l'utkimuksessa on vertailtu koveran ja suoran talvihammasterän

r L PISII 29 TH TALVIHAMMASTERIEN VERTAILUTUTKIMUS l'utkimuksessa on vertailtu koveran ja suoran talvihammasterän ominaisuuksia - tern kulumisen - polttoaineen kulutuksen - peruskapasiteetin - leikkauskyvyn - terän vaurioalttiuden ja - työjäljen perusteella. Suora hammasterä kestää kulutusta paremmin kuin kovera. Ilöyläysvastus on suoraa hammasterää käytettäessä suurempi kuin koveralla terällä. Asiantilaa voitaneen parantaa muotoilemalla hampaan kärkiosa leikkaavaksi. 24.4.1981 JLs

T 'RjA SiJ 81 568

s 1 SAlI YSH.lhTI hio 1. YLEISTÄ 1 2. TUTKIMUKSEN SUORITTAMINEN 3. TUTKIMUSTULOKSET 3.1. Terän kuluminen 3.2. Polttoaineen kulutus 3.3. Peruskapasiteetit 3.4. Leikkauskyky 3.5 Terävaurjot 3.6. Työjälki 3.7. Muut havainnot 3.7.1. AH-132:n tandempaino 3.7.2. 1-löyläys "kellunta-asentoa" käyttäen 2 4 5 6 7 8 4. YHTEENVETO 10

1 1. YLEISTÄ Ovako ja TVH ovat yhteistyössä kehittäneet uutta talvihanimasterätyyppiä, nk. suoraa hammasterää. Se poikkeaa koverasta hammasterästä siinä, että hampaat ovat teroittamattomat, eikä niitä ole taivutettu. Hamniasjako on kummassakin terässä samanlainen. Talvikausina 1977-1978 ja 1979-1980 suora hammasterä oli koekäytössä useissa tiepiireissä. Lausunnot terätyypin käyttäominaisuuksista olivat useilta osin erittäin ristiriitaisia. Ainoastaan kulutuskestävyyden paremmuudesta koveraan hanunasterään verrattuna lausunnot olivat samansuuijtaiset. Tämän johdosta hankintatoimisto pyysi rakentamistalouden toimistoa tekemään vertailututkimuksen talvella 1981. Vertailututkimuksen tarkoituksena oli selvittää suoran ja koveran hammasterän ominaisuuksia ja vaikutusta höyläystapahtumaan. 2. TUTKIMUKSEN SUORITTAMINEN Tutkimus tehtiin 9. - 13.2.1981 Nilsiän tiemestaripiirissä ja täydentäviä teränkulumismittauksia lisäksi 25.2.1981. Tutkijoina toimivat: Unto Korhonen ja Osmo Wiliman Ku-piiristä; Martti Heikkinen ja Esko Similä KP:n piiristä. - Tutkimuksessa käytettiin kahta eri tiehöylää, Lokomb AH-172, kuljettajana Matti Ahonen ja AH-132, kuljettajana Arto Ahonen. Kaikissa kokeissa käytettiin uutta, kulumatonta terää. Tutkimuksessa mitattiin: - Terän kuluminen. Mittaus tehtiin 13 pisteestä terän kunnityspulttien kohdilta (mm, mm/kml).

2 - Polttoaineen kulutus (1/km, 1/h). - Peruskapasiteetti Ki (kml/h). - Leikkauskyky. Kultakin koejaksolta, pituus noin 2 km, mitattiin viisi poikkileikkausta ennen ja jälkeen höyläyksen. Koejaksoja oli kaikkiaan kuusitoista, joista puolet ajettiin suoralla ja puolet koveralla talvihaminasterällä. Lisäksi tehtiin havaintoja työjäljestä ja terävaurioista. 3. TUTKIMUSTULOKSET 3.1. Terän kuluminen 1 60 c 50 i 40 3 3 J20 I0 5 20 25 35 40 45 50 Höyldtty matka (km) Kuva 3.1/1. Terän keskimääräinen kuluminen höyläysmatkan funktiona.

E a 0 E 4-1 25 anne IDuhkiili 15km Polonns1puhk.III. 1 2 3 4 5 6 7 R 9 10 II 12 13 I 15 km 10 km Mittouspiste 1 2 3 4 5 + 8 1011 I2I3I Mittouspiste 4 w V) 3 3 4- c 0 a E 0 E E 10 0 9 3 4-0. 1 Kuva 3.1/2. Terän kuluminen, hampaiden pituudet mitattu n. 5 km:n välein. Mittauspisteet terän kiinnityspulttien kohdilla siten, että nro 1 on tien reunan puoleinen teränpää. Ylempi kuvio koskee suoran hammasterän ja alempi koveran hammasterän kulumista. Höylä Lokomo AH-172. Yleisesti voidaan mittausten perusteella todeta, että suora hammasterä kestää kulutusta paremmin kuin kovera. Tämä johtuu yksinomaan siitä, että suoran terän hammas on tasapaksu kun taas koveran terän hammas ohenee kärkeä kohti. Koveran terän ohut hampaan kärkiosa kuluu nopeasti pois, minkä jälkeen kulutettava ainepaksuus ja terän kulumisnopeus ovat molemmilla terätyypeillä likimain samansuuruiset. Kuvassa 3.1/3 ön kaavamaisesti esitetty terätyyppien ero.

A-A III IÄJ A 4 Kuva 3.1/3. Kaaviokuva suorasta ja koverasta hammasterästä. Terän kulumisnopeuteen vaikuttaa terätyypin lisäksi polanteessa oleva hiekka tai polanteen puhkeaminen joko ohuutensa tai laatunsa takia siten, että höyläys ulottuu tien pintaan asti. Näissä tapauksissa terän kuluminen on moninkertaista verrattuna jääpohjaisen hiekattoman polanteen höyläämiseen. Teräkulutuksen kannalta onkin suositeltavaa, että syksyllä polanteiden annetaan kasvaa riittävän paksuiksi ennen höyläysten aloittamista eikä polannetta talvellakaan höylätä niin ohueksi, että terä ottaa höylätessä tien pintaan. 3.2. Polttoaineen kulutus Lokomo AH-132:lla höylättiin H3 vaihteella ja moottorin kierrosluvulla 37/s. Lock-up -laite ei ollut käytössä (ei pysynyt päällä) - kovera hammasterä 2,0 1/km 1 - suora hammasterä 2,8 1/km 1 AH-172:lla käytettiin kahta vaihdetta, H3 ja N2 sekä kahta moottorin kierroslukua 30/s ja 37 1 /s. 37 1 / H3 N2 371/ 30 1 /s 37 1 /s - kovera 3,8 1/km 3,4 1/lani 2,71/km 2,2 1/km - suora 3,0 1/km 3,3 1/km 3,8 1/km 2,8 1/lan

Kulutusmittausten perusteella näyttäisi siltä, että koveraa (terävää) terää käytettäessä höyläysvastus on jonkin verran pienempi kuin suoraa terää käytettäessä ja niinpä polttoaineenkulutuskin jää koveralla terällä keskimäärin ottaen jonkin verran pienemmäksi. Tarkastelussa on kuitenkin otettava huomioon mittausten vähäinen lukumäärä, minkä takia kovin pitkälle menevien johtopäätösten tekeminen on uskallettua. Olosuhdetekijät, kuten polanteen määrän ja laadun vaihtelu, mäkisyys ja leikkaussyvyys vaikuttavat myös pa-kulutukseen. Tätä tukee sekin, että AH-172:n kohdalla kandessa tapauksessa oli kovera ja kandessa tapauksessa suora terä polttoainetalouden kannalta edul lisempi. 3.3. Peruskapasiteetit AH-132:lla höylättiin vain H3 vaihteella ja moottorin kierrosluvulla 37 1 /s. Peruskapasiteettien keskiarvot olivat: - kovera hammasterä Ki ka. 11,9 km 1 /h - suora hammasterä 1(1 1a. 9,4 km/h. AH-172:lla höylättiin H3 ja N2 vaihteilla ja moottorin kierrosluvuilla 301/5 ja 37/s. Peruskapasiteetit olivat: H3 N2 37l/ 301/s 30/s 37/s - kovera 9,3km/h+1O% 11,Okm/h+12% 13,2km/h+19% 23,lkm/h+11% - suora 11,3km/h+ 9% 11,lkm/h+?% 9,6km/h+ 9% 17,Okm/h+16% Molemmilla höylillä tehdyt kapasiteettimittaukset osoittavat, että suoran hammasterän höyläysvastus on suurempi kuin koveran hammasterän, mistä johtuen kapasiteetit suoralla hammasterällä jäävät pienemmiksi kuin koveraa terää käytettäessä. Tämä johtunee siitä, että suora hammasterä on uutena tylsä, jolloin joudutaan käyttämään suurta teräpainetta halutun leikkauksen aikaansaamiseksi.

3.4. Leikkauskyky Leikkauskyvyn arvostelua varten mitattiin kultakin koejaksolta viisi poikkileikkausta, joiden perusteella laskettiin keskimäräinen leikkaussyvyys ja leikkausala. Leikkausala kerrottuna Ki:llä antaa kuvaa irroitetun polanteen määrästä. Taulukossa 3.4/1 on esitetty tiedot keskimääräisistä leikkaussyvyyksistä, leikkausaloista ja leikkausmääristä. löylä Vaihde R lis Terä- Leikkaus- Leikkaus- Leikkaus tyyppi syvyys ala 2 märä (cm) dm m /h LH-132 H3 37 kovera 2,6 7,8 864 H3 37 kovera 0,6 1,7 215 H3 37 kovera 0,5 1,6 190 H3 37 kovera 1,5 3,8 470 H3 37 suora 1,5 4,7 412 H3 37 suora 0,9 2,6 276 H3 37 suora 1,6 4,5 418 H3 37 suora 1,7 4,6 410 H-172 H3 30 kovera 1,8 5,3 495 H3 37 kovera 2,6 7,7 847 N2 30 kovera 4,1 12,4 1633 N2 37 kovera 1,5 4,4 1005 Ff3 30 suora 1,7 5,1 575 Ff3 37 suora 3,3 10,0 1107 N2 30 suora 3,1 9,7 931 N2 37 suora 1,7 4,9 825 Taulukko 3.4/1. Keskimääräinen leikkaussyvyys, leikkausala ja irroitetun polanteen määrä. Keskimääräisessä leikkauskyvyssä ei ole havaittavissa eroja terätyyppien välillä. Leikkauksen määrä kun on erittäin merkittävästi riippuvainen polanteenmäärästä ja laadusta sekä tien muodosta. Tämä näkyy selvästi liitteenä olevista poikkileikkauskuvioista.

7 Yksittäistapauksissa sellaisilla tieosilla, missä oli runsaasti polannetta, näytti silmämääräisesti tarkasteltuna siltä, että kovera terä irroittaisi sitä enemmän kuin suora terä. Suoran hammasterän leikkausominaisuuksien parantamiseksi kannattaisi terän kärkiosan muotoa harkita muutettavaksi. Nykyinen kärki on pyöreäkulmainen ja hampaan täytyykin kulua n. 5-10 mm ennenkuin kärkeen muodostuu leikkaava särmä, mikä parantaa terän leikkauskykyä. Jos tällainen terävä särmä tehtäisiin jo valmistusvaiheessa, parantaisi se todennäköisesti kulumattoman suoran hammasterän leikkausominaisuuksia merkittävästi. Kuva 3.4/1. Suoran hammasterän hampaan kärjen muoto. Vasemmalla nykyinen, oikealla parannusehdotuksen mukainen. 3.5. Terävauriot Elammasterän yleisin ja lähes ainoa vauriotyyppi on hampaan katkeaminen. Tutkimuksen aikana AH-132 höylässä ei ilmennyt yhtään terävauriota. AH-172:lla katkesi yksi hammas koverasta terästä ja neljä hammasta suorasta terästä. Näistä neljästä katkeamisesta yksi katkesi erikseen ja toisella kerralla kiveen ajon johdosta kolme rinnakkaista hammasta katkesi yhtä aikaa. Hampaan katkeamista on syytä tarkastella lähemmin, koska siitä syystä joudutaan hylkäämään melko vähän kuluneita teriä. Hampaaseen vaikuttaa höylätessä pääasiassa kaksi voimaa, teräpaineesta aiheutuva puristus ja taivutus sekä höyläysvastuksesta syntyvä puristus ja taivutus. Näiden voimien suuruuteen ja vaikutussuuntaan vaikuttaa käytetty höyläyskulma ratkaisevasti. Höylättäessa kaapivalla teräasennolla vaikuttavat teräpaineesta ja höyläysvastuksesta syntyvät väännöt hampaan

juuressa samaan suuntaan, jolloin siellä syntyy he_pisti niin suuria voimia että hammas katkeaa. Käytettäessä sen sijaan terävää höyläyskulmaa, ts. terä on leikkaavassa asennssa, muodostuvat teräpaineesta ja höyläysvastuksesta aiheutuvat väännöt vastakkaissuuntaisiksi ja osittain kumoavat toisensa. Hampaan juuressa syntyvät rasitukset jäävät pienemmi1si ja hampaat kestävät merkittävästi paremmin kuin kaapivalla teräasennolla höylätessä. 5-0 0 '.4 c c e2 c g Kuva 3.5/1. Hammasterän hampaan suhteellinen rasitus höyläyskulman funktio - na, kun teräpaine ja höyläysvastus ovat likimain samansuuruiset..1 400 500 60 70 80 90 -øc) -70-60 V///1 k1\\ HyIäyskuImo ( 0) Kun piirien lausunnoissa suoran hammasterän kohdalla todettiin hampaiden katkeilu ongelmaksi, johtunee se osin virheellisen höyläyskulman käytöstä, osin siitä, että suoran terän hammas kuluu hitaammin ja on kauemmin pitkänä eli alttiina katkeamaan. Mikäli hampaiden kestävyys koetaan ongelmaksi, kannattaisi harkita ainepaksuuden kasvattamista 12 mm:iin. Tämä suurentaisi hampaan taivutusvastuksen 1,44 kertaiseksi 10 mm:n paksuiseen terään verrattuna. 3.6. Työjälki Työjälkeä arvosteltiin silmämääräisesti, eikä sanottavia eroja terätyyppien välillä havaittu. Kun terä on kulumaton, jää

