodně zvolené otáčky pro řezání měkkých dřevin. Z měření hluku při řezání je patrný nárůst hodnoty hladiny akustického tlaku s rostoucími otáčkami. Hodnoty hluku při řezání smrku jsou vyšší než u buku. Toto bylo zapříčiněno patrně rezonančními vlastnostmi smrkového dřeva. Hodnoty hluku u kotouče K10 byla nejvyšší a to přibližně o 3 dB oproti K8 a K9. Hodnoty hluku u kotoučů K8 a K9 jsou téměř shodné s rozdíly do jednoho dB. Hodnoty hluku všech tří kotoučů jsou znázorněny v grafech v příloze 35. Lze konstatovat, že hladiny hluku u všech kotoučů v celém režimu otáček převyšují povolenou hygienickou úroveň hluku od 10 do 20 dB pro kotoučové pily. Limitní hodnota podle je 85 dB podle vládního nařízení číslo 148/2006 Sb., které se zabývá „ Akustikou - hluk v pracovním prostředí“. Limitní hodnotou je sice 85 dB, ale podle odborníků ze Zdravotního ústavu se sídlem v Brně je doporučené při vyšším hluku než 80 dB již používat ochranné pomůcky.

- 78 -


9

Závěr Při dělení dřevěných materiálů kotoučovými pilami dochází k nežádoucím

jevům: − vibracím kotouče, které mají za následek negativní působení na člověka, zhoršenou kvalitu obrobku, vyšší opotřebení nástroje, případně stroje − hluku kotouče, který negativně působí na člověka a zhoršuje hygienu pracovního prostředí Výsledky experimentu potvrdily vliv konstrukčních úprav na hladinu hlučnosti a vibrací. U kotouče s nepravidelnou roztečí zubů byl ovšem očekáván vyšší útlum hlučnosti. V zahraniční literatuře se pro tyto kotouče uvádí snížení hladiny hluku o 5 až 6 dB (International Journal of Solids and Structures). Optimální provozní podmínky vyjádřené otáčkami nebo řeznými rychlostmi pro testované kotouče lze doporučit pro následující pásma: − pro pilový kotouč K8 to jsou otáčky 3 300 min-1 (v = 60,5 m*s-1) − pro pilový kotouč K9 to jsou otáčky 2 800 a 3 700 min-1 (v = 51,3 a 67,8 m*s-1) − pro pilový kotouč K10 to jsou otáčky 3 200 a 4 300 min-1 (v = 58,6 a 78,8 m*s-1)

Odhlučňovací drážky mají poměrně významný vliv na snížení hladiny hluku. V našem případě byla hlučnost snížena o 3 dB, což se při prvním pohledu zdá málo, ale pokud se podíváme do tabulky 5, zjistíme, že při snížení hluku o 3 dB dojde ke snížení akustického tlaku působícího na ušní bubínek o 50 %. Tím je prokázán v odborné literatuře uváděný kladný vliv drážek na hlučnost. Nepravidelná rozteč zubů se již neprojevila v takové míře. Snížení hlučnosti bylo pouze nepatrné okolo 1 dB v porovnání s kotoučem s pravidelnou roztečí zubů. Porovnáme-li ovšem hlučnost kotouče s nepravidelnou roztečí s hlukem kotouče bez úprav je snížení hluku podstatně významnější až o 65 %. Vliv odhlučňovacích drážek a rozdílné rozteče zubů na vibrace se projevil negativně. Doporučené (povolené) maximální vibrace jsou do 0,1 mm. Vliv drážek u kotouče K9 se projevil nárůstem vibrací v průměru o 0,06 mm. Tento nárůst se zdá být poměrně malý, ale pokud si uvědomíme, že statická házivost kotouče bez úprav se

- 79 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče pohybovala okolo 0,1 mm, amplitudy kmitů potom překračují povolené hodnoty a dosahují 0,16 mm. Vliv rozdílné rozteče zubů u kotouče K8 se projevil dalším nárůstem amplitudy vibrací o 0,07 mm ve srovnání s kotoučem K9 (kotouč s drážkami a se souměrnými zuby). Kotouč K8 se dále negativně prohýbal k jedné straně. Příčinou může být nestejnoměrná tloušťka disku kotouče, případně nerovnoměrná úprava pnutí kotouče. Dále bylo zjištěno lokální prohnutí kotouče, které mohlo vzniknout nesprávným skladováním nebo při dopravě kotouče. Závěrem lze konstatovat, že odhlučňovací a dilatační drážky mají příznivý vliv na snížení hlučnosti kotouče, ale poměrně negativní vliv na nestabilitu kotouče, projevující se zvýšenými vibracemi. Narušením disku kotouče odhlučňovacími a dilatačními drážkami podstatně klesá tuhost disku kotouče a tím dochází k výše popsaným negativním jevům. Kotouče s rozdílnou roztečí zubů vyžadují pečlivou úpravu a vyvážení. Při špatném vyvážení se může toto negativně projevit na deformaci věnce kotouče v důsledku působení odstředivých sil. V diplomové práci byl prokázán pozitivní vliv odhlučňovacích drážek a rozdílné rozteče zubů na hlučnost pilových kotoučů, ale zároveň se projevil negativní vliv na vibrace.

- 80 -


10 Summary Woody material manufacturing using circular saw blades causes negative effects: − circular saw blades vibration negatively affect operating personal and quality of final product, and causes higher cutting tools and machinery wearing, − noisiness negatively affect operating personal and deteriorates hygiene of working environment. The results of this study confirmed effect of circular saw blade design on noise level and vibration. However, marked decrease of noisiness has been expected using jagged circular saw blade. In literature is for this type of blades mentioned 5 – 6 dB decreasing of noise level (International Journal of Solids and Structures).

Optimal operation conditions for tested circular saw blades expressed in rotation speed or cutting speed could be recommended in following zones: − circular saw blade K8 – rotation speed 3 300 min-1 (60,5 m*s-1) − circular saw blade K9 – rotation speed 2 800 and 3 700 min-1 (v = 51,3 a 67,8 m*s-1) − circular saw blade K10 – rotation speed 3 200 and 4 300 min-1 (v = 58,6 a 78,8 m*s-1)

Shrinkage joints have significant effect on decreasing of noise level. In our case the noisiness has been decreased by 3 dB, which on first view seems to be not as major, but checking the table 5 we can found that by 3 dB decreasing of noise level we can expect decreasing of acoustic pressure on eardrum by 50 %. This shows in literature mentioned positive effect of shrinkage joints on noisiness. Irregular teeth distance (jagged circular saw blades) has not as much affect the noisiness decreasing. The noisiness decreasing was only about 1dB compare to circular saw blades with regular teeth distance. However, comparing jagged saw blades with saw blades without any modification could be expected up to 65 % noisiness decreasing. Shrinkage joints and/or irregular teeth distance negatively affect the vibration. Recommended (allowable) maximal vibration are up to 0,1 mm. Using K9 circular saw blade with shrinkage joints enhanced vibration by 0,06 mm. This enhancement seems to be small, but if we will take into the account 0,1 mm static oscillation (shimmy) of

- 81 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče circular blade the amplitudes of oscillation than overpass the allowed limits and raise to 0,16 mm. The irregular teeth distance using K8 saw blade enhanced the amplitude of oscillation by next 0,07 mm compare to K9 saw blade (circular saw blade with shrinkage joint and regular teeth distance). The circular saw blade K8 bowed down towards one side. The reason of bowing down could be irregular width of disc or nonuniform stress adjustment of saw blade. It was found local bowing of saw blade, which can originate from incorrect storage or transport. As a conclusion we can enunciate that shrinkage joints have positive impact on noisiness decreasing, but negative impact on saw blade stability enhancing the vibration. Disruption of saw blade by shrinkage joint decreases disc stiffness and because of this causes above mentioned negative effects. The jagged saw blades need careful adjustment and balancing. Incomplete balancing can negatively occur in saw blade crown (rim) deformation caused by centrifugal forces. In this study was certified positive effect of shrinkage joint and irregular teeth distance on noisiness, and together negative effect on vibration.

- 82 -


11 Literatura [1] JAVOREK L., 2006, Nástroje I. TU Zvolen, 2006. ISBN 978-80-228-1714-1. [2] KOPECKÝ Z., EMIL S., MAZAL P., 2007, Circular sawblade vibrations and the kerf surface quality. Forestry and Wood Technology. ISSN 0208-5704. [3] KOPECKÝ Z., SVOREŇ, J., PERŠIN M., ROUSEK M., KLEPÁRNÍK J., 2007, Circular saw blades vibrations effect on parameters of a cutting process. In Woodworking Technique. [4] PROKEŠ S., BĚLOHOUBEK A., 1976, Možnosti snížení hlučnosti v dřevařském průmyslu. 1. vyd. Praha: VVÚD [5] PROKEŠ S., 1965, Obrábění dřeva a nových hmot ze dřeva, Praha, Státní nakladatelství technické literatury [6] SIKLIENKA M., SVOREŇ J., 1997, Frekvencie vlastných tvarov kmitov pílových kotúčov při statickom kmitaní. TU Zvolen. [Vědecká studie] [7] STACHIEV Y.M., 1989, Rabotosposobnosť ploskich kruglych pil. Moskva: Lesnaja promyšlenost [8] LISIČAC J., 1976, Drevárské stroje a obrábanie1. časť, Zvolen, KULT.82/72517/72, 85-984-76. [9] PROVAZNÍK K. a kol., 1996, Manuál prevence v lékařské praxi, III prevence nepříznivého působení vlivů obytného prostředí na zdraví obyvatel. Praha: Redakční skupina. [10] ŽIDKOVÁ Z., 2005, Projekt podpory zdraví MZČR pro rok 2005, Zdravotní ústav se sídlem v Brně [11] ] KOPECKÝ Z., 2007, Vybrané aspekty vysokorychlostního obrábění dřeva, MZLU v Brně [12] PROKEŠ S., 1980, Údržba a ostření dřevoobráběcích nástrojů, Státní nakladatelství technické literatury Praha [13] ORLOWSKI K. A., 2005, Identification of critical speeds of clamped circular saws / 2005 Polsko [14] STACHIEV Y.M., 2003, Research on circular saw disc problem: several of results, Holz als Roh- und Werkstoff 61 [15] Journal of Sound and Vibration 2000 - 2004 [16] BERGER Sébastien, 2001, Congrès Français de Mécanique 2001

- 83 -

Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče [16] ORLOWSKI K. A., 2005, Identification of critical speeds of clamped circular saws, Identification of critical speeds of clamped circular saws [17] ORLOWSKI K. A., SANDAK J., 2004, MEASUREMENT OF THE CRITICAL ROTATIONAL SPEED OF CIRCULAR SAW [18] THOMAS O., TOUZE C., CHAIGNE A., 2004 International Journal of Solids and Structures, Non-linear vibrations of free-edge thin spherical shells: modal interaction rules and 1:1:2 internal resonance [19] GRUBE A. E., 1971, Derevorežuščije instrumenty, Goslesbumizdat, Moskva [20] KOTĚŠOVEC Václav, 1992, Patentový spis, Způsob vytužování pilových kotoučů a zařízení k jeho provádění [21] Noise Abatement for Circular Saws, Published by the Occupational Safety & Health Service, Department of Labour, Wellington, New Zealand 1989 [22] PONTON B. Charles, 2007, Finite Element Analysis of Industrial Circular Sawblade with Respect to Tensioning, Rotating, Cutting, and Expansion Slots

- 84 -


12 Přílohy

Příloha 1.

Příloha 2.

Příloha 3.

- 85 -


Příloha 4.

Příloha 5.

Příloha 6.

- 86 -


Příloha 7.

Příloha 8.

Příloha 9.

- 87 -


Příloha 10.

Příloha 11.

Příloha 12.

- 88 -


Příloha 13.

Příloha 14.

Příloha 15.

- 89 -


Příloha 16.

Příloha 17.

Příloha 18.

- 90 -


Příloha 19.

Příloha 20.

Příloha 21.

- 91 -


Příloha 22.

Příloha 23.

Příloha 24.

- 92 -


Příloha 25.

Příloha 26.

Příloha 27.

- 93 -


Příloha 28.

Příloha 29.

Příloha 30.

- 94 -


Příloha 31.

Příloha 32.

Příloha 33.

- 95 -


Příloha 34.

Příloha 35.

- 96 -

Mendelova univerzita v Brně. Vliv konstrukce na vybrané provozní parametry pilového kotouče

Recommend Documents