MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav lesnické a dřevařské techniky DIPLOMOVÁ PRÁCE

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav lesnické a dřevařské techniky

Stanovení koeficientů řeznosti s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny

DIPLOMOVÁ PRÁCE

2011/2012

Bc. Petr Balint

Lesnická a dřevařská fakulta

Mendelova univerzita v Brně Ústav lesnické a dřevařské techniky

2010/2011

ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE

Autor práce:

Bc. Petr Balint

Studijní program:

Lesní inženýrství

Obor:

Lesní inženýrství

Název tématu:

Stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny.

Rozsah práce:

min. 60 stran včetně všech příloh

Zásady pro vypracování:

1. Na základě studia odborných pramenů se seznamte s teorií řezu dřeva. 2. Zpracujte podrobnou literární rešerši o parametrech řeznosti řetězů přenosné řetězové pily. 3. Vypracujte metodiku instrumentálního měření parametrů řeznosti pilových řetězů. Zohledněte přitom různý výkon motorové pily a technické parametry řetězu. 4. Výsledky zpracujte matematicky a statisticky. 5. Zadanou práci vypracujte v souladu se Směrnicí děkana č. 2/2007.

Seznam odborné literatury:

1.

2.

3.

NERUDA, J. -- SIMANOV, V. Technika a technologie v lesnictví. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2006. 324 s. ISBN 80-7157-988-2. SIMANOV, V. -- KOHOUT, V. Těžba a doprava dříví. 1. vyd. Písek: Matice lesnická spol. s r.o., 2004. 411 s. středoškolské učebnice . ISBN 80-86271-14-5. ČERNÝ, Z. -- NERUDA, J. Využití motorové pily a křovinořezu v zemědělství. 1. vyd. Praha: Institut výchovy a vzdělávání Ministerstva zemědělství ČR, 1994. 52 s. Mechanizace. ISBN 80-7105-074-1. NEVRKLA, P. -- NERUDA, J. Rozbor konstrukčních a funkčních parametrů pilových řetězů. In

4.

MESSINGEROVÁ, V. -- STANOVSKÝ, M.Perspektívy vývoja ťažbovo-dopravného procesu a využitia biomasy v lesnom hospodárstve. 1. vyd. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 2006, s. 151--156. ISBN 80-228-1661-2.

5.

NERUDA, J. -- ČERNÝ, Z. Motorová řetězová pila a křovinořez. 1. vyd. Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 2006. 90 s. ISBN 80-7271-175-X.

Datum zadání diplomové práce:

listopad 2009

Termín odevzdání diplomové práce: duben 2011

Bc. Petr Balint

Ing. Pavel Nevrkla

Autor práce

Vedoucí práce

prof. Ing. Jindřich Neruda, CSc.

doc. Dr. Ing. Petr Horáček

Vedoucí ústavu

Děkan LDF MENDELU

Prohlášení Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma: ,,Stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny“ zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje diplomová práce byla zveřejněna v souladu s § 47b Zákona č.111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU v Brně 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 vztahy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace.

V Brně, dne 18. 4. 2012

………………… Bc. Petr Balint

Poděkování Chtěl bych poděkovat panu Ing. Pavlu Nevrklovi za odborné vedení práce, cenné rady, připomínky při zpracování této diplomové práce. Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Josefu Pohořalému a panu Tomáši Veverkovi za pomoc při praktickém měření.

Jméno: Bc. Petr Balint Název: Stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny

Abstrakt: Tato diplomová práce se zabývá stanovením koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny, na základě navržené metodiky provádím praktické testy na třech různých typech řetězů, třech druhů dřevin, při čtyřech sníženích omezovací patky a dvou elektrických motorových pilách. Následně vyhodnocuji naměřená data a odvozuji patřičné závěry, které vyplývají z dosažených výsledků. V závěru práce doporučuji užití řezných souprav s ohledem na výkonnost motorové pily. Klíčová slova: Pilový řetěz, řeznost, rozteč zubů, řezná spára, omezovací patka, snížení omezovací patky, úhel řezu, úhel čela, úhel břitu, úhel ostření, vodící článek.

Name: Bc. Petr Balint Title: Determination of chain saws cutting rates coefficients with respect to the width of the kerf and the trees

Abstact: This diploma thesis deals with the chain saw cutting rates with respect to the width of the kerf and trees, based on the proposed methology I´m performing ( I performed) to practical tests on three different types of chains, three species, limiting reduction at feet and two electonic motorsaws. Then I´m evaluating the measured data and deriving the appropriate conclusions that arise from the results. In conclusion I am recommending the use of cutting suits with regard to the performance of the chainsaws. Key words: Chain saw, cutting rate, spacing of teeth, joint cutting, foot restraint, restraint reduction bead, angle cut, lead angle, the angle of the blades, the angle of focus, leading article

OBSAH 1. Úvod ......................................................................................................................... 9 2. Cíl práce ................................................................................................................. 11 3. Teoretický přístup k problematice........................................................................ 12 3.1 Elementární břit ................................................................................................. 12 3.2 Působení sil při elementárním řezání a řezný výkon ........................................... 15 3.3 Řezání dřeva vícebřitými nástroji ....................................................................... 18 3.4 Řeznost .............................................................................................................. 19 3.5 Hlavní parametry pilového řetězu ...................................................................... 20 3.5.1 Geometrie hoblovacího článku .................................................................... 20 3.5.2 Konstrukční parametry pilového řetězu ...................................................... 22 3.6 Výrobci řetězů pro motorové pily ...................................................................... 23 3.6.1 STIHL ........................................................................................................ 23 3.6.2 HUSQVARNA .......................................................................................... 24 4. Metodický postup .................................................................................................. 26 4.1 Návrh metodiky ................................................................................................. 26 4.2 Měření geometrie hoblovacího článku ............................................................... 27 4.3 Charakteristika testovaných řetězů ..................................................................... 28 4.3.1 Stihl Oilomatic Rapid Super Comfort .......................................................... 28 4.3.2 Stihl Oilmatic Rapid Micro Comfort ........................................................... 28 4.3.3 Stihl Oilomatic Picco Micro Comfort 3 ....................................................... 28 4.4 Technická data používaných elektrický motorových pil ..................................... 29 4.5 Faktory ovlivňující řeznost motorových pil ........................................................ 29 4.5.1 Vlhkost dřeva .............................................................................................. 29 4.5.2 Druh dřeviny ............................................................................................... 30 4.5.3 Vliv tloušťky třísky ..................................................................................... 30 4.5.4 Vliv úhlu řezu ............................................................................................. 30 4.5.5 Otupení řezného nástroje ............................................................................. 30 4.6 Výpočty ............................................................................................................. 30 4.7 Metodika instrumentálního měření parametrů řeznosti pilových řetězů .............. 32 4.7.1 Přípravné práce ........................................................................................... 32 4.7.2 Zkušební aparatura ...................................................................................... 32 4.7.3 Zjišťování parametrů řeznosti pilových řetězů ............................................. 32

4.7.4 Funkce aparatury......................................................................................... 33 4.7.5 Vlastní měření ............................................................................................. 33 4.7.6 Vyhodnocení naměřených výsledků ............................................................ 34 5 Výsledky měření ..................................................................................................... 35 5.1 Řeznost elektrické motorové pily Husqvarna 1600 ............................................. 35 5.2 Řeznost elektrické motorové pily Stihl E20........................................................ 36 5.3 Srovnání řezností elektrických motorových pil na smrku ................................... 37 5.4 Srovnání řezností elektrických motorových pil na buku ..................................... 38 5.5 Srovnání řezností elektrických motorových pil na habru .................................... 39 5.6 Statistické vyhodnocení naměřených výsledků ................................................... 40 6. Diskuze ................................................................................................................... 46 6.1 Přítlačná síla ...................................................................................................... 46 6.2 Hodnota snížení omezovací patky ...................................................................... 46 6.3 Geometrie hoblovacího článku a úhel ostření ..................................................... 47 6.5 Doporučení pro praxi ......................................................................................... 48 6.6 Zkušební aparatura............................................................................................. 48 6.7 Řezná spára ....................................................................................................... 49 6.8 Druh dřeviny ..................................................................................................... 49 7. Závěr ...................................................................................................................... 50 8. Summary ................................................................................................................ 51 9. Seznam použité literatury a elektronické zdroje .................................................. 52 10. Přílohy .................................................................................................................. 54 10.1 Seznam použitých zkratek a symbolů: .............................................................. 54 10.2 Tabulky hodnot snížení omezovací patky z výroby měřené pasametrem .......... 55 10.3 Tabulky dat naměřené na zkušební aparatuře ................................................... 58 10.4 Tabulka výkonu motorové pily při různém typu řetězu..................................... 66 10. 5 Geometrie hoblovacího článku ........................................................................ 66 10.5.1 úhel broušení ............................................................................................. 66 10.5.2 úhel břitu................................................................................................... 67 10.5.3 úhel čela .................................................................................................... 67 10.6 Tabulka průměrných hodnot měření úhlů ......................................................... 67

1. Úvod Diplomová práce se věnuje tématu stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny. Termín řeznost pilových řetězů je jeden s nejdůležitějších faktorů, který udává kvalitu pilového řetězu. Řeznost řetězu tedy vychází z jeho parametrů. Některé parametry lze ovlivnit (výška omezovací patky, úhel broušení atd.) a parametry, které ovlivnit nelze (vychází přímo z konstrukčního řešení daného pilového řetězu stanoveného výrobcem). Na základě zpracování tématu mé bakalářské práce byl jednoznačně prokázán vliv šířky řezné spáry na řeznost řetězu. V této diplomové práci na toto téma navazuji a rozšiřuji jej o sledování koeficientů ovlivňujících řeznost pilového řetězu. Následnými tesy na zkušební aparatuře a vyhodnocením dosažených výsledků pak chci optimalizovat a navrhnout doporučení užití řezných souprav dle výkonu motorové pily. Každý uživatel motorové pily ať se jedná o profesionála používající motorovou pilu denně v lesním hospodářství, nebo i příležitostí uživatelé motorových pil při hobby použití by zajisté tohoto poznatku využili při své práci. Vývoj, který nastal u ručních motorových řetězových pil v padesátých letech 20. století a pokračuje doposud, je také zaznamenáván u hoblovacích pilových řetězů. Potřeba kvalitní oceli pro výrobu pilového řetězu byla nahrazena ocelí nižší třídy, avšak je to možné díky lepšímu technologickému zpracování. Dále pak bezpečnostní vodící články hoblovacího pilového do značné míry snižují možnost zpětného vrhu motorové pily. Zlepšením materiálového složení u hoblovacího článku je podstatné v tom, že není nutno pilový řetěz brousit při každém použití a jeho schopnost odolávat po delší dobu abrazi dřeva. Délka hoblovacího břitu se díky vývoji zvětšila a umožní, tak uživatelům delší používání pilového řetězu. Snahou vývojových inženýrů je tedy co nejefektivněji sladit maximální výkon motorové pily s maximálním řezným výkonem řezné soupravy. Podle mého názoru není v ČR takový zájem o zjišťování řezných vlastností pilových řetězů, protože na českém trhu není tuzemský výrobce, který by mohl konkurovat pilovým řetězům renomovaných značek. Řezné vlastnosti pilových řetězů jsou velmi důležité pro majitele a provozovatele lesnické techniky. Jejich optimalizací řezné soupravy, volbou vhodné 9

motorové pily nebo pohonu řezné hlavice by došlo k zlepšení výkonnosti, zmenšením ztrát řeznosti, efektnějšímu ekonomickému využití.

10

2. Cíl práce Cílem diplomové práce je stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny. Z působení sil při elementárním řezaní je patrné, že řezná síla je závislá na mechanických vlastnostech dřeva a geometrii vytvářené třísky. Pominu-li faktor mechanických vlastností dřeva, který zdaleka není zanedbatelný, ale pro jednoduchost lze říci, že síla potřebná k oddělení jednoho elementu třísky je přímo závislá na šířce a tloušťce odebírané třísky. Na základě této hypotézy ověřit, že pokud budou mechanické vlastnosti zachovány a budeme měnit řezné soupravy s rozdílnou šířkou řezné spáry, tak je možné, že užší řezná souprava může teoreticky odebírat vyšší třísku než řezná souprava s širší řeznou spárou. Stanovit metodiku, která by byla vhodná k zjištění již zmiňovaných vazeb. Na základě měření vysledovat parametry koeficientů řezného odporu. Výsledky podpořit statistickou analýzou. Navrhnout pro praxi využitelné doporučení v údržbě a ostření řezných souprav dle výkonu motorové pily.

11

3. Teoretický přístup k problematice 3.1 Elementární břit

Elementární břit poskytuje vysvětlení všech základních způsobů mechanického řezání dřeva nožem tvaru klínu. Při elementárním řezání má být délka řezné hrany (břitu) 00´ větší než šířka odebírané třísky. Přední plocha 00´A´A a zadní plocha 00´B´B (hřbet) mají být rovinné; úhel řezu δ a úhel hřbetu α mají být konstantní. Při elementárním řezání má být břit kolmý na směr pohybu. Uvedené podmínky značně zjednodušují analýzu tvorby třísky. Na obrázku je β úhel břitu; s předchozími úhly je ve vztahu δ = α + β. Úhel sevřený přední plochou (čelem) a rovinou vedenou v břitu kolmo k obrobené ploše se nazývá úhel čela γ. (Petříček, 1984)

a)

b)

c)

d)

Obr. 1. Schéma řezání elementárním břitem (Petříček, 1984)

Základní směry řezání: - Řezání kolmo na směr vláken (obr. 1b) je rovina obrábění CDEF a směr řezání kolmo k vláknům dřevních vláken. V tomto případě se hoblina rozpadá na jednotlivé elementy, je drobivá. - Řezání podél vláken (obr. 1c) je rovina obrábění a směr pohybu do řezu rovnoběžný s průběhem vláken. Hoblina je souvislá ve tvaru tenké stuhy. 12

- Řezání napříč vláken (obr.1d) je rovina obrábění CDEF rovnoběžná se směrem dřevních vláken, avšak směr pohybu do řezu je kolmý k vláknům; hoblina není celistvá a nevykazuje vzájemnou pevnou vazbu. V praxi jsou však využívány kombinace těchto tří základních směrů řezání: podélně čelný, příčně čelný a podélně příčný Petříček (1984) definuje řeznou sílu jako sílu, kterou se zatlačuje břit do dřeva. Skládá se v podstatě ze tří složek: a) ze síly potřebné k vniknutí nástroje do dřeva a deformaci dřeva v blízkosti řezné hrany, b) ze síly potřebné k oddělování třísky její deformací, c) ze síly, jež překonává tření mezi třískou, nástrojem a ostatním dřevem. Určení jednotlivých složek řezné síly je velmi obtížné. Počítá se proto s celkovou silou potřebnou k překonání všech odporů dřeva při vnikání nástroje do dřeva. Celková řezná síla se udává v N. Poměr mezi řeznou silou F a průřezem třísky (b, e) se nazývá řezným odporem dřeva (k) a vypočítá se podle vzorce: k=

F b.e

[N. mm-2]

kde: F - řezná síla [ N] b - šířka třísky [mm] e - tloušťka třísky [ mm] Z rovnice vyplývá vztah F=k.b.e Řezný odpor je odpor, který klade dřevo při oddělování třísky břitem nástroje. Z toho vyplývá, že řezný odpor a řezná síla jsou stejně velké. Celková řezná síla, kterou musíme působit na nástroj při řezání abychom překonali řezný odpor, je složena z několika dílčích sil (síly k vlastnímu řezání - tj. oddělení třísky, síly k odklonění třísky, sil k překonání tření třísky o čelo břitu, hřbet břitu o obrobenou plochu a bočních ploch břitu a řezu). Potřebná řezná síla se mění 13

podle dřeviny, vlhkosti dřeva, směru řezání k průběhu dřevních vláken a letokruhů, velikosti úhlu řezu, tloušťky a šířky odebírané třísky, stupně opotřebení břitu, řezné rychlosti, stlačení dřeva pod břitem, velikosti tření atd. Celková řezná síla je přímo úměrná ploše příčného průřezu oddělované třísky a měrném řezném odporu (vyjadřovanému v kp/mm2). Měrný řezný odpor lze zjistit v tabulkách nebo výpočtem, ve kterém jsou hodnoty základního měřeného řezného odporu upravovány koeficienty vyjadřujícími vliv činitelů. Např. u koeficientu na vliv dřeviny je smrku přiřazena hodnota 1,0, lípě 0,8, dubu 1,5 a jasanu 1,5 - 2,0. Pokud se týká vlhkosti dřeva, má koeficient pro dříví na vyschlé na vzduchu ( 10 - 15% relativní vlhkost) hodnotu 1,0, ale pro dříví v přirozené vlhkosti ( 50 - 70% relativní vlhkost) se navyšuje na 1,1. (Simanov 2004) Měrný řezný odpor je proměnlivá veličina, kterou ovlivňuje mnoho faktorů. Je to především druh dřeviny a vlhkost, směr řezání vzhledem ke směru dřevních vláken, úhel řezu, tloušťka třísky, stupeň otupení břitu aj. Vliv těchto faktorů se určuje opravnými koeficienty používanými při výpočtu měrného řezného odporu. Výsledný měrný řezný odpor udává vztah:

k = ko . ad . ae . as . an kde: ko - měrný řezný odpor základní [N.mm-2] ad - koeficient vyjadřující druh dřeviny ae - koeficient vyjadřující vliv tloušťky třísky as - koeficient vyjadřující vliv úhlu řezu an - koeficient vyjadřující vliv otupení břitu nástroje (Neruda a Simanov, 2006) uvádí mezi další faktory ovlivňující řeznou sílu (řezný odpor): aw - koeficient vlivu vlhkosti dřeva av - koeficient vlivu řezné rychlosti as - koeficient vlivu stavu dřeva (zmrzlé, nezmrzlé dřevo)

14

3.2 Působení sil při elementárním řezání a řezný výkon

Pro určení sil působících při elementárním řezání a určení řezného výkonu se volí řezání kolmo k vláknům (obr. 2). Vlákna se odřezávají elementárním břitem s úhlem břitu β = δ, protože úhel α = 0; odděluje se tříska o tloušťce e a šířce b. Břit vniká do dřeva rychlostí v, přičemž na třísku je vyvoláván tlak Fo kolmo k čelu břitu. Rozložením síly Fo do dvou složek se obdrží vodorovná síla F, která odřezává dřevní vlákna, a svislá síla F1, jež stříhá třískové elementy podél vláken. Řezné síly a výkonu je třeba použít čelní řezání a to za určitých podmínek.

Obr. 2 Působení sil při elementárním řezání (Petříček, 1984)

Stanovení

velikosti

řezné

síly

a

řezného

výkonu

lze

demonstrovat

na elementárním čelním řezu (obr. 2). Při vnikání do dřeva napříč vláken do hloubky l, tlačí nůž na dřevo silou Fa, která je kolmá na plochu čela. Silová složka F (řezná síla) tlačí na dřevo napříč vláken, složka F1 odsouvá úsek třísky ve směru podél vláken. Obě složky i výslednice sil Fa mění svou hodnotu od nuly v okamžiku dotyku nástroje se dřevem až na hodnotu maximální Fmax v okamžiku oddělení elementu třísky, kdy opět klesnou na nulu a celý postup se tak neustále opakuje. (Neruda a Simanov, 2006) Fymax= τs . b . e

[N] 15

τs........mez pevnosti dřeva ve smyku (střihu) [MPa] b……šířka třísky

[m]

e……výška třísky [m]

Fmax je sila, která působí před odtržením třísky Fxmax = Fymax . tg δ  Fxmax= τs . . b . h . tg δ τs........mez pevnosti dřeva ve smyku (střihu) [MPa] b……šířka třísky

[m]

h……výška třísky [m] tg δ…úhel hřbetu

[°]

Za předpokladu lineárního růstu sil od nuly do maxima je střední hodnota síly Fx:

Fxst=

F max s.tg .b.h = 2 2

[N]

τs........mez pevnosti dřeva ve smyku (střihu) [MPa] b……šířka třísky

[m]

h……výška třísky [m] tg δ…úhel hřbetu

[°]

Protože τs pro dřevinu je konstantou, pak při daném řezném úhlu δ je výraz τ s . tg δ / 2 také konstanta, kterou označíme k1. Tento koeficient vyjadřuje měrný řezný odpor dřeva při čelním řezu. Pro podélné řezání používáme koeficient k 2 a k příčnému k3.

Fxst= k1 . b . h

[N]

Práci na odřezání jednoho elementu třísky vyjádříme:

16

A = Fxst . l = k1 . b . h . l

[J]

Tedy výkon potřebný na nařezání dřeva se vyjádří jako podíl práce za jednotku času

A t

P=

[W]

Čas řezu jednoho elementu třísky leze pak vyjádřit vztahem:

t=

l v

[s]

Výkon lze nyní vyjádřit vztahem:

P = k1 . b . e . v [W] Výkon spotřebovaný na řezání je proto přímo úměrný objemu dřeva přetvořeného v třísku za časovou jednotku. Při řezání elementárním břitem podél a napříč vláken se řezné podmínky poněkud liší ve srovnání s řezáním kolmo k vláknům. V zásadě však platí předchozí úvahy a mění se jen koeficienty řezání. Pro podélné řezání se používá koeficient k2, pro příčné řezání koeficient k3, které se určují zkouškou. Podle těchto závěrů (vypracované poprvé J. Timem) a četných dalších zkoušek se předpokládá, že práce spotřebovaná na vytvoření třísky libovolným řezným nástrojem je přímo úměrná objemu třísky, tj. že platí vztah: A = k . V [J] kde: A - práce spotřebovaná na řezání [J] k - měrná práce [J.cm-3] V – objem dřeva přetvořený na piliny [cm-3] Z mechaniky je známý vtah: P=

F .v [kW] 102

kde: v – řezná rychlost [m.s-1] 17

Řezná síla F se potom rovná: F=

k.q [N] v

Objem třísky odřezané za sekundu je možno při elementárním řezání určit jako plochu příčného průřezu třísky násobenou rychlostí pohybu břitu (řezná rychlost): q=b.e.v Výkon při elementárním řezání tedy bude: P=

k .b.e.v [kW] 102

3.3 Řezání dřeva vícebřitými nástroji

Proces řezání vícebřitými nástroji je značně složitější než řezání elementárním břitem; v tomto případě pracuje současně několik břitů a tříska se tvoří v uzavřeném prostoru, nazývaném řezná spára. Podle polohy roviny řezu ve vztahu k průběhu dřevních vláken se rozeznávají tři směry řezání: příčné (rovina řezu je kolmá ke směru vláken), podélné (rovina řezu je rovnoběžná ke směru vláken) a smíšené (rovina řezu svírá se směrem dřevních vláken úhel menší než 90°). Polohu roviny řezu určuje přesněji tzv. úhel řezání (obr. 3). Úhel řezání α o svírají přímky O a r; r je stopa roviny řezání σ ve vodorovné rovině π vedené osou kmene O.

Obr. 3 Úhel řezání a podávání (Petříček, 1984)

Úhel roviny σ a π se nazývá úhel podávání a označuje se β o (úhel přímek Sσ a Sπ). Při příčném a podélném řezání vícebřitými nástroji s nepřetržitým pohybem kruhové, řetězové nebo pásové pily je možno určit objem dřeva přetvořeného v piliny (q) za sekundu podle vzorce: (Petříček,1984) 18

q = b . h . vp kde: b - šířka řezné spáry [m] h - výška řezné spáry [m] vp – rychlost posuvu ( rychlost vnikání pily do dřeva) [m.s -1] Hodnoty měrného řezného oporu jsou oproti řezání jednobřitým nástrojem podstatně vyšší, protože je v záběru více břitů současně, tříska se odebírá v různých směrech a část práce se opotřebovává na drcení a dopravu pilin i na tření mezi lištou a stěnami řezné spáry. U motorových pil, kácecích strojů i vícebřitých nástrojů se nejčastěji používají řetězy hoblovací, u kterých jsou vždy liché a sudé zuby postaveny proti sobě, což umožňuje dokonalé oddělení hobliny v řezné spáře. (Simanov 2004) 3.4 Řeznost

Petříček(1984); uvádí řeznost, jako základní a výsledný ukazatel určující kvalitu řetězu. Technická řeznost Fř, tj. řeznost, která není ovlivněna druhem pracovní operace (kácení, příčné přeřezávání kmenů), se může vyjádřit vztahem: Fř = 10 . l .vp [cm2.s-1] kde: l – délka řezné spáry [mm] vp – rychlost posuvu [m.s-1] Tedy čím delší bude řezná spára a čím bude větší bude rychlost podávání, tím větší bude řeznost. Tyto veličiny jsou na sobě nepřímo závislé, protože při poměrně stálém výkonu se zvětšováním jedné druhá zmenšuje. Problém tedy záleží v nalezení podmínek, při kterých by součin l. v byl co největší. Rychlost posuvu je možno vyjádřit vztahem: vp =

h.v [m .s-1] t

kde: h – tloušťka třísky 19

v – řezná rychlost t - rozteč řezných zubů Dosazením se obdrží výraz řeznosti v závislosti na základních kinematických veličinách:

Fř =

10 .l.h.v [cm2.s-1] t

Jak je patrno, je z kinematického hlediska řeznost přímo úměrná tloušťce třísky a řezné rychlosti. 3.5 Hlavní parametry pilového řetězu 3.5.1 Geometrie hoblovacího článku

Úhel břitu (β) svírá čelo a hřbet břitu. Čím větší je tento úhel, tím větší je i odpor při řezání. Proto je snaha používat úhel břitu co nejmenší, ovšem s ohledem na materiál břitu a tvrdost řezaného dříví. Při použití příliš malého úhlu břitu klesá jeho pevnost, rychleji se otupuje a tím se opor proti vnikání nástroje do dřeva zvyšuje. Všeobecně platí, že pro řezání měkkého dříví může být úhel břitu menší než při řezání dříví tvrdého. Úhel hřbetu (γ) svírá hřbet břitu s obrobenou plochou. Čím je úhel břitu menší, tím větší tření vzniká mezi hřbetem a obrobenou plochou, protože se při zmenšování tohoto úhlu zvětšuje jejich vzájemná styková poloha. Úhel čela (α) je úhel, který svírá čelo břitu s rovinou vedou hranou ostří kolmo k obráběné ploše. Se zvětšováním úhlu čela se zmenšuje úhel řezu a tím se snižuje i drsnost povrchu obrobené plochy.

20

Obr.4 Úhel čela (Magazín Stihl, Jaro 2005)

Úhel čela je výrobci řetězů doporučován odlišně, zpravidla v hodnotách 90°, 85° a 75°. Pracovní obvodová rychlost hoblovacích řetězů soudobých pil je cca 20 m.s -1 a závisí na konstrukci pily ( převodové, bezpřevodové, elektrické) a otáčkách motoru. Úhel řezu (δ) svírá čelo břitu s obrobenou plochou (rovná se součtu úhlů břitu b a hřbetu g). Čím menší je úhel řezu, tím menší je řezný odpor. Při zmenšování tohoto úhlu pod určitou hodnotu (danou materiálem břitu a vlastnostmi obráběného dřeva) se břit rychle otupuje a řezný odpor se zvyšuje. Úhel řezu je výsledkem dodržování úhlů ostření a úhlu čela při použití doporučeného průměru kulatého pilníku. Výrobci řetězů doporučovaná hodnota úhlu řezu je 60°. Doporučený úhel ostření je 30° až 35° (pro měkké dřevo ostřejší; pro tvrdé, suché a zmrzlé dřevo tupější)

Obr. 5 Úhel ostření (Magazín Stihl, Jaro 2005)

V průběhu řezání se řezný nástroj a řezaný materiál pohybují proti sobě určitou relativní rychlostí. Buď je materiál v klidu a pohybuje se jen nástroj, nebo je v klidu nástroj a pohybuje se materiál, či se současně pohybují nástroj i řezaný materiál. takovému pohybu říkáme řezný pohyb a jeho rychlosti řezná rychlost. To je výsledná rychlost z rychlosti hlavního pohybu a rychlosti posuvu. Hlavní pohyb je např. pohyb pilového pásu a posuv je doplňkový pohyb vykonávaný materiálem nebo nástrojem v jiném směru než je směr pohybu hlavního. Řezná rychlost se zpravidla udává v m/s, zatím co rychlost posuvu v m/min. Dřevo není homogenní materiál a proto se odpor, 21

který klade pronikáni řezného nástroje, mění podle toho, v jakém směru k průběhu dřevních vláken se řeže.

3.5.2 Konstrukční parametry pilového řetězu

Obr.6 Rozteč řetězu (Magazín Stihl, Jaro 2005)

Dělení řetězu (rozteč) je vzdálenost středů tří po sobě jdoucích nýtů řetězu dělená dvěma, udávaná v palcích (1´´= 25,4mm). Rozteč řetězu musí vždy odpovídat rozteči hnacího i vodícího řetězového kola pily. Nejčastěji se v naších podmínkách používají řetězy s roztečí 0,325´´ a 3/8´´, rozteč 0,404´´ je používána na nejsilnějších přenosných pilách s dlouhými lištami nebo na stacionárních pilách na manipulačních linkách na dřevoskladech.(Neruda, Černý 2006) Délka řetězu se udává počtem vodících článků, případně účinnou délkou použité vodící lišty. Hoblovací zub je charakterizován hřbetním a bočním břitem a výškou omezovacího zubu, určujícího výškovým rozdílem mezi ním a hřbetním břitem tloušťku hobliny. Ta bývá podle řezané dřeviny a typu řetězu 0,65 až 0,75mm. Pilové řetězy některých firem nejsou na vrchní ploše řezacího zubu směrové značky optimálního úhlu ostření a současně stanovující maximální hranici opotřebení zubu pro udržení bezpečnosti řezání.

Obr. 7 Snížení omezovací patky (Magazín Stihl, Jaro 2005)

Výška omezovací patky se kontroluje a upravuje po čtyřech až šesti ostřeních řetězu a jeho snižování se prování plochým pilníkem za pomocí měrky. 22

Boční břit přeřezává dřevní vlákna bočně v řezu a břit hřbetní hobluje po celé šířce dno řezné spáry. Produktem řezání jsou proto spíše hobliny a nikoliv typické piliny. Při odběru hobliny po křivočaré dráze, tj. při řezaní koncovou částí vodící lišty zápichem, je v záběru malý počet zubů a proto hodnota naměřeného řezného odporu vzrůstá asi o 30% oproti běžnému přeřezávání. Při vstupu do řezu narážejí omezovací zuby svými zuby svými čelnými a horními částmi na dno řezné spáry, čímž se nejen zvyšuje tepelné a mechanické namáhání koncové části lišty, ale může dojít k zpětnému vrhu pily.(Simanov 2004) 3.6 Výrobci řetězů pro motorové pily V rámci zpracování diplomové práce jsem použil pro porovnání parametrů řeznosti pilové řetězy dvou renomovaných značek Stihl a Husqvarna. Specifikace jednotlivých typů použitých řetězů je zmíněna v bodu 4.3 Charakteristika testovaných řetězů. V tomto bodu jsem chtěl zmínit historii obou firem. 3.6.1 STIHL Historie společnosti STIHL sahá do roku 1926, kdy Andreas Stihl založil s několika spolupracovníky nevelkou strojírenskou firmu. Roku 1929 Stihl představil svůj „dvoumužný stroj na kácení stromů“, který je všeobecně pokládán za vynález první přenosné řetězové pily. V poválečných letech započal trvalý růst firmy STIHL, představovaný nejen vývojem dnes legendárních modelů pil, ale i stálým zvyšováním obratu a rozvojem výrobní základny. Kromě původních závodů v německém Waiblingenu přibyly výrobní provozy v USA, Brazílii, Švýcarsku, Rakousku a montážní závod v Číně. Důraz na inovace, uplatňování světových progresivních technologií i poznatků vlastního výzkumu – to jsou základy na kterých stojí proslulá kvalita a spolehlivost produktů STIHL.Zárukou zachování těchto principů i do budoucna je rodinný charakter podniku, vlastněného navzdory postupující globalizaci výhradně sourozenci Stihlovými, dětmi zakladatele firmy, v čele s Hansem Petrem Stihlem. Navzdory silným obchodním překážkám byla značka STIHL už od šedesátých let i v Česku, zejména u odborné veřejnosti, poměrně známá a pro mnohé byl název firmy přímo synonymem pro motorovou pilu špičkové kvality. Teprve po roce 1991 začal 23

systematický prodej výrobků firmy STIHL v tehdejším Československu. Nejprve prostřednictvím filiálky společnosti STIHL Rakousko,poté byla v roce 1993 založena společnost Andreas STIHL, spol. s r.o., jako dceřiná společnost koncernu STIHL a výhradní distributor výrobků značky STIHL a VIKING pro Českou republiku. Hlavním úkolem bylo v první fázi vybudování sítě regionálních obchodních partnerů, garantujících prodej a servis na úrovni standardu firmy. K dnešnímu dni má firma rozsáhlou síť přibližně 120 autorizovaných prodejců pokrývající rovnoměrně území ČR. V roce 1999 přesídlila česká pobočka STIHL do nově vybudovaného vlastního distribučního střediska v Modřicích nedaleko Brna, které svým moderním vybavením a kapacitou odpovídá několikanásobnému zvýšení obratu, jehož firma během předchozích let dosáhla. Pily STIHL jsou již několik desetiletí nejprodávanější značkou na světě, produkce se však neomezuje pouze na tento obor. Firma postupně rozšiřuje svůj výrobní program o pestrou škálu dalších výrobků zemědělské a zahradní technicky, stavební stroje, tlakové čističe i o široký sortiment doplňkových produktů. (www.czstihl.cz/stihl) 3.6.2 HUSQVARNA Husqvarna patří k světově nejznámějším výrobcům profesionálních outdoorových nástrojů pro les, park a zahradu. Značka Husqvarna se neváže jen ke strojům, jako jsou sekačky na trávu, motorové pily nebo traktory. Husqvarna je značka používaná několika společnostmi, všechny z nich jsou svázány s firmou Husqvarna Vapenfabrik. Ta byla založena v roce 1689 za účelem výroby zbraní pro švédskou armádu. Toto datum dělá z Husqvarny jednu z nejstarších průmyslových firem na celém světě. Dědictví zbrojovky si Husqvarna nese dodnes - logo Husqvarny zobrazuje hlaveň z předního pohledu. Historie Na konci 19. století začala Husqvarna vyrábět jízdní kola, později následovaly motocykly a v roce 1920 založila svou vlastní továrnu na benzínové motory. V poválečné době byly ve stádiu vývoje automobily, které však do výroby nebyly zařazeny. Husqvarna v současnosti také vyrábí světoznámé šicí stroje pod značkou Husqvarna Viking a Pfaff.

24

Husqvarna patří k celosvětově nejúspěšnějším výrobcům outdoorové techniky. Své zástupce má ve více než stovce zemí světa. Husqvarna se velmi odpovědně staví k životnímu prostředí. Od výroby a způsobu balení přes spotřebu pohonných hmot a výfukovým emisím až po závěrečnou recyklovatelnost, Husqvarna se snaží o co nejšetrnější přístup k životnímu prostředí. Sekačky a pily Firma Husqvarna AB je firma založená ve švédském městě Huskvarna. Vyrábí sekačky, traktory a další produkty na údržbu trávníku, a také motorové pily. Výrobky produkuje

pod

značkami Husqvarna, Jonsered a Partner.

Husqvarnu

vlastnil

konglomerát Elektrolux, od roku 2005 je Husqvarna AB již nezávislá. Motorové pily Husqvarna začala vyrábět v roce 1959. Na počátku šedesátých let se motorová pila Husqvarna model 70 stala první pilou, která mohla být použita jak ke kácení stromů, tak k ořezávání větví. Další průlom byl vynález a použití systému pro omezení vibrací (1969). Jiným příkladem přínosu Husqvarny může být inerčně aktivovaná brzda řetězu, která pomáhá zabránit nepříjemným úrazům. Firma je zdrojem inovací pro celé odvětví. Husqvarna přičítá tento fakt tomu, že vždy dbala na úzkou vazbu mezi profesionály, kteří se sekačkami a pilami pracují, a těmi, kdo je vyrábějí. Husqvarna pila je dnes synonymem pro kvalitní, spolehlivý a profesionální nástroj. (www.azcentrum.cz)

25

4. Metodický postup 4.1 Návrh metodiky Pro hodnocení stanovení koeficientů řeznosti s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny, byla stanovena následující metodika. Vybral jsem pět pilových řetězů od firmy Stihl a jeden pilový řetěz od firmy Husqvarna. Snahou bylo tedy určit vhodně velký soubor řetězů k testování s ohledem na jejich funkční a konstrukční parametry. Tento soubor řetězů bude testován na třech různých dřevinách (smrk, buk, habr) a dvou elektrických motorových pilách s rozdílným výkonem. Cílem tedy bylo posoudit řeznost motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry, dřeviny, výšku omezovací patky a rozdílné výkonnosti elektrický motorových pil. Před započetím testování pilových řetězů byly na jednotlivých řetězech měřeny tyto parametry: - výška omezovací patky - úhly hoblovacího zubu (úhel čela, úhel břitu, úhel ostření) - šířka vodícího článku Při následném testování pilových řetězů na jednotlivých řetězech, pak měřeny hodnoty: - šířka řezné spáry - obsah kotouče - čas počátku a konce řezání Pilové řetězy od firmy Stihl, byly různých typů: 

36 RSC - „3/8“ Rapid Super – pilový řetěz s hranatým profilem zubů s vodícími články bez bezpečnostních úprav ( dále jen 36 RSC)



61 PMC - „3/8“ Picco Micro Mini – pilový řetěz s oblým profilem zubů s vodícími články s bezpečnostní úpravou (dále jen 61PMC)



36 RMC - „3/8“ Rapid Micro – pilový řetěz s oblým profilem zubů s vodícími bez bezpečnostních úprav ( dále jen 36 RMC)

Na vybraném typu řetězu byly upraveny hodnoty omezovací patky na hodnoty:  0,25 mm 26

 0,45 mm  0,75 mm  1,00 mm Testovat řeznost pilového řetězu na různých dřevinách:  smrk  buk  habr Testování řeznosti elektrické motorové pily s ohledem na výkon:  Husqvarna 1600  Stihl E20 4.2 Měření geometrie hoblovacího článku

K měření výšky omezovací patky jsem využil přístroj pasametr. Jež slouží jako porovnávací měřidlo, které měří pouze odchylky od nastavené hodnoty a to s přesností na 0,002mm. Nejprve je nutné nastavit pasametr na určitou hodnotu. Prostření ručička, pak ukáže odchylku od nastavené hodnoty a to v plusové hodnotě nebo naopak v hodnotě minusové. Rozdílem těchto dvou veličin získáme hodnotu omezovací patky. Měření jsem provedl na všech třech pilových řetězech. Hodnoty omezovací patky jsou uvedeny v příloze 10. 1. Pro měření geometrie hoblovacího článku jsem upnul jednotlivé řetězy s lištami do svěráku a nad pilový řetěz umístil fotoaparát FUJI FinePix S8000fd připevněný ke stojanu. Ve vodorovné poloze nad pilovým řetězem jsem nafotil v režimu supermakro, s možností snímat 1cm, hoblovací článek shora pro zjištění úhlu ostření. Tento postup jsem opakoval u všech řetězů a pak nafotil opět všechny pilové řetězy z boku pro zjištění úhlu řezu a také úhlu čela. Následným výstupem byli fotografie, po jejichž vytisknutí jsem mohl změřit úhly. Tento postup je prakticky shodný jako při používání real projektoru. Výhodou při použití této metody je i možnost přesného měření úhlu řezu. Průměrné hodnoty naměřených úhlů uvádím v příloze 10.6. (Balint, 2009) 27

4.3 Charakteristika testovaných řetězů Vzhledem k rozdílným konstrukčním vlastnostem testovaných řetězů by bylo vhodné zmínit se o jejich parametrech. 4.3.1 Stihl Oilomatic Rapid Super Comfort Jedná se o pilový řetěz s plně dlátovitými zuby. Komfortní pilový řetěz s nízkými vibracemi, měkkým chováním při řezání a malým sklonem k chvění, jakož i s extrémně vysokým výkonem při řezu a zapichování.

Obr. 8 řetěz Stihl Oilmatic Rapid Super Comfort (www.stihlusa.com)

4.3.2 Stihl Oilmatic Rapid Micro Comfort Řetěz s polodlátovitými zuby, univerzálně použitelný, vyniká zvláště dobrým vedením v řezu a vysokým řezným výkonem. Poměrně snadno se ostří. Použití: Kácení, řezání kmenů, vyvětvování a také veškeré práce s pilou v zemědělství, stavebnictví a lesnictví.

Obr. 9 řetěz Stihl Oilmatic Rapid Micro Comfort (www.stihlusa.com)

4.3.3 Stihl Oilomatic Picco Micro Comfort 3 Nízko profilový pilový řetěz s nízkými vibracemi a vysokým řezným výkonem standardního řetězu při současném sníženém sklonu ke zpětným rázům. Speciálně pro použití na lehkých motorových pilách. Ideální pro všechny uživatele, kteří si cení výkonu stejně jako komfortu. Pilový řetěz se hodí skvěle pro těžbu slabých stromů, k vyvětvování a ošetřování stromů k tomu určenými pilami.

28

Obr. 10 řetěz Stihl Picco Micro Comfort (www.stihlusa.com)

4.4 Technická data používaných elektrický motorových pil Stihl E20 Jmenovité napětí

220 V

Frekvence

60 Hz

příkon

2,5 kW

Hladina akustického tlaku

97 dB

Hladina akustického výkonu

110dB

Vibrace Hmotnost pily

4,1 m.s-1 5 kg

Husqvarna 1600 Jmenovité napětí

220 V

frekvence

60 Hz

příkon

1,6 kW

Hladina akustického tlaku

------

Hladina akustického výkonu

-------

vibrace

-------

Hmotnost pily

5 kg

4.5 Faktory ovlivňující řeznost motorových pil 4.5.1 Vlhkost dřeva Všeobecně lze při kvantitativním posuzování změn vlastností dřeva konstatovat, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pružností a pevnostní vlastnosti dřeva snižují. Zákonitosti vlivu vody vázané na mechanické vlastnosti sledujeme hlavně z hlediska užití dřeva na konstrukční účely a technologického zpracování dřeva.(www.wood.mendelu.cz) Lze tedy tvrdit, že se stoupající vlhkostí bude odpor kladený vůči vnikání břitu hoblovacího článku menší.

29

4.5.2 Druh dřeviny Nejen samotná pevnost dřeviny, ale i její tvrdost značně ovlivňuje prostupování hoblovacího břitu dřevem. Musíme si uvědomit, že dřevo není homogenní strukturou, ale anizotropní strukturou, ve které jsou odlišné fyzikální a mechanické vlastnosti. Samozřejmě, že při testování jsem se snažil viditelné vady eliminovat přesměrováním řezu mimo viditelnou vadu abych se vyhnul nekorektním výsledkům.

4.5.3 Vliv tloušťky třísky Ze vzorců uvedených v kapitole 3.2 lze vypozorovat vztah, kdy odpor na zubu řetězu motorové pily je závislý na pevnosti dřeva (jedná se o danou veličinu) šířkou řezné spáry (závislou na konstrukčním provedení řetězu výrobcem) a tloušťkou odebírané třísky. Tloušťku odebírané třísky lze ovlivnit snížením omezovací patky. Snížením omezovací patky lze tedy stanovit odpor na zubu motorové pily. Je tedy zřejmé, snížením omezovací patky je možné ovlivnit i řezný výkon. 4.5.4 Vliv úhlu řezu Používáním správných pomůcek (pilník, vodítko, atd.) předcházíme negativním vlivů spojeným s nesprávným broušením hoblovacích řetězů a tak nedochází ke změně geometrie hoblovacích článků. Vhodné je přečíst si parametry broušení, které doporučuje výrobce řetězu a těch se pokud možno držet. 4.5.5 Otupení řezného nástroje Otupení břitu hoblovacího článku má za následek, že pila svou vahou nejde do řezu, až odskakuje, pracovník se více namáhá, větší vibrace přenášené přes rukojeti do těla pracovníka. Tohoto faktoru je třeba se vyvarovat a zhruba po každé druhé nádrži, či při zařezání do nějakých předmětů (půda, kámen) se musí pilový řetěz neprodleně naostřit. 4.6 Výpočty Při řešení této kapitoly jsem si stanovil následující postup:

30

- Okomentovat teoretické výpočty a pak následně pro ověření provést výpočty na naměřených hodnotách. řezná síla

Fymax = τs . b . h

[N]

Řezná síla se vypočítává z několika složek: pevnost dřeva – všeobecně lze konstatovat, že se stoupající vlhkostí do meze hygroskopicity se pružnost a pevnost snižují. Na pevnost však nemá jen vliv nasycení buněk vodou, ale vlastní stavba dřeva (hustota dřeva, tvrdost). Lze tedy říci, že suché dřevo a tvrdé dřevo má větší pevnost, než dřevo měkké a ,,čerstvé“. Z logiky věci vyplývá, pokud budeme řezat dřevo v čerstvém stavu, bude odpor kladený na břit hoblovacího článku značně menší, než při řezání dřeva proschlého.

měrný řezný odpor

k=

F b.h

Z daného vzorce lze vyčíst, že měrný řezný odpor je přímosměrně závislý na velikosti řezné síly a nepřímo závislý na šířce a tloušťce odebírané hobliny (třísky). Pokud budu vycházet z podobné problematiky zmiňované v předešlém odstavci. Na vyschlém dřevě bude odpor proti vnikání břitu hoblovacího článku značně vyšší a bude tedy docházet k dřívějšímu otupení řezného nástroje než při řezání dřeva s nižší hustotou. Tedy jedna zásada, která plyne z této úvahy. Při řezání tvrdšího dřeva je lépe mít vyšší omezovací patku, déle sice řezat, ale nedochází tak k značnému otupení a nemusíme tolik brousit hoblovací článek, než při většímu snížení omezovače.

výkon při elementárním řezání P =

k .b.e.v [kW] 102

Při pohledu na tento vzorec, lze odvodit, že všechny čtyři parametry lze ovlivnit. Hodnotu měrného můžeme změnit druhem dřeviny či změnou vlhkosti dřeva. Šířku řezné spáry je možno ovlivnit výměnou řezné soupravy za užší nebo naopak za širší. Tloušťku (výšku) hobliny lze pak upravit snížením omezovací patky hoblovacího článku. Hodnotu řezné rychlosti můžeme upravit výměnou řetězky. Na trhu jsou běžně k dostání řetězky s šesti zuby až osmi zuby. (Balint, 2009) 31

4.7 Metodika instrumentálního měření parametrů řeznosti pilových řetězů 4.7.1 Přípravné práce Před započetím vlastního měření bylo nejprve zapotřebí upravit zkušební aparaturu pro uchycení elektrické motorové pily Husqvarna 1600 na otočnou stolici. K tomuto účelu posloužila „S“ páska, která byla umístěna na přední rukojeť pily. Stabilizaci zadní rukojeti byla využita stávající uchycení a vypodloženo dvěma klíny. Nyní bylo ještě potřeba uchytit vlastní tělo motorové pily. To bylo vyřešeno upnutím těla pily k otočné stolici pomocí vyrobené plechové objímky stažené dvěma šrouby. 4.7.2 Zkušební aparatura Ve zkušební aparatuře byla použita tato zařízení:  Elektrická motorová pila Stihl E20 a Husqvarna 1600  rám s otočnou stolicí  počítač  program MS Expert  dva koncové spínače  trafo 6V a 12V  měřiče výkonu elektrické motorové pily AE - S3 - CLIP  závaží – 2kg 4.7.3 Zjišťování parametrů řeznosti pilových řetězů Zjišťování parametrů řeznosti bylo provedeno na zkušební aparatuře, která se nachází v dílně ústavu lesnické a dřevařské techniky Mendelovy univerzity v Brně, navržené prof. Jindřichem Nerudou, CSc. Tato zkušební aparatura se skládá z rámu s otočnou stolicí, elektrické motorové pily (Husqvarna 1600 i Stihl E20), závaží pro zajištění přítlačné síly (2kg). K vyhodnocení a záznamu naměřených dat sloužil program MS Expert propojený s notebookem a měřičem výkonu AE – S3- CLIP. Zkušební aparatura měla za úkol přeřezat měřený vzorek po sepnutí koncového spínače prostřednictvím programu MS Expert zaznamenávat čas řezání a výkon motorové pily ve wattech.

32

4.7.4 Funkce aparatury Na zkušební aparaturu jsem umístil měřený vzorek dřeva a upevnili ho pomocí textilních popruhů proti možnému pohybu při řezání. Zkušební vzorky byly ze smrkového, bukového a habrového dřeva s vlhkostí 35%. Je vhodné volit zkušební vzorky s průměrem do dvaceti centimetrů a o délce cca do jednoho metru. Vyhneme se tímto omezením, které má upnutá elektrická motorová pila co se týče rozsahu použití délky lišty, nebo zastavení pily v řezu. Z hlediska délky vzorku je vhodné vzorek zvolit do jednoho metru kvůli zajištění stability celé měřící aparatury a k pevnějšímu uchycení měřeného vzorku. Po spuštění programu MS Expert bylo potřeba nakonfigurovat měřící kanál, dobu měření, aby zkušební aparatura správně a spolehlivě fungovala. Spuštěním programu měření nastalo odpočítávání a mohlo být započato řezání zkušební aparaturou. Za pár vteřin byla uvedena v činnost zkušební aparatura, sepnutí bezpečnostního spínače elektrické motorové pily a následným uvolněním proběhlo vlastní řezání vzorku, které bylo po přeřezání ukončeno koncovým spínačem. Během celé doby řezání byl programem MS Expert měřen čas doby řezání a výkon elektrické motorové pily. Grafickým výstupem tohoto programu pak byla výkonnostní křivka elektrické motorové pily.

4.7.5 Vlastní měření Při první sérii měření byla měřena řeznost pilových řetězů s upravenou omezovací patkou na 0,25mm a zařezáním do desky byla zjištěna šířka řezné spáry. Následovala série měření řeznosti pilových řetězů s upravenou omezovací patkou na 0,45mm. Ve třetí sérii měření byla zkoumanou veličinou hodnota řeznosti pilových řetězů s omezovací patkou nastavenou na hodnotu 0,75mm. Čtvrtá série byla měřena s nastavenou omezovací patkou na hodnotu 1,0 mm. Při každé sérii měření bylo provedeno pět zkušebních řezů a to na dřevinách smrk, buk, habr. Měření bylo provedeno nejprve na elektrické motorové pile Husqvarna 1600 a poté následovalo testování s elektrickou motorovou pilou Stihl E20 ve shodných četnostech řezů, sériích i dřevinách. 33

4.7.6 Vyhodnocení naměřených výsledků Vyhodnocení měření řeznosti řetězů jsem provedl v programu MS Expert spuštěním časového signálu, kde byl evidentně patrný počátek a konec doby řezání. Rozdílem těchto dvou hodnot vyšla skutečná doba řezání. Všechny uřezané kotouče jsem si obkreslil na papír a následně změřil plochu digitálním planimetrem Ushikata Xplan 360 C+ zapůjčeným od pana Ing. Miloše Cibulky. Z naměřených dat byla řeznost získána podílem řezné plochy ke skutečné době řezání. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v příloze č. 10.3 Program MS Expert měřil výkon v intervalu 0,09999 sekundy, což je v přepočtu 99,9 měření za jednu sekundu. Přesnost digitálního planimetru uvádí výrobce v manuálu pod 0,01 % z měřené plochy. Pro měření rychlosti otáček byl na řetězku připevněn reflexní proužek a pomocí snímače s fotodiodou byla měřena rychlost otáček.

34

5 Výsledky měření 5.1 Řeznost elektrické motorové pily Husqvarna 1600

Graf č. 1 Řeznost elektrické motorové pily Husqvarna 1600

Řeznost elektrické motorové pily Husqvarna 1600 (cm2.s-1) Dřevina

Hodnota snížení omezovací patky (mm) 1,0

0,75

0,45

0,25

smrk

21,771753

26,61527

24,1095

21,16303

buk

17,971326

25,94223

20,58486

19,08663

habr

16,427609

25,90693

19,36951

18,48511

Tab. č.3. Hodnoty řeznosti elektrické motorové pily Husqvarna 1600

Sledovanou veličinou byla doba řezání na jednotku plochy řezu. Z grafu je zřejmé, že nejlepší řeznosti motorové elektrické pily Husqvarna 1600 bylo dosaženo při snížení omezovací patky na hodnotu 0,75 mm a to na všech porovnávaných dřevinách. Budu-li hodnotit jednotlivé dřeviny samostatně, tak nejvyšší řeznost byla naměřena na smrku a to při všech sníženích omezovací patky, dále pak poměrně uspokojivých výsledku bylo naměřeno na buku a nejhorší řeznost byla naměřena na buku. Sledovanou

35

veličinou byla doba řezání na jednotku plochy řezu. Veličina byla závislá při každé změně výšky omezovací patky. Průběh grafu má u všech tří dřevin podobný charakter. Snížení omezovací patky na 1 mm byla naměřena hodnota obsahové řezné rychlosti od 16,42 cm2. s-1 – 21,77 cm2.s-1, dále pak při hodnotě omezovací patky na 0,75 mm následoval poměrně prudký konkávní nárůst řeznosti, ten se pohyboval u sledovaných dřevin v rozmezí 25,90 cm2.s-1 – 26,61 cm2.s-1.Nastavení omezovací patky na hodnotu 0,45 mm mělo za následek naopak prudký konvexní pokles hodnot řeznosti v rozmezí hodnot 19,36 cm2. s-1 – 24,10 cm2.s-1 a při poslední změně omezovače na hodnotu 0,25 mm došlo také k snížení řeznosti v rozmezí hodnot 18,48 cm2.s-1- 21,16 cm2.s-1, ale ne tak rapidnímu, jak při předchozím měření řeznosti. Vyhodnotím-li graf smrku zvlášť mohu tvrdit, že jeho graf je poměrně pozvolný. Graf řeznosti habru a buku má oproti smrku více markantní průběh a to před snížením omezovací patky na 0,75 mm a poté při snížení omezovací patky na hodnotu 0,45 mm. 5.2 Řeznost elektrické motorové pily Stihl E20

Graf č.2 Řeznost elektrické motorové pily Stihl E20

36

Řeznost elektrické motorové pily Stihl E20 (cm2.s-1) Dřevina

Hodnota snížení omezovací patky (mm) 1,0

0,75

0,45

0,25

smrk

36,13544

37,55035 36,17031

33,13376

buk

26,914712 29,80668 27,03341

26,2048

habr

29,609914 31,27002 28,63179

27,20198

Tab. č. 4. Hodnoty řeznosti elektrické motorové pily Stihl E20

Sledovanou veličinou byla opět hodnota obsahové řezné rychlosti. Komplexním hodnocením všech grafů je patrné, že hodnota snížení omezovací patky na hodnotu 0,75 mm vychází hodnoty obsahové řeznosti nejlépe. Při snížení omezovače na hodnotu 1 mm vychází hodnoty řeznosti v rozmezí 26,91 cm2.s-1 – 36,13 cm2. Následným snížením omezovací patky na hodnotu 0,75 mm se mění povaha grafu na konkávní charakter s rozmezím hodnot 29,80 cm2.s-1 – 37,55 cm2.s-1. Změnou omezovací patky na hodnotu 0,45 mm se povaha grafu mění na konvexní průběh s rozmezím hodnot 27,03 cm2.s-1 – 36,17 cm2.s-1. Poslední změnou omezovače na hodnotu 0,25 mm dochází opět k poklesu řeznosti v rozmezí hodnot 26,20 cm2.s-1 - 33,13 cm2.s-1. Hodnocením grafu smrku zvlášť je patrné, že má pozvolný průběh oproti poměrně markantnějšímu průběhu grafů buku a habru, které jsou téměř ve svém průběhu shodné. 5.3 Srovnání řezností elektrických motorových pil na smrku

Graf č.3 Řeznost motorových pil na smrku

37

Tímto grafickým výstupem bych chtěl komentovat jednoznačný vliv výkonnosti elektrické motorové pily Stihl E20 ve srovnání s elektrickou motorovou pilou Husqvarna 1600. Srovnám-li řeznost ve všech sníženích omezovací patky u obou elektrických motorových pil, při snížení omezovací patky na hodnotu 1 mm, vychází řeznost 21,77 cm2.s-1 a 36,13 cm2.s-1,snížením omezovače na 0,75mm vychází hodnoty řeznosti 26,66 cm2.s-1 a 37,55 cm2.s-1, při snížení omezovače na hodnotu 0,45mm vychází hodnoty řeznosti 24,11 cm2.s-1 a 36,17 cm2.s-1 a s posledním snížením omezovací patky na hodnotu 0,25 mm vychází řeznost 21,13 cm2.s-1 a 33,13 cm2.s-1. Porovnáním obou grafů dojdu k závěru, že obě elektrické motorové pily vykazují nejlepší řeznost se sníženou omezovací patkou na hodnotu 0,75 mm. Pouze u elektrické motorové pily Husqvarna 1600 je o něco markantnější nárůst řeznosti při přechodu snížení na 0,75 mm. Jinak oba sledované grafy mají ve všech hodnotách snížení poměrně pozvolný průběh. 5.4 Srovnání řezností elektrických motorových pil na buku

Graf č.4 Řezností motorových pily na buku

Nastavením omezovací patky na 1 mm vychází hodnoty řeznosti 17,91 cm2.s-1 a 26,91 cm2.s-1. Následným snížením omezovací patky na 0,75 mm se mění graf na konkávní růst hodnot řeznosti 25,94 cm2.s-1 a 29,81 cm2.s-1. Úpravou omezovací patky na hodnotu 0,45mm byla naměřena řeznost 20,58 cm2.s-1 a 27,03 cm2.s-1. Došlo tedy ke 38

změně charakteru průběhu grafu z konkávního na konvexní. Snížením omezovací patky na 0,25mm byla naměřena řeznost 19,09 cm2.s-1 a 26,21 cm2.s-1.Vyhodnocením řeznosti elektrické motorové pily Stihl E20 docházím k jednoznačnému závěru, že průběh tohoto grafu je velice pozvolný i rozmezí hodnot 26,21 cm2.s-1 – 29,81 cm2.s-1 napovídá o jisté vyrovnanosti řeznosti. Z grafu řeznosti elektrické motorové pily Husqvarna 1600 je zřejmé, že k nejvyššímu nárůstu řeznosti dochází při snížení omezovací patky na hodnotu 0,75 mm a k rapidnímu snížení řeznosti při přechodu na snížení omezovače na hodnotu 0,45 mm. Vyhodnocením řeznosti obou grafů lze z naměřených hodnot tvrdit, že nejlepších výsledků dosahují elektrické motorové pily Husqvarna 1600 a Stihl E20 při snížení omezovací patky na hodnotu 0,75 mm. 5.5 Srovnání řezností elektrických motorových pil na habru

Graf č. 5 Řeznost motorových pil na habru

Snížením omezovače na 1mm vychází hodnoty řeznosti 16,42 cm2.s-1 a 26,61 cm2.s-1. Změnou hodnoty omezovací patky na 0,75 mm dochází ke konkávnímu nárůstu hodnot řeznosti 29,61 cm2.s-1 a 31,27 cm2.s-1 u obou sledovaných grafů. Sleduji-li tyto dva grafy, je u elektrické motorové pily Husqvarna 1600 nejvíce markantní nárůst hodnot řeznosti oproti elektrické motorové pile Stihl E20, kde dochází jen k pozvolnému nárůstu hodnot řeznosti. Úpravou hodnoty omezovací patky na 0,45 mm jde u obou sledovaných grafů ke konvexnímu poklesu řeznosti 19,37 cm2.s-1 a 28,63 39

cm2.s-1. Opět rapidněji lze vyhodnotit přechod omezovače 0,75 mm k omezovači 0,45 mm graf elektrické motorové pily Husqvarna 1600. Elektrická motorová pila Stihl E20 nezaznamenala v tomto sledovaném úseku rapidnějších snížení řeznosti. Snížením omezovací patky na 0,25 mm byly naměřeny řeznosti 18,48 cm2.s-1 a 27,20 cm2.s-1. Průběh grafu u obou sledovaných grafů elektrických motorových pil nijak zásadně nezměnil a měl konkávní charakter poklesu hodnot. 5.6 Statistické vyhodnocení naměřených výsledků Statistické

porovnání

naměřených

výsledků

bylo

provedeno

v datovém

analytickém programu Statistica 10 CZ. V diplomové práci byl zkoumán vliv snížení omezovací patky a druhu dřeviny na řeznost řetězu elektrických motorových pil od dvou různých výrobců pil (Stihl a Husqvarna). Vyhodnocení bylo provedeno pro každou pilu samostatně a to dvoufaktorovou analýzou rozptylu s opakováním. U tohoto testu se srovnávali střední hodnoty řeznosti pro jednotlivé faktory. Nulová hypotéza je vždy nastavena tak, že se střední hodnoty všech souborů rovnají. Pokud byla nulová hypotéza zamítnuta, tak se pokračovalo Tuckeyho testem mnohonásobného porovnávání. Dále byl proveden párový t test, kde se srovnávali střední hodnoty řeznosti u dvou druhů pil bez ohledu na dřevinu snížení omezovací patky. Měření byly provedeny na stejných vzorcích, proto byl použit tento test hladina významnosti alfa byla zvolena u všech testů 0,05, tzn. že výsledky jsou uváděny s pravděpodobností 95 %.

Pila Husqvarna ANOVA zamítnula nulovou hypotézu o shodě středních hodnot jak pro faktor dřevina (p < 0,000), tak i pro faktor snížení omezovací pakty (p<0,000), což znamená, že mezi středními hodnotami jsou statisticky prokazatelné rozdíly u obou zkoumaných faktorů. Tyto rozdíly jsou dobře patrné z grafů, kde jsou vyneseny střední hodnoty s jejich intervaly spolehlivosti. Které jednotlivé druhy dřevin respektive které velikosti snížení omezovací patky se od sebe konkrétně lišily, ukazují Tuckeyho testy.

40

snizeni patky; Průměry MNČ Současný efekt: F(3, 48)=361,42, p=0,0000 Dekompozice efektivní hypotézy Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti 28 27 26 25

reznost H

24 23 22 21 20 19 18 17 25

45

75

100

snizeni patky

graf č.6 řeznost elektrické motorové pily Husqvarna 1600

41

drevina; Průměry MNČ Současný efekt: F(2, 48)=131,51, p=0,0000 Dekompozice efektivní hypotézy Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti 24,5 24,0 23,5

reznost H

23,0 22,5 22,0 21,5 21,0 20,5 20,0 19,5 SM

BK

HB

drevina

graf č.7 Porovnání řeznosti na dřevinách u elektrické motorové pily Husqvarna 1600

Tukeyův HSD test; proměnná reznost H (Tabulka1) Přibližné pravděpodobnosti pro post hoc testy Chyba: meziskup. PČ = ,44632, sv = 48,000 snizeni patky {1} - 19,676 {2} - 21,537 {3} - 26,104 {4} - 18,719 1 25

0,000167

2 45

0,000167

3 75

0,000167

0,000167

4 100

0,001645

0,000167

0,000167

0,001645

0,000167

0,000167 0,000167

0,000167

Tukeyův HSD test; proměnná reznost H (Tabulka1) Přibližné pravděpodobnosti pro post hoc testy Chyba: meziskup. PČ = ,44632, sv = 48,000 drevina

{1} - 23,451

1 SM

{2} - 20,867 0,000126

2 BK

0,000126

3 HB

0,000126

{3} - 20,210 0,000126 0,008721

0,008721

42

Pila Stihl ANOVA zamítnula nulovou hypotézu o shodě středních hodnot jak pro faktor dřevina (p < 0,000), tak i pro faktor snížení omezovací pakty (p<0,000), což znamená, že mezi středními hodnotami jsou statisticky prokazatelné rozdíly u obou zkoumaných faktorů. Tyto rozdíly jsou dobře patrné z grafů, kde jsou vyneseny střední hodnoty s jejich intervaly spolehlivosti. Které jednotlivé druhy dřevin respektive které velikosti snížení omezovací patky se od sebe konkrétně lišily, ukazují Tuckeyho testy.

snizeni patky; Průměry MNČ Současný efekt: F(3, 48)=75,063, p=0,0000 Dekompozice efektivní hypotézy Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti 34,0 33,5 33,0 32,5 32,0

reznost S

31,5 31,0 30,5 30,0 29,5 29,0 28,5 28,0 27,5 25

45

75

100

snizeni patky

graf č. 8 Řeznost elektrické motorové pily Stihl E20

43

drevina; Průměry MNČ Současný efekt: F(2, 48)=724,54, p=0,0000 Dekompozice efektivní hypotézy Vertikální sloupce označují 0,95 intervaly spolehlivosti 37 36 35 34

reznost S

33 32 31 30 29 28 27 26 SM

BK

HB

drevina

graf č. 9 Porovnání řeznosti na dřevinách u elektrické motorové pily Stihl E20 Tukeyův HSD test; proměnná reznost S (Tabulka1) Přibližné pravděpodobnosti pro post hoc testy Chyba: meziskup. PČ = ,51728, sv = 48,000 snizeni patky {1} - 28,799 {2} - 30,699 {3} - 32,737 {4} - 30,867 1 25

0,000167

2 45

0,000167

3 75

0,000167

0,000167

4 100

0,000167

0,918773

0,000167

0,000167

0,000167

0,918773 0,000167

0,000167

Tukeyův HSD test; proměnná reznost S (Tabulka1) Přibližné pravděpodobnosti pro post hoc testy Chyba: meziskup. PČ = ,51728, sv = 48,000 drevina {1} - 35,687 {2} - 27,514 {3} - 29,126 1 SM

0,000126

2 BK

0,000126

3 HB

0,000126

0,000126 0,000126

0,000126

44

Srovnání dvou druhů pil Párový t test zamítl nulovou hypotézu o shodě středních hodnot řeznosti dvou různých druhů pil (p < 0,000). Střední hodnoty řeznosti jsou ve sloupci „Průměr“ výsledné tabulky testu. t-test pro závislé vzorky (Tabulka1) Označ. rozdíly jsou významné na hlad. p < 0,05000 Průměr

Sm.od ch.

N

R Sm.odc oz h. díl rozdílu

t

sv

p

Int. spolehl. - 95,000%

Int. spolehl. +95,000%

reznos 3,3470 21,50911 tH 34 reznos 3,9080 30,77544 60 t Stihl 96

9, 26 3,29 63 3

21,756 59 8

0,0000 -10,1186 00

-8,41410

45

6. Diskuze 6.1 Přítlačná síla Na zkušební aparatuře jsem po celou dobu testování používal přítlačné závaží o hmotnosti 6 kg, což znamená, že přítlačná síla byla cca 58,86 N. Domnívám se, že pokud by se přítlačná síla snížila na 39,24N (4kg) nebo 19,62N (2kg), mohli bychom dosáhnout uspokojivějších výsledků při řezání s vyšší hodnotou omezovače. Hodnota odporu kladená na dno omezovací patky by nebyla tak velká. Řetěz by odebíral menší třísku a ještě by řezal. (Balint, 2009) Během testování na zkušební aparatuře bylo použité přítlačné závaží 2kg (19,62 N) bylo dosaženo lepších výsledků řeznosti s ohledem na to, že se prokázala hypotéza o snížení odporu při snížení přítlačné síly, která byla v testování ověřena.

6.2 Hodnota snížení omezovací patky U hoblovacích řetězů se kromě vlastního řezání část práce spotřebovává na drcení a dopravu piliny a tření mezi lištou. Hodnota snížení omezovací patky má určující význam pro výšku odebírané třísky, je-li omezovač vysoký, tak se můžeme potýkat s těmito problémy: 

řetěz neřeže, nebo jen málo



nadměrné opotřebení všech kluzných části pilového řetězu i vodící lišty



zvýšení námahy pracovníka a s tím i vibrace přenášené do rukou

Oproti tomu nízký omezovač: 

pila řeže, ale odebírá velkou třísku



narůst řezného odporu



větší možnost zpětného vrhu pily



vyšší opotřebení břitu řetězu a nýtů



riziko přetržení tohoto řetězu.

Z dosažených výsledků jednoznačně vyplývá, že nejoptimálnějším nastavením omezovací patky vůči bočnímu břitu je na hodnotu 0,75mm. 46

Musíme si uvědomit, že při nízkém omezovači je nadměrně namáhána spojka i motor řetězové pily nad svůj jmenovitý výkon. Jde tu tedy o snížení životnosti spojky i motorové části pily. U elektrické motorové pily Husqvarna 1600 při vyšším snížení omezovací patky nastává podstatný rozdíl v řeznosti (cca 62%) v porovnání s elektrickou motorovou pilou Stihl E20.

6.3 Geometrie hoblovacího článku a úhel ostření Pokud

bude

úhel

broušení

ostřejší,

bude

řetěz

snáze

pronikat

do dřeva. Simanov (2004) uvádí pro měkké dřevo 30° a pro tvrdé, suché nebo zmrzlé dřevo 35°. Firma Stihl doporučuje pro všechny pilové řetězy, které byly testovány 30° úhel ostření. Dále výrobce doporučuje úhel čela 85° u pilových řetězů s kulatým profilem hoblovacího článku a u řetězů s profilem hranatým 60°. Hodnotu snížení omezovací patky vůči hraně hoblovacího článku udává výrobce v rozmezí od 0,45mm – 0,80mm. Přitom na hodnotu 0,45mm doporučuje výrobce snížit omezovač u řetězu 61 PMC a u ostatních řetězů firmy Stihl je doporučeno snížit omezovací patku na 0,65mm. Jednalo se o řetězy 36RSC, 36RMC. Hodnotu 0,75mm snížení omezovače doporučuje výrobce u řetězů s roztečí 0,404“, které však nebyly předmětem mého šetření. Před započetím měření byl pasametrem změřen rozdíl omezovače vůči hraně břitu hoblovacího zubu naměřené hodnoty viz příloha 10.2. Bylo tedy na snaze optimalizovat výšku omezovací patky na 0,75mm a úhel broušení doporučený výrobcem. Takto upravené řetězy lze lépe porovnávat a dosažené výsledky mají vyšší vypovídající schopnost než řetězy s rozdílnou geometrií hoblovacího článku. 6.4 Porovnání výkonnosti elektrických motorových pil Vyhodnocením všech grafů v sekci výsledky měření je jednoznačně prokázán vliv výkonnosti motorové pily. Je tedy zřejmé, že výkonnější elektrická motorová pila má vyšší řeznou rychlost, kterou uvádí (Neruda a Simanov, 2006) mezi další faktory ovlivňující řeznou sílu (řezný odpor): aw - koeficient vlivu vlhkosti dřeva av - koeficient vlivu řezné rychlosti as - koeficient vlivu stavu dřeva (zmrzlé, nezmrzlé dřevo) 47

Maximální výkon elektrické motorové pily je omezen příkonem elektrické sítě (2,2 kW – 2,5 kW) a jestli odečteme ztrátu výkonu (tření mezi vodícím článkem a lištou, atd.), tak dostaneme výkon cca 1,4 kW u elektrické motorové pily Husqvarna 1600, u elektrické motorové pily se dostaneme na hodnotu cca 2,3 kW. Při testování vyšly hodnoty uvedené v tabulce 10.4 v přílohách. Vypočtené hodnoty výkonu vychází u elektrické motorové pily Husqvarna 1600 v rozmezí 0,99 kW – 1,59 kW a u elektrické motorové pily Stihl E20 v rozpětí 1,45 kW – 2,13 kW. 6.5 Doporučení pro praxi Nevýhodou elektrické motorové pily Stihl E20 je to, že mohlo být testování hoblovacích řetězů jen s roztečí ,,3/8“, což jednoznačně zužuje možnosti testování oproti Husqvarně 1600, kde výrobce standardně dodává řetězku s roztečí ,, 3/8“, ale lze i dokoupit řetězku s roztečí ,,0.325“. Testování bylo tedy prováděno pouze na různých typech řetězů s roztečí ,,3/8“. Bylo by vhodné, aby výrobci dodávali řetězky různých roztečí, aby bylo možné spolehlivě jednoznačně určit nejvhodnější typ řetězu pro konkrétní typ motorové pily. Na základě naměřených a vypočítaných hodnot je nejlépe zvolit pro elektrickou motorovou pilu Husqvarna 1600 řetěz 36 RMC a pro elektrickou motorovou pilu Stihl E20 taktéž řetěz 36 RMC, výsledné hodnoty viz tabulka 10.4 v přílohách. Z grafických výstupů lze jednoznačně tvrdit, že nejoptimálnějším nastavení omezovací patky je na hodnotu 0,75mm. 6.6 Zkušební aparatura V diplomové práci byla použita měřící aparatura navržená profesorem Jindřichem Nerudou. Mohlo by se zdát, že jde o zastaralou aparaturu cca 20 let starou, avšak poskytuje dostatečně spolehlivá a přesná data. Při porovnání s přesností měřené v bakalářské práci byl u časomíry v setinách sekundy a u záznamového média 20 snímků za sekundu. Přesnost nynější použité zkušební aparatury byla 99,9 měření za jednu sekundu.

48

6.7 Řezná spára Řezná spára vzniká činností několika břitů současně a tříska se tvoří v uzavřeném prostoru. V bakalářské práci byl jednoznačně prokázán vliv řeznosti na šířce řezné spáry. V této práci byla řezná spára měřena a použita k výpočtu výkonu elektrických motorových pil. Lze tvrdit již prokázanou věc, že čím bude užší řezná souprava, tím bude moci odebírat vyšší třísku, než řezné soupravy s širší řeznou spárou. Šířku řezné spáry udávají dva hoblovací články (pravý, levý), jejichž součtem šířek získáme přibližně tloušťku řezné spáry. Samozřejmě maximální odebíraná tříska řetězem má svůj limitující faktor, který je daný výkonem motorové pily. 6.8 Druh dřeviny Musíme si uvědomit, že víceméně každý druh dřeviny má jinou pevnost a to úzce souvisí i s hodnotou síly potřebné k oddělení elementu třísky hoblovacím článkem pilového řetězu.

49

7. Závěr Při stanovení koeficientů řeznosti byla měřena řeznost se třemi pilovými řetězy různého typu, na třech dřevinách, při čtyřech hodnotách snížení omezovací patky, u dvou elektrických motorových pil a to vše v pěti sériích měření. Cílem diplomové práce je stanovení koeficientů řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry a dřeviny. Během testování byly použity tyto řetězy: 

36 RSC – pilový řetěz s pravoúhlým profilem zubů na broušený pilníkem



36 RMC – pilový řetěz s kulatým profilem zubů nabroušený pilníkem



61 PMC – pilový řetěz s kulatým profilem s bezpečnostní úpravou zubů nabroušený pilníkem

Řeznost pilových řetězů se pohybovala u elektrické motorové pily Stihl E20 na habru 27,20 cm2. s-1 – 31,27 cm2. s-1 , na buku 26,20 cm2. s-1 – 29,80 cm2. s-1 a na smrku 33,13 cm2. s-1

– 37,55 cm2. s-1. Řeznost pilových řetězů se pohybovala

u elektrické motorové pily Husqvarna 1600 na habru 16,42 cm2. s-1 – 25, 90 cm2. s-1, na buku 17,94 cm2. s-1 – 25,94 cm2. s-1 a na smrku 21,16 cm2. s-1- 26,61 cm2. s-1. Stihl E20 při hodnotě snížení omezovací patky na 0,75mm i u elektrické motorové pily Husqvarna 1600 bylo nejlepších výsledků dosaženo použitím pilového řetězu 36RMC, kde hodnoty řeznosti vyšly 37,55 cm2.s-1

a 26,61 cm2.s-1. Nevýhodou

elektrické motorové pily Stihl E20 je to, že mohlo být testování řetězů jen s roztečí ,,3/8“, což jednoznačně zužuje možnosti testování oproti Husqvarně 1600, kde výrobce standardně dodává s řetězkou s roztečí ,, 3/8“, ale lze i dokoupit řetězku s roztečí ,,0.325“. Testování bylo tedy prováděno pouze na různých typech řetězů s roztečí ,,3/8“. Bylo by vhodné, aby výrobci dodávali řetězky různých roztečí, aby bylo možné spolehlivě jednoznačně určit nejvhodnější typ řetězu pro konkrétní typ motorové pily. Na základě naměřených a vypočítaných hodnot je nejlépe zvolit pro elektrickou motorovou pilu Husqvarna 1600 řetěz 36 RMC a pro elektrickou motorovou pilu Stihl E20 taktéž řetěz 36 RMC, výsledné hodnoty viz tabulka 10.4 v přílohách. Z grafických výstupů lze jednoznačně tvrdit, že nejoptimálnějším nastavení omezovací patky je na hodnotu 0,75mm.

50

8. Summary In determining the coefficients of cutting rate was measured with three different types of saw chains on three tree species at four levels of restraint reduction foot, two electric chainsaws and all five series of measurements. The aim of the thesis is to determine the coefficients řeznosti chainsaw with regard to the width of the kerf and trees. During testing, these chains were used: • 36 RSC - chain saw with a rectangular profile of the teeth to cut with a file • 36 RMC - chain saw with a round profile teeth sharpened with a file • 61 PMC - chain saw with a round profile with a safety modification teeth sharpened with a file Cutting rate of saw chains have moved in the electric chain saw Stihl E20 on hornbeam 27,20 cm2. s-1 – 31,27 cm2. s-1, the beech 26,20 cm2. s-1 - 29,80 cm2. s-1 and on spruce 33,13 cm2. s-1 – 37,55 cm2. s-1. Cutting rate of saw chains have moved in the electric chain saw Husqvarna 1600 on hornbeam 16,42 cm2. s-1 - 25,90 cm2. s-1, the beech 17,94 cm2. s-1 – 25,94 cm2. s-1 and on spruce 21,16 on spruce – 26,61 cm2. s-1. Stihl E20 limiting value reduces foot 0.75 mm even electric chainsaw Husqvarna 1600 the best results were achieved using a chain saw 36RMC, where the values come řeznosti 37,55 cm2. s-1 and 26,61 cm2. s-1. The disadvantage of electric chain saws Stihl E20 is that it could be tested only with the planer chain pitch, 3/8 ", which clearly narrows the options for testing against Husqvarna 1600, where the producer comes standard with a sprocket pitch, 3/8", but You can also buy a sprocket pitch, 0.325 ". Testing was therefore carried out only on the different types of chains with a pitch, 3/8 ". It would be appropriate for manufacturers to supply various sprocket pitch that was clearly possible to reliably determine the best type of chain for a particular type of chain saws. Based on the measured and calculated values is best to choose an electric chain saw Husqvarna chain 1600 36 RMC and electric chainsaw Stihl E20 chain 36 also RMC resulting values see table 10.4 in the annexes. The graphic outputs can clearly say that

the

optimal

setting

foot

restraint

on

the

value

of

0.75

mm.

51

9. Seznam použité literatury a elektronické zdroje BALINT, P.: Posouzení řeznosti motorové pily s ohledem na šířku řezné spáry. Bakalářská práce. Brno: MZLU v Brně, 2009. 50s. ČERNÝ, Z. -- NERUDA, J. Využití motorové pily a křovinořezu v zemědělství. 1.vyd. Praha: Institut výchovy a vzdělání Ministerstva zemědělství ČR, 1994. 52s. Mechanizace. ISBN-80-7105-074-1. NERUDA, J.-- SIMANOV, V. Technika a technologie v lesnictví. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2006. 324s ISBN 80-7157-988-2 NERUDA, J. – ČERNÝ, Z. Motorová pila a křovinořez. 1. vyd. Praha: Ústav zemědělských a potravinářských informací, 2006. 90s. ISBN 80-7271-175-X. NEVRKLA, P.-- NERUDA, J. Rozbor konstrukčních a funkčních parametrů pilových řetězů. In MESSINGEROVÁ, V. – STANOVSKÝ, M. Perspektivy vývoja ťažbodopravného procesu a využití biomasy v lesnom hospodárstve. Zvolen: Technická univerzita vo Zvolene, 2006, s. 151 – 156. ISBN 80-228-1661-2. NEVRKLA, P.:Kvalitativní posouzení řetězů přenosných řetězových pil. Diplomová práce. Brno: MZLU v Brně, 2006. 66s. SIMANOV, V. -- KOHOUT, V. Těžba a doprava dříví. 1.vyd. Písek: Matice lesnická spol. s.r.o., 2004, 411s. středoškolská učebnice. ISBN 80-86271-14-5 PETŘÍČEK, V. a kol: Mechanizační prostředky v lesnictví. 1. vyd. SZN Praha, 1984. 288s.

52

Elektronické zdroje: -

AZ Centrum. Historie firmy Husqvarna [online] citováno 16. 4. 2012 Dostupné na World Wide Web:http://www.azcentrum.cz

-

Stihl. Historie firmy Stihl [online] citováno 16. 4. 2012 Dostupné na World Wide Web:http://www. czstihl.cz/stihl

-

Stihl. Magazín Stihl Jaro 2005 [offline] citováno 16.4.2012

-

Stihl. Magazín Stihl Zima 2008 [online] citováno 16. 4. 2012 Dostupné na World Wide Web:http://www.stihl.cz/zabava/files/zima_2008.pdf

-

Stihl. Stihl Olomatic Saw Chain [online] citováno 30. 3. 2012 Dostupné na World Wide Web: http://www.stihlusa.com/chain-guide-bar/saw-chain.html

-

Gandelová, L., Horáček, P., Šlezingerová, J. Mechanické vlastnosti dřeva [online] 16. 4. 2012 Dostupné na World WidWeb:http://<www.wood.mendelu/cz/selections/props/?q=node/54>

53

10. Přílohy 10.1 Seznam použitých zkratek a symbolů: 

36 RSC - „3/8“ Rapid Super Comfort – pilový řetez s hranatým profilem zubů s vodícími články bez bezpečnostních úprav ( dále jen 36 RSC)



61 PMC - „3/8“ Picco Micro Comfort – pilový řetěz s oblým profilem zubů s vodícími články s bezpečnostní úpravou (dále jen 61PMC)



36 RMC - „3/8“ Rapid Micro Comfort – pilový řetez s oblým profilem zubů s vodícími bez bezpečnostních úprav ( dále jen 36 RMC)



36 RSC S, 61 PMC S, 36 RMC S – zkratka pro pilové řetězy připevněné na elektrické motorové pile Stihl E20



36 RSC H, 61 PMC H, 36 RMC H – zkratka pro pilové řetězy připevněné na elektrické motorové pile Husqvarna 1600



σ – Značka směrodatné odchylky



Me – zkratka pro medián



Ø – značka pro aritmetický průměr

54

10.2 Tabulky hodnot snížení omezovací patky z výroby měřené pasametrem Stihl 36 RMC

číslo zubu omezovací patka hřbet zubu snížení omezovací patky 1

2,38

3,01

0,63

2

2,41

3,04

0,63

3

2,37

3,00

0,63

4

2,38

3,00

0,62

5

2,39

3,01

0,62

6

2,40

3,02

0,62

7

2,37

2,99

0,62

8

2,39

3,00

0,61

9

2,38

3,03

0,65

10

2,40

3,04

0,64

11

2,40

3,03

0,63

12

2,39

3,02

0,63

13

2,40

3,04

0,64

14

2,39

3,00

0,61

15

2,42

3,04

0,62

16

2,36

3,01

0,65

17

2,23

2,80

0,57

18

2,33

2,90

0,57

19

2,22

2,84

0,62

20

2,22

2,79

0,57

21

2,20

2,84

0,64

22

2,26

2,82

0,56

23

2,20

2,80

0,60

24

2,21

2,81

0,60

25

2,26

2,87

0,61

26

2,30

2,87

0,57

27

2,23

2,79

0,56

28

2,31

2,81

0,50

29

2,30

2,89

0,59

30

2,21

2,85

0,64

ø

0,61

55

Stihl 36 RSC číslo zubu omezovací patka hřbet zubu snížení omezovací patky 1

2,55

3,08

0,53

2

2,54

3,06

0,52

3

2,56

3,07

0,51

4

2,54

3,09

0,55

5

2,56

3,11

0,55

6

2,57

3,12

0,55

7

2,61

3,08

0,47

8

2,55

3,13

0,58

9

2,50

3,10

0,60

10

2,52

3,10

0,58

11

2,54

3,06

0,52

12

2,59

3,09

0,50

13

2,54

3,10

0,56

14

2,50

3,07

0,57

15

2,54

3,13

0,59

16

2,85

3,41

0,56

17

2,85

3,45

0,60

18

2,85

3,44

0,59

19

2,81

3,44

0,63

20

2,80

3,41

0,61

21

2,81

3,42

0,61

22

2,81

3,41

0,60

23

2,83

3,38

0,55

24

2,82

3,42

0,60

25

2,85

3,45

0,60

26

2,82

3,44

0,62

27

2,84

3,44

0,60

28

2,83

3,44

0,61

29

2,82

3,37

0,55

30

2,80

3,40

0,60

ø

0,57

56

Stihl 61 PMC číslo zubu

omezovací patka

hřbet zubu

snížení omezovací patky

1

0,68

0,85

0,17

2

0,68

0,83

0,15

3

0,68

0,83

0,15

4

0,68

0,83

0,15

5

0,68

0,83

0,15

6

0,68

0,85

0,17

7

0,68

0,85

0,17

8

0,68

0,85

0,17

9

0,68

0,84

0,16

10

0,68

0,84

0,16

11

0,68

0,84

0,16

12

0,68

0,86

0,18

13

0,01

0,21

0,20

14

0,05

0,28

0,23

15

0,08

0,34

0,26

16

0,08

0,34

0,26

17

0,08

0,31

0,23

18

0,08

0,34

0,26

19

0,08

0,23

0,15

20

0,08

0,34

0,26

21

0,08

0,28

0,20

22

0,08

0,25

0,17

23

0,08

0,30

0,22

24

0,08

0,25

0,17

25

0,08

0,31

0,23

ø

0,19

57

10.3 Tabulky dat naměřené na zkušební aparatuře Husqvarna 1600 výška omezovací patky 1mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření 3,73 1,96 1,56 0,92 1,12

konec měření čas měření 11,66 7,93 9,67 7,71 9,45 7,89 9,11 8,19 9,56 8,44 ø 8,032

plocha 172,65 171,99 172,56 174,73 176,16 σ Me

řeznost 21,77175 22,30739 21,87072 21,33455 20,87204 21,63129 0,48963 21,77175

Husqvarna 1600 výška omezovací patky 1mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření 2,28 0,82 1,05 1,38 1,42


plocha 150,42 150,18 165,35 170,81 175,45 σ Me

řeznost 17,97133 18,02881 18,70475 17,68219 17,25172 17,93 0,476058 17,97133

Husqvarna 1600 výška omezovací patky 1mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření 1,55 0,83 1 1,27 1,36


plocha 143,98 144,32 146,37 146,1 150,92 σ Me

řeznost 17,43099 16,38138 16,42761 16,65906 16,08955 16,59772 0,45433 16,42761

58

Husqvarna 1600 výška omezovací patky 0,75 mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek konec měření měření čas měření plocha řeznost 1,45 8,37 6,92 175,46 25,35549 1,33 7,88 6,55 174,33 26,61527 3,41 10,14 6,73 174,73 25,96285 1,08 7,52 6,44 173,53 26,94565 1,5 7,76 6,26 172,35 27,53195 ø 6,58 26,48 0,758111 σ Me 26,61527

Husqvarna 1600 výška omezovací patky 0,75 mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5


Husqvarna 1600 výška omezovací patky 0,75 mm habr: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek konec měření měření čas měření plocha řeznost 1,13 6,96 5,83 147,16 25,24185 0 5,67 5,67 145,37 25,63845 1,33 6,78 5,45 144,15 26,44954 1,1 6,63 5,53 144,75 26,17541 1,7 6,83 5,13 140,78 27,4425 ø 5,522 26,19 0,753593 σ Me 25,90693

59




čas počátek měření konec měření měření 1,30 7,22 5,92 1,30 7,56 6,26 1,57 8,22 6,65 1,36 7,54 6,18 0,87 6,89 6,02 ø 6,206

plocha řeznost 125,94 21,27 129,20 20,64 129,88 19,53 126,88 20,53 126,09 20,95 20,58 0,586703 σ Me 20,58486


počátek měření konec měření 1,05 8,26 1,7 8,81 3,38 10,09 0,93 8,39 1,05 7,88 ø

čas měření 7,21 7,11 6,71 7,46 6,83 7,064

plocha 138,83 138,53 137,15 139,01 137,91 σ Me

řeznost 19,2552 19,48383 20,43964 18,63405 20,1918 19,60 0,651256 19,36951

60


čas počátek měření konec měření měření plocha řeznost 0,81 10,03 9,22 196,36 21,30 1,28 10,77 9,49 197,32 20,79 0,15 9,19 9,04 195,35 21,61 0,90 10,25 9,35 196,62 21,03 1,00 10,07 9,07 195,81 21,59 ø 9,234 21,26 0,317371 σ Me 21,16303





61

Stihl E20 snížení omezovací patky 1 mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření konec měření čas měření plocha 1,48 6,22 4,74 164,2 1,3 5,86 4,56 161,54 1,51 5,92 4,41 160,03 0,78 5,21 4,43 160,08 1,55 5,88 4,33 158,19 ø 4,494 σ Me

řeznost 34,64135 35,42544 36,28798 36,13544 36,53349 35,80474 0,688666 36,13544

Stihl E20 snížení omezovací patky 1 mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření konec měření čas měření plocha 1,79 6,22 4,43 124,76 1,27 5,84 4,57 125,72 2 6,84 4,84 127,1 1,13 5,94 4,81 127,03 0,74 5,43 4,69 126,23 ø 4,668 σ Me

řeznost 28,16253 27,50985 26,26033 26,40956 26,91471 27,0514 0,707278 26,91471

Stihl E20 snížení omezovací patky 1 mm habr: číslo měření 1 2 3 4 5

počátek měření konec měření čas měření plocha 2,1 7,59 5,49 157,7 0,84 5,23 4,39 136,33 1,65 6,24 4,59 137,04 1,94 6,58 4,64 137,39 0,00 4,68 4,68 137,96 ø 4,758 σ Me

řeznost 28,72495 31,05467 29,85621 29,60991 29,47863 29,74488 0,755949 29,60991

62

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,75 mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5


čas měření plocha 4,41 162,12 4,12 158,34 4,27 160,34 4,29 160,66 4,23 160,05 4,264 σ Me

řeznost 36,7619 38,43204 37,55035 37,44988 37,83688 37,60621 0,543252 37,55035

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,75 mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5

čas počátek měření konec měření měření plocha 9,35 13,38 4,03 123,73 0,72 5,08 4,36 125,32 1,57 5,76 4,19 124,89 1,82 5,93 4,11 123,99 0,93 5,21 4,28 125,12 ø 4,194 σ Me

řeznost 30,70223 28,74312 29,80668 30,16788 29,23364 29,73071 0,687482 29,80668

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,75 mm habr: číslo měření 1 2 3 4 5



řeznost 31,68445 30,20264 31,27002 31,47816 29,72786 30,87263 0,767206 31,27002

63

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,45mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5


plocha 166,04 165,66 162,81 163,01 158,17 σ Me

řeznost 36,01735 36,17031 36,26058 35,82637 37,04215 36,26335 0,416333 36,17031

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,45mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5


plocha 123,14 122,66 120,53 120,95 121,38 σ Me

řeznost 26,53879 26,89912 27,9652 27,86866 27,03341 27,26104 0,560265 27,03341

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,45mm habr: číslo měření 1 2 3 4 5


plocha 142,30 140,14 143,63 142,03 144,50 σ Me

řeznost 28,63179 29,62791 28,10763 28,86789 27,62906 28,57286 0,679827 28,63179

64

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,25mm smrk: číslo měření 1 2 3 4 5


řeznost 33,62554 33,96718 32,57054 33,13376 32,066 33,0726 0,689211 33,13376

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,25mm buk: číslo měření 1 2 3 4 5



řeznost 26,31723 25,94505 25,09313 26,50569 26,2048 26,01318 0,494543 26,2048

Stihl E20 snížení omezovací patky 0,25mm habr: číslo měření 1 2 3 4 5


řeznost 28,46336 27,38153 27,20198 26,83268 26,67892 27,31169 0,628189 27,20198

65

10.4 Tabulka výkonu motorové pily při různém typu řetězu

typ řetězu

tloušťka hobliny

šířka řezné

výkon

(mm)

spáry

(kW)

61 PMC S

0,45

0,770

1,453286

36 RSC S

0,60

0,850

2,139036

36 RMC S

0,65

0,855

2,33092

61 PMC H

0,45

0,770 0,99248797

36 RSC H

0,60

0,850

36 RMC H

0,65

0,855 1,59184758

1,4608048

10. 5 Geometrie hoblovacího článku 10.5.1 úhel broušení

Obr.č.11. foto autor

66

10.5.2 úhel břitu

Obr.č.12 Foto autor

10.5.3 úhel čela

Obr. č. 13 Foto autor

10.6 Tabulka průměrných hodnot měření úhlů úhel broušení úhel čela úhel řezu

61 PMN 25° 76°

36 RM 34° 76°

36 RS 28° 75°

67

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ Lesnická a dřevařská fakulta Ústav lesnické a dřevařské techniky DIPLOMOVÁ PRÁCE

Recommend Documents