9 tielle tyypistä riippumatta enemmän hilettä kuin kuuneella terällä höylättäessä ja koska suora terä kuluu hitaammin, jättää se suhteellisesti ottaen enemmän höyläyshilettä tielle kuin kovera terä. 37. Muut havainnot 3.7.1. AH-132:n tandempaino Tutkimuksen aikana kiinnittyi huomio AH-132:n pieneen tandempainoon. Höylättäessä koneen perä siirtyi herkästi keskitielle päin ja pyörät pyörivät helposti tyhjää, mikä hidasti höyläystä ja huononti työjälkeä. Asia olisi autettavissa riittävän kokoisella peräpainolla, jota käytettäisiin silloin kun karheenlevittäjä ei ole paikoillaan. 3.7.2. Höyläys "kellunta-asentoa" käyttäen Eräisiin tiehöyliin on asennettu nk. kellunta-venttiilit, joiden avulla emäterän nostosylinterit saadaan kytkettyä irti hydrauliikkapiiris'tä ja terä seuraa tien pintaa vapaasti omalla painollaan. Mittausten ja havaintojen perusteella voidaan kellunta-asennon käytöstä polanteen höyläyksessä todeta: - Leikkausmäärä on 23 % normaalihöyläyksen leikkausmäärästä (m 3 /h). - Pa-kulutus on 80 % normaalihöyläyksen pa-kulutuksesta. - Terän kuluminen on 42 % normaalihöyläyksen teräkulutuksesta. - Kapasiteetti (Ki km/h) on 103 % normaalihöyläyksen kapasiteetista. - Terä sukeltaa pehmeään kohtaan kuten esim. tien reunaan. Ei leikkaa kovasta kohdasta mitään.

10 4. YH'IEENVETO Erot suoran ja koveran hammasterän välillä esiintyvät ja ovat selvimmin havaittavissa silloin kun kumpikiit tiä on vielä kulumaton. Kulunut kovera hammasterä vastaa ominaisuuksiltaan suoraa hammasterää. Keskejgjmmät havainnot tutkimuksessa olivat: - Kovera terä kuluu aluksi selvästi nopeammin kuin suora terä. Polanteen puhkeaminen tai hiekkainen polanne kuluttavat terää erittäin nopeasti. - - Koveran terän höyläysvastus on pienempi kuin suoran terän. Tämä näkyy sekä suurempana peruskapasiteettinä että pienempänä polttoaineenkulutuksena. - Koveran terän leikkauskyky vaikuttaa hiukan paremmaita kuin suoran terän leikkauskyky. Kulumattoman suoran terän leikkauskykyä voitaneen parantaa muuttamalla hampaan kärjen muotoa. - Työjäljessä ei ole havaittavissa eroja. Kuopiossa 21.4.1981 Jorma Lähetkangas - LIITTEET: 5 kpl ajoradan poikkileikkauskuvia

1'' 1' 1' 1/ / /4f 1/" II ji/,i 1l,,1 I,l1I I,,. - - - - _- - - 1Il 4 * Ajo,oda, e,,lr) /01. ( ) MJy/dh- JL.'). 4,4 17.i-e,- -'...c- 1'.

- 4 - -. F/f 4 '4,'r/y7L - 4' 4/ -- - '/1 4' A/or'adO p,,,#,,o,'ø3iee" (-) yj P 44'-/P.Z..rc.'o'- r/1?sb (-' ---) '4 9% 1!!

12/ /f4., 1 /1' /1 iq4 f4 1% -- 1* rri Ajo,a4,, O## (.. - -) /J14. '46y#t'4i. -),. -,J '*, d' /34 'Ii 15/j

/1' 1/1 / Ip 1', 1 1" VI - ii 4 1 ' 1 1 EI sti - IIL 1 #."e' /o c ) 'So 4#-,Jt +. ' - - - - 2,,'1Ae 4.

- 4/.v-oSo f#f.#e#(--"-) 1- -))5yfoykie'. c'to#,'o,4#-/?2 k#'e' ipai,4g. &',', 4 e. - a..re CV"-' - 44 _0 - - - - - - /#_Ip.- / / ----- - 1 'i12:i - /, / - - - - -,'F4 -"