刃先の先端には何トンの衝撃荷重が掛かりますか

質問

今、ギロチン式の薪割り機械を考えています。３メートルの上からオノの刃（刃渡り３００ミリ）を木材の上に落下したとき、木材には何トンの衝撃荷重が掛かりますか。なお、オノの刃は鋭利にとがらせてあり、１００kgの重りを取り付けてあります。落下時の機械の摩擦損失等はゼロとみなして結構です。計算式と答えをよろしくお願いいたします。

回答No.4

q-type

素朴に感じた事ですが・・・。

鎖で吊り上げギロチン式に落とすよりも油圧シリンダーで直接（単純に油圧プレスの先端を刃先に変えたような感じ）力を加える方がコンパクトで信頼性、安全性が高いような気がしますが・・・。
（薪割りとの事ですので縦方向に力を加えるかと・・・）

計算式は何分卒業したのが２０年近く前のことで覚えてないので回答にはならないですが・・・。

お礼

＃３のお方へのお礼になって恐縮です。ご指導をありがとうございました。質問を投げかけておきながら大変失礼ですが、その後ギロチン式の図面を書いてみたりしましたところ、割れやすいスィートスポットを狙いにくいことと、それよりも第一に安全性を考えて、やはり当初のとおり、油圧式を作成することに致しました。しかし、計算は計算として知っておきたいものでしたから、回答を待ち望んでいました。ありがとうございました。

回答No.3

noname#10263

衝撃荷重　計算のキーワードでいくつか計算式はでてきました。

薪割りは木材の大きさにもよります、せん断方向と曲げ方向でも必要な力は違います。

根本的にに疑問なのは、１００キロのおもりを上げるエネルギーも必要と考えると、油圧やモーターに弾み車を付けた場合とどちらが効率が良いのかと少々疑問です。

人の力で薪割りの場合１００キロの力は無いと思います。
お近くの工業高校か高専、大学の機械工学科あたりに相談すつ良いと思います。
せっかく作っても無駄になる可能性と安全性の問題もあります。けが人が出ると大変なので、相談した方が良いと思います。

お礼

ご指導をありがとうございました。質問を投げかけておきながら大変失礼ですが、その後ギロチン式の図面を書いてみたりしましたところ、割れやすいスィートスポットを狙いにくいことと、それよりも第一に安全性を考えて、やはり当初のとおり、油圧式を作成することに致しました。しかし、計算は計算として知っておきたいものでしたから、回答を待ち望んでいました。ありがとうございました。

回答No.2

CAW

まだ答えは出ないですね、というかたぶん答えは出ません。
３ｍから自由落下したときの速度は以下のとおり。
重力加速度　ｇ＝９．８ｍ/ｓ＾２です
Ｌ＝ｇ×ｔ＾２/２
Ｌ＝３としたときのｔを求めて
そのときの速度ｖは
ｖ＝ｔ×ｇ

ところでオノは当然くさび形をしているはずです。
それで、薪を引き割るのです。その楔の形状が
荷重と、薪を引き割る分力を決めます。

さらに、一番肝心なのは、薪の物性です。
すなわちどれくらいの圧力が加わったら組織が
破壊されるか、そのときいくらぐらいの
エネルギーが必要かなどです。

難しくなってきましたが、薪を斧で割る場合でも
縦：木目が通っている方向と、横：木目を引きちぎる方向では
著しく抵抗の違いがありますよね。必要な方向でどれくらいの
力がその薪には必要かというデータが要るのです。

お礼

ありがとうございました。質問がまずかったようで、なかなか求めていた回答が得られず、ここまで引っ張ってしまい、すみませんでした。

補足

回答をありがとうございます。質問の仕方に問題があるようですみません。

よく○階のベランダから植木鉢○kgを地面に落とすと、地面への衝撃が何トンになって粉々になるとか言いますね。その何トンがわかればよろしいと思っています。

もしも刃先の形状が難しいのであれば、刃渡り長さ×刃の厚さで求めた面積に対してで結構です。計算上で薪を割って頂かなくても結構なのです。

普通の薪割り機は、破砕力と称しまして、油圧ポンプによる推力（油圧ポンプによる面積あたりの油圧×シリンダー円形面積）で単純に表現しておりますので、それと同じ計算方法で結構であります。恐れ入りますが、計算式と具体的な答えもよろしくお願いいたします。

回答No.1

noname#10263

大昔に大学でなっらたような？
たぶんこの条件では計算できないと思います。
接触している時間も関係あるのでは？
１秒と０．５秒では倍になるような？
衝撃荷重であれば速度が必要と思います。
刃も鋭利といっても幅があるはずです。
面積あたりの圧力はすぐ出ると思います。
刃の強度を調べたいのでしょうか？
それ以上は私もわかりません。
テキストなどは今どこにあるかわかりません。

後は現役の専門家におまかせします。

お礼

ありがとうございました。質問がまずかったようで、なかなか求めていた回答が得られず、ここまで引っ張ってしまい、評価もできなくなってしました。すみませんでした。

補足

早速のご回答ありがとうございました。適切な補足説明になるか不安ですが、(1)３ｍ上で一旦吊り上げてから、瞬時にクサリのフックを外しますから瞬時に落下を始めます。(2)私は速度計算もできません。(3)刃の厚さは１ミリと仮定します。(4)計算の目的は、５トン以上の能力がある薪割り機を作りたいので、基本的な計算式を教えて頂きたいのです。
以上、よろしくお願いいたします。