ПОДАЮЩИЙ ВАЛЕЦ Российский патент 1998 года по МПК B27B25/00 B27G1/00 B27L1/00 

Предлагаемое изобретение относится к механизмам лесной и деревообрабатывающей промышленности, может быть использовано в подающих и протаскивающих устройствах лесозаготовительных машин и деревообрабатывающего станочного оборудования.

Известен валец механизма подачи длинномерных лесоматериалов, включающий корпус в виде барабана с радиально расположенными выступами и упругим ободом [1], а также подающий валец, включающий приводной вал, соосные ему фланцевые диски, концентрично валу расположенные упругий обод и тяговые элементы со стороны внешней поверхности последнего [2].

Однако известные подающие вальцы:
- конструктивно сложны и имеют повышенную металлоемкость, в частности из-за конструктивного выполнения тягово-сцепных элементов барабана или упругого обода;
- не надежны в работе вследствие высокой динамичности технологического процесса перемещения объектов при их обработке с последующей жесткой передачей нагрузок на привод и несущую металлоконструкцию подающих устройств, что в целом снижает эффективность работы;
- тягово-сцепные характеристики известных вальцев недостаточно высоки из-за низкой несущей способности кинематических связей тяговых элементов с сопрягаемыми частями устройств, а также забиваемости их рабочих поверхностей и указанных связей элементов в реальных условиях эксплуатации, особенно при буксовании, с одновременным уменьшением специального контакта и тягового усилия.

В качестве прототипа по совокупности и взаимосвязи конструктивных признаков наиболее близок к заявляемому техническому решению подающий валец, включающий приводной вал, соосные ему фланцевые диски, концентрично валу расположенные упругий обод и тяговые элементы со стороны поверхности последнего [2].

Цель предлагаемого изобретения - упрощение конструкции, снижение металлоемкости и динамичности процесса перемещения объектов при их обработке, а также повышение тягово-сцепных характеристик и эффективности работы в целом.

Поставленная цель достигается в подающем вальце, включающем приводной вал, соосные ему фланцевые диски, концентрично валу расположенные упругий обод и тяговые элементы со стороны внешней поверхности последнего, тем, что согласно предлагаемому изобретению упругий обод выполнен из металлического прутка или пластины, образующих контурные его поверхности по базовой гелисе и производящими - в виде непрерывного параметрического множества подобных геометрических фигур, соответствующих поперечным сечениям указанного прутка или пластины, концы которых связаны с фланцевыми дисками.

Непрерывное параметрическое множество подобных геометрических фигур выполнено, преимущественно, трапецеидальной формы, меньшие основания которых образуют рабочую поверхность прутка или пластины, являющуюся внешним контуром формообразованного обода.

Взаимосвязь между основными геометрическими параметрами гелисы и поперечных сечений прутка или пластины определена соотношением 2D_г/(h+b), равным 3,7...28,4, где D_г - максимальный диаметр формообразующей гелисы, м; h - минимальная высота поперечного сечения прутка или пластины, м; b - ширина большого основания того же поперечного сечения, м.

Рабочая поверхность по длине прутка или пластины выполнена в виде последовательного чередования впадин и выступов, формообразующих, преимущественно, контурную поверхность периодического вида.

Впадины заполнены эластомерным материалом на толщину, равную или близкую высоте выступов, являющихся тяговыми элементами.

На основании научно-технического анализа известного уровня устройств аналогичного назначения следует, что приведенная совокупность существенных признаков заявляемого технического решения не вытекает явным образом из указанного уровня техники, а свидетельствует об их необходимости и достаточности в достижении поставленной цели, а также о соответствии предлагаемого технического решения критериям изобретения - новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость, что подтверждается нижеприведенным описанием.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где на:
фиг. 1 показан общий вид подающего вальца на примере сучкорезно-протаскивающего устройства лесозаготовительной машины;
фиг. 2 - то же, вид А на фиг. 1;
фиг. 3 - фрагмент повернутого сечения Б-Б на фиг. 1;
фиг. 4 - сечение на В-В фиг. 3, возможные варианты исполнения прутка или пластины по выступам;
фиг. 5 - сечение Г-Гна фиг. 3, то же по впадинам.

Подающий валец в данном случае рассматривается в совокупности с сучкорезно-протаскивающим устройством лесозаготовительной машины, состоит из рамы 1, поворотных посредством соответствующего привода рычагов 2, сучкорезной головки 3 и опорно-центрирующего ролика 4.

На приводном валу 5 каждого из рычагов 2 установлены фланцевые диски 6 и упругий обод, выполненный из металлического прутка или пластины 7, образующих контурные поверхности упомянутого обода по базовой гелисе 8 и производящими в виде непрерывного параметрического множества подобных геометрических фигур 9, соответствующих поперечным сечениям прутка или пластины 7, концы которых связаны с соответствующими фланцевыми дисками 6.

Непрерывное параметрическое множество подобных геометрических фигур 9 выполнено, преимущественно, трапецеидальной формы, меньшее основание 10 которой образует рабочую поверхность прутка или пластины 7, являющуюся внешним контуром 11 формообразованного обода.

Взаимосвязь между основными параметрами гелисы 8 и поперечных сечений 9 прутка или пластины 7 определена соотношением 2D_г/(h+b), равными 3,7...28,4, где D_г - максимальный диаметр формообразующей гелисы 8, м; h - минимальная высота поперечного сечения 9 прутка или пластины 7, м; b - ширина большего основания того же поперечного сечения 9, м.

Рабочая поверхность 11 по длине прутка или пластины 7 выполнена в виде последовательного чередования впадин 12 и выступов 13 периодического вида.

Впадины 12 заполнены эластомерным материалом 14 на толщину h₂, равную или близкую высоте h₁ выступов 13.

Указанный оптимальный интервал значений соотношения основных параметров гелисы 8 и поперечных сечений 9 прутка или пластины 7 определен в основном физико-механическими свойствами и прочностными характеристиками существующих в настоящее время материалов с точки зрения обеспечения эксплуатационных требований, предъявляемых к изделиям данного назначения, в части необходимой жