SE445718B - Forfarande och anordning for att forhindra vibrationer och oljud i maskiner - Google Patents

Description

8007652-4 skarpt och gällt buller när det utför sågningsarbete. Naturligt- vis är det skarpa och gälla bullret från bandsågbladet väldigt obehagligt för öronen och även hälsovådligt för bandsâgmaski- nens operatör. Vidare kommer bullret sannolikt att bli en bullerstörningsfråga och detta i synnerhet eftersom bandsåg- maskiner i väldigt stor utsträckning också utnyttjas vid små fabriker och verkstäder utanför industriområden.

Badsågbladets vibration som förorsakar det skarpa och gälla bullret uppkommer grundläggande från det faktum att bandsågbladet p.g.a. sin flexibla natur i sig kommer att vibre- ra inte bara i sidled eller pä tvären utan även på bredden eller vertikalt när det utför sågningsarbete. Vidare har band- sägbladets vibrationer, vilka grundläggande uppträder på ovan nännt sätt, en tendens att ökas eller förstärkas p.g.a. det faktum att det föreligger en större dragpåkänning i en sträck- ning av bandsågbladet som skärande har passerat genom arbets- stycket som skall sågas än i den sträckning som skall skära in i arbetsstycket, och detta eftersom bandsågbladet drivs och dras med hjälp av det drivande bandsågshjulet under kraftig spänning. Även om bandsågbladets oönskade vibration reduceras med hjälp av sågbladets styrorgan för glidbar styrning av band- sågbladet, är det ett faktum att vibrationen är för kraftig för att i önskvärd utsträckning kunna reduceras endast med hjälp av styrorganen och följaktligen kommer bandsågbladet att fortsätta vibrera på ett öönskat sätt under det att det löper runt bandsåghjulen.

Vad som är värre är att bandsågbladets vibration inte endast kommer att förorsaka det skarpa, gälla bullret utan den har även dålig inverkan på skärnoggrannheten och bandsågbladets hastighet och dess livslängd och vidare kommer den att förorsa- ka dimbildning av skäroljan. Exempelvis kommer bandsågbladets vibration att resultera i en dålig ytjämnhet för ett sågat arbetsstycke, och vidare kommer den att göra den första delen av sågspåret bredare än det efterkommande ordinarie sâgspâret och av den anledningen kan inte en korrekt rak sågning erhållas.

Eftersom bandsågbladet har en benägenhet att flyta eller vandra kommer skärhastigheten att sjunka för mycket och vidare kommer bandsågbladet att ha en tendens att förslitas så att det blir oanvändbart utan att utföra sågning. Eftersom det vibrerande 8007652-4 bandsågbladet kommer att spruta skäroljan likt en dimma kommer vidare skäroljan att försvinna från bandsågmaskinen utan att kunna återvinnas och den kommer att stänka ned betjäningsperso- nal och bandsågmaskinens omgivning. Även om olika konventionella problem i exemplifierande syfte endast har beskrivits med hänvisning till bandsågmaski- ner i det ovanstående har även andra verktygsmaskiner än band- sågmaskiner varit utsatta för större eller mindre problem som förorsakats av buller och vibrationer som skall elimineras.

Med avseende på bandsågmaskiner är ett annat fundamen- talt, besvärande problem det faktum att bandsågbladet har en benägenhet att slira på hjulen när det förs över dessa för att utföra sågningsarbete. Dylik slirning resulterar från det faktum att bandsågbladet alltid flödas eller dränks med skär- olja under sågningsarbetet och denna skärolja förs upp på band- såghjulens periferiytor av bandsågbladet och följaktligen bil- das en oljefilm mellan bandsågbladet och hjulen periferiytor.

Bandsågbladets slirning på bandsåghjulen resulterar i att band- sågbladet skadas i större eller mindre utsträckning eftersom det när slirningen inträffar tvingas in i arbetsstycket som skall sågas utan att utföra någon sågning. Även om bandsåg- bladets slirning kan elimineras i viss utsträckning genom att öka bandsågbladets spänning mellan bandsåghjulen så kommer för kraftig spänning att förorsaka att bandsågbladet slits snabbare eller går sönder.

Ett grundläggande syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och en anordning för att förhindra eller minimera buller från ett långsträckt flexibelt element så- som ett bandsågblad i verktygsmaskiner såsom bandsågmaskiner.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt och en anordning för att förhindra eller minime- ra de vibrationer som förorsakar bullret från det långsträckta flexibla elementet såsom ett bandsågblad i verktygsmaskiner såsom bandsågmaskiner.

Dessa uppfinningens syften uppnås genom att förhindra uppkomsten av en stående våg från en sammansättning av en progressiv våg och en reflekterad våg i en längsgående vågfor- mad vibration som har befunnits vara den huvudsakliga orsaken 8007652-4 tilluppkomstenav buller i bandsågmaskiner vid drift. Enligt föreliggande uppfinning förhindras den stående vågen i den längsgående vågformade vibrationen från att uppkomma genom att den reflekterade vågen periodiskt störs genom en periodisk förändring av längden på eller spänningen i det långsträckta flexibla elementet, såsom bandsågbladet, vid arbete mellan hållarelement, såsom bandsåghjul, med hjälp av vilka det lång- sträckta flexibla elementet fasthålles.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt och en anordning för att förändra längden på och spänningen i det långsträckta flexibla elementet, såsom bandsågbladet, för att förhindra eller minimera buller och vibration i verktygsmaskiner, såsom bandsågmaskiner, under drift.

Följaktligen är det ett syfte med föreliggande upp- finning att åstadkomma ett sätt och en anordning för ökning av driftsnoggrannheten, arbetshastigheten och verktygets livs- längd i verktygsmaskiner, såsom bandsågmaskiner, genom att förhindra eller minimera vibrationer hos det långsträckta flexib- la elementet såsom bandsågbladet.

Ett ytterligare syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en bandsågmaskin i vilken bandsågbladet inte slirar på bandsåghjulen.

Andra syften och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå av följande beskrivning och bifogade rit- ningar vilka visar en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning och principen därför. På ritningarna är: fig. l en frontvy i vertikalprojektion av en horison- tell bandsågmaskin i vilken principerna för föreliggande upp- finning kan åskådliggöras, fig. 2a, 2b och 2c är kurvor som visar förändringar i buller vid förändringar av hastigheten för ett bandsågblad i en horisontell bandsågmaskin, fig. 3a och 3b är kurvor som visar förändringar i buller vid förändringar av spännvidden eller avståndet mellan styr- organen för bandsågbladet i en horisontell bandsågmaskin, fig. 4 är en frontvy i vertikalprojektion av ett band- såghjul för en bandsågmaskin såsom den som visas i fig. 1 och 8007652-4 utnyttjat för att åskådliggöra principerna för föreliggan- de uppfinning, fig. 5 är en sidovy i vertikalprojektion av bandsåg~ hjulet enligt fig. 4, och fig. 6 är en kurva som visar förändringar i bandsåg- bladets längd under sågningsarbete i en bandsågmaskin som är försedd med bandsåghjulet sam visas i fig. 4 och 5.

Såsom framgår av bifogade ritningar kommer föreliggande uppfinning att i exemplifierande syfte beskrivas med hänvisning till en horisontell bandsågmaskin som visas i fig. l och som allmänt betecknas med hänvisningssiffran 1. Det bör dock från början påpekas att föreliggande uppfinning vad gäller använd- ningen inte är begränsad till denna speciella typ av bandsåg- maskin utan är användbar inte endast vid varje lämplig känd typ av bandsågmaskin utan även vid andra verktygsmaskiner än bandsågmaskiner.

Pâ konventionellt sätt innefattar den horisontella band- sâgmaskinen l en rektangulär lådliknande bas 3 på vilken ett arbetsbord 5 och ett skruvstäd 7 är monterade för att hålla ett arbetsstycke W som skall sågas, samt på vilken ett såghu- vudsaggregat 9 är monterat vilket har åtskilda hussektioner ll och 13 och vilket är rörligt upp och ned,mot och bort från basen 3. Såghuvudsaggregatet 9 kan vara ledbart förbundet med basen 3 med hjälp av en gångjärnsbult l5 och kan vara så anordnat att det kan höjas bort från och sänkas ner mot basen med hjälp av lämpliga organ såsom en hydraulmotor 17 av cylindertyp. I såghuvudsaggregatet 9 är ett flexibelt änd- löst bandsågblad 19 fört runt ett drivhjul 21 och ett drivet hjul 23 vilka är monterade för rotation på åtskilda parallella axlar 25 resp. 27 i hussektionerna ll resp. 13. Drivhjulet 21 drivs att rotera tillsammans med axeln 25 för att driva band- sågbladet l9 och ge detta en omloppsrörelse, och det drivna hjulet 23 hålls draget eller förspänt bort från drivhjulet 21 med hjälp av lämpliga organ i och för att korrekt spänna band- sågbladet 19. Bandsågbladet 19 är vid den horisontella bandsåg- maskinens l skärzon glidbart fasthållet eller styrt med sin skäregg vänd vertikalt nedåt, med hjälp av ett par styraggregat 29 och 31, varigenom sågningssträckningen åstadkommes däremellan. 8007652-4 Styraggregaten 29 och 31, vilka vanligtvis är så utformade att de förser bandsågbladet 19 med skärolja, är borttagbart fast- gjorda vid eller integrerat anordnade vid de nedre ändarna av stödarmar 33 resp. 35 som fasthâlles med hjälp av ett balk- element 37 som är fastsatt vid varje övre del av såghuvuds- aggregatet 9. Vidare kan den ena eller båda stödarmarna 33 och 35 vara justerbart rörliga utmed balkelementet 37 så att spänn- vidden eller avståndet mellan styraggregaten 29 och 31 kan justeras i beroende av tvärsnittslängden på den sågning som skall utföras pâ arbetsstycket W. När sålunda såghuvudsaggrega- tet 9 svängs ned runt gångjärnsbulten 15 från sitt upphöjda lä- ge, kommer bandsâgbladet 19 som roterar runt drivhju- - let 21 och det drivna hjulet 23 i såghuvudsaggregatet 9 att ma- tas för sågning av arbetsstycket W som fasthålles på arbetsbor- det 5 med hjälp av skruvstädet 7.

I den horisontella bandsågmaskinen 1 sådan den beskrivits ovan har det vanligtvis varit av allvarlig nackdel att band- sågbladet 19 varit utsatt för vibration och åstadkommit ett mycket skarpt och gällt buller p.g.a. denna vibration och att bandsågbladet vidare har haft en benägenhet att glida på driv- hjulet 21 och det drivna hjulet 23 när det utfört en skärver- kan. Den vibration som förorsakar bullret hos bandsågbladet 19 har en tendens att ökas eller förstärkas eftersom det före- ligger en större dragpåkänning i den sträckning av bandsågbla- det 19 som ligger mellan arbetsstycket W och drivhjulet 21 än i den sträckning som ligger mellan arbetsstycket W och det drivna hjulet 23. Även om styraggregaten 29 och 31 verkar till att reducera bandsågbladets 19 vibration har det varit ett faktum att vibrationen varit för kraftig för att minskas en- dast med hjälp av dessa och bandsågbladet 19 har ändå fortsatt vibrera kraftigt och åstadkomma det skarpa och gälla bullret.

Hitintills har det dock inte klargjorts hur det skarpa och gälla bullret alstras från bandsâgbladets 19 vibration under skärarbete i bandsågmaskiner. Då detta var fallet har uppfinnaren gjort ett flertal experiment för att analysera frekvensen hos vibrationerna och bullret från bandsågbladet 19 och detta i synnerhet i syfte att undersöka typen av våg hos den vibration som förorsakar det skarpa och gälla-bullret. 8007652-4 Vid dessa experiment sågade uppfinnaren i en stång av rost- fritt stål (Japanese Industrial Standard (JIS): SUS 300) med 200 mm diameter och vid en fast skärhastighet och med ett matningstryck av l3 kg/cmz, och utnyttjade en horisontell band- sågmaskin (modell HA-404 från Amada Company, Ltd) och ett bandsågblad (GLB-3M från samma företag).

Först gjorde uppfinnaren, i syfte att finna förändringar i buller vid förändringar av bandsågbladets hastighet, såg- ningsexperiment med spännvidden eller avståndet mellan styr- aggregaten inställt till ca 200 mm och med de olika bandsåg- bladshastigheterna 30 m/min, 40 m/min och 60 m/min. Resultatet av experimenten var att bullret förändrades med förändringar i frekvens på det sätt som visas i kurvorna i fig. 2a, 2b och 2c. Det framgår att grundtonerna med bandsågbladshastigheter- na 30 m/min, 40 m/min och 60 m/min var 1400 Hz, 1425 Hz resp. 1425 Hz såsom framgår av fig. 2a, 2b resp. 2c. Sålunda har det genom experimenten framkommit att frekvensen 1400 Hz tagen såsom grundton inte står i direkt förhållande till bandsågbla- dets hastighet. Följaktligen tycks resultatet av experimenten indikera att en inneboende resonans i bandsågbladet och i den horisontella bandsågmaskinens stomme har en inverkan på bull- ret.

I syfte att finna förändringar i buller med förändringar i avståndet mellan styraggregaten för bandsågbladet gjorde uppfinnaren därefter sågningsexperiment vid en bandsågblade- hastighet av 30 m/min och med avståndet mellan styraggregaten alternativt inställt till 200 mm och 300 mm. Resultatet blev att frekvenserna med l400 Hz tagen som grundzon inte förändra- des vare sig avståndet mellan styraggregaten var inställt till 200 mm eller 300 mm, vilket framgår av kurvorna i fig. 3a och 3b. Sålunda har man genom experimenten funnit att bullret hu- vudsakligen uppträder från den längsgående vågen i bandsåg- bladets vibration i den horisontella bandsågmaskinen.

Vidare har man genom att i experimentellt syfte hamra på olika delar av den horisontella bandsågmaskinen funnit att den horisontella bandsågmaskinens stomme innefattande såghus- aggregatet och styraggregaten för bandsågbladet inte ger någon resonans med bandsågbladet. Närmare bestämt har man funnit att 8007652-4 bandsågbladet bildar ett oberoende vibrationssystem tillsam- mans med drivhjulet och det drivna hjulet medan den horisontel- la bandsågmaskinens stomme bildar ett annat oberoende vibratione- system.

Såsom beskrivits ovan har man genom experiment funnit att bullret i den horisontella bandsågmaskinen huvudsakligen uppkommer från den längsgående vågformade vibrationen som är oberoende av den horisontella bandsågmaskinens stomme. Detta resultat av experimenten kan visas vara rimligt genom mate- matisk beräkning av den inneboende vibrationen i den horison- tella bandsågmaskinen som har utnyttjats i experimenten.

Differentialekvationen för en längsgående våg i ett flexibelt element uttrycks på följande sätt: 2 2 6 u = 3 3 . CZ (1) ät öx . 2 E d' C - -- ar p p = täthet E = elasticitetsmodul Med avseende på bandsågbladet kan ekvation (1) omvandlas på följande sättz, där u = bandsâgbladets förskjutning t = tid x = koordinater A = bandsâgbladets tvärsnittsyta I = tröghetsmoment hos det drivna hjulet r radien för drivhjulet och det drivna hjulet När en längsgående våg i vibrationen uppträder i bandsåg- maskinens bandsågblad uttrycks förhållandena i gränsområdet mellan bandsågbladet och de båda drivande och drivna hjulen på följande sätt: 8007652-4 9 I özu = -E-A-rz su (x = L) J 6t2 åx I özu = -E-A'r2 su (x = O) K ¿t2 öx där I = tröghetsmoment hos drivhjulet K Ovanstående ekvationer är dock inte tillräckliga för att lösa ekvation (1) och vidare är tröghetsmomenten IK och IJ hos de drivande och drivna hjulen mycket stora. Om man antar att båda ändar av bandsågbladets sträckning mellan drivhjulet och det drivna hjulet är fixerade erhålls följaktligen nedan- stående ekvationer: L 0 (2) O när x 11 0 när x 'll Ekvation (l) omvandlas på följande sätt: u = Q-X Q = Asinyt + Bcosyt (3) = - Y Y X Csin C x + Dcos C x där Y = inneboende vibrationer A,B,C,D = konstanter Genom att insätta ekvation (3) i stället för ekvation (2) uttrycks de inneboende vibrationerna på följande sätt: _ n-¶ E Y r L ¿/'ï§- (4) Genom att använda ekvation (4) kan de inneboende vibra- tionerna i bandsågbladet under sågningsexperimenten erhållas på följande sätt: -¶ /2.1 i) 980 y = 353 *m8 X = zfr-n-isslnzufaa/sec) n-l89l.2(Hz) (n = l, 2, 3, 4 .....) 8007652-4 10 där L = 1358 mm = 135.8 E = 2.1 x 1o4kg/mm2 = 2.1 x :Lo4g/cm2 = 7.8 g/cmz Sålunda är resultatet av ovanstående ekvation approxi- mativt lika med grundtonen 1400 Hz och därför kan manda den slutsatsen att experimenten är rimliga. 7, _ Vanligtvis kommer en längsgående vågformad vibration som uppträder i ett långsträckt flexibelt element som är fastsatt vid sin ände att gå eller överföras utmed ett dylikt långsträckt flexibelt element som en progressiv våg till den fasta änden och därefter att reflekteras av den fasta änden och återvända som en reflekterad våg. Vid en dylik överföring av den längsgående vågformade vibrationen kommer den progres- siva vågen och den reflekterade vågen att ha en fasförskjutning med en halv cykel från varandra, och den progressiva vågen och den reflekterade vågen kommer att sammansättas till att bilda en stående våg som förorsakar bullret. Vidare bör det förstås att den stående vågen i den längsgående vågformade vibrationen förhindras från att uppträda genom att periodiskt störa den reflekterade vågen.

Enligt föreliggande uppfinning förhindras den stående vågen i den längsgående vågformade vibrationen hos ett lång- sträckt flexibelt element såsom bandsågbladet, från att upp- träda genom att den reflekterade vågen periodiskt störs genom att periodiskt förändra längden på eller spänningen i det lång- sträckta flexibla elementet.

I fig. 4 och 5 visas ett bandsåghjul Zl (23) som kan vara monterat på den horisontella bandsågmaskinen l som visas i fig. l, antingen såsom det ena eller som båda av drivhjulet 21 och det drivna hjulet 23 så att bandsågbladet 19 kan föras runt dessa. Bandsåghjulet Zl (23) som visas i fig. 4 och 5 är vid sin periferi försett med spår 39 varigenom längden på eller spänningen i bandsågbladet l9 kan förändras under såg- ningsarbete.Spåren39êfirutformadevidbandsåghjulets 21(23) periferi,parallella med axlarna 25 (27) därtill och med lämp- liga intervaller så att längden på eller spänningen i bandsåg- "bladet periodiskt kan förändras för att störa den reflekterade 8007652-4 ll vågen i den längsgående vâgformade vibrationen. I stället för spåren 39 kan dock lângsträckta utsprång vara utformade eller integrerat fastsatta runt bandsåghjulets2l (23) periferi för att förändra längden på eller spänningen i bandsågbladet 19 när bandsåghjulet 21 (23) roteras.

Genom att förse något av de drivande och drivna hjulen 21 och 23 med spåren 39 kan längden L på bandsågbladet l9 mel- lan de drivande och drivna hjulen 2l och 23 periodiskt föränd- ras mellan L + P/2 och L - P/2 såsom visas i fig. 6. Närmare bestämt förändras periodiskt längden L för bandsågbladets 19 sträckning mellan de drivande och drivna hjulen 21 och 23, mellan L + P/2 och L - P/2 såsom visas i fig. 6 eftersom den ände av bandsâgbladet 19 sträckning som står i kontakt med bandsåghjulet 2l (23) förändras med avseende på dess läge mellan de båda kanterna på vart och ett av spåren 39.

I detta samband kommer spåren 39 eller de långsträckta utsprången som är utformade vid bandsåghjulets 21 (23) periferi inte endast att verka till att förhindra vibration och buller såsom beskrivits ovan utan kommer de även att förhindra att band- sågbladet 19 slirar på bandsåghjulet 21 (23) under sågnings- arbete. Det bör förstås att bandsågbladet l9 kommer att för- hindras från att slira eftersom skäroljan som förs upp på band- såghjulets 21 (23) periferi med hjälp av bandsågbladet 19 pres~ sas in i spåren 39 utan att bilda någon film mellan bandsåg- bladet 19 och bandsåghjulets 21 (23) periferi. Vidare bör det förstås att bandsågbladet 19 även kommer att förhindras att slira genom de långsträckta utsprången som är utformade på bandsåghjulets 21 (23) periferi eftersom det tryck som anbringas på bandsågbladet l9 för att spänna detsamma är lokaliserat på utsprângen under sågningsarbete.

I syfte att förhindra buller hos bandsâgbladet 19 kan sålunda den stående vågen i den längsgående vâgformade vibra- tionen förhindras från att uppträda genom periodisk förändring av spänningen, elasticitetsmodulen (E) eller tätheten i band- sågbladet 19. Vidare kan längden på och spänningen i bandsåg- bladet 19 förändras genom periodisk förflyttning antingenznzdet drivande Zlellerdetdrivnahjulet 23motochbortfrân varandra med hjälp av ett lämpligt organ såsom en hydraulmotor för att 8007652-4 12 förhindra att den stående vågen uppträder. Vidare kan spän- ningen i bandsågbladet l9 förändras med hjälp av en spännrulle som är anordnad mellan de drivande 21 och drivna 23 hjulen för att periodiskt pressa mot bandsågbladet 19.

I det ovanstående har föreliggande uppfinning i exemp- lifierande syfte beskrivits med hänvisning till den horison- tella bandsâgmaskinen och bandsågbladet, men det bör vara uppenbart för fackmän inom området att föreliggande uppfinning kan utnyttjas vid varje annat långsträckt flexibelt element för att förhindra vibration och buller. Även om en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning visats och beskrivits bör det förstås att anord- ningen kan modifieras av fackmän inom området utan att man avviker från uppfinningens principer. Följaktligen skall upp- finningen endast begränsas av bifogade krav.

Claims (3)

1. 8007652-4 13 PATENTKRAV l. Sätt att förhindra uppkomsten av en bulleralstrande stående våg i ett ändlöst, flexibelt sågblad som förs runt ett par roterande styrhjul varvid, under sågningsarbete, ett under spänning stående avsnitt av sågbladet, vilket avsnitt sträcker sig mellan styrhjulen, utsätts för longitudinella vibrationer innefattande fortskridande vågor som går i en riktning och reflekterade vågor som går i motsatt riktning, k ä n n e - t e c k n a t av att de reflekterade vågorna störs periodiskt genom att längden på nämnda under spänning stående avsnitt varieras periodiskt.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att längden varieras såsom en funktion av rotationen för åtmin- stone ett av styrhjulen.

3. Anordning för att förhindra uppkomsten av en buller- alstrande stående våg i ett runt ett par roterande styrhjul (21, 23) i en sågmaskin (1) fört, ändlöst, flexibelt sågblad (19), varvid, under sågningsarbete, ett under spänning stå- ende avsnitt av sågbladet, vilket avsnitt sträcker sig mellan styrhjulen (21, 23), utsätts för longitudinella vibrationer innefattande fortskridande vågor som går i en riktning och reflekterade vågor som går i motsatt riktning, k ä n n e - t e c k n a d av organ (39) för periodisk störning av de reflekterade vågorna genom periodisk variation av längden på det under spänning stående avsnittet av sågbladet (19), och av att dessa organ utgöres av spår (39) i periferiytan hos åtmin- stone det ena av styrhjulen (21, 23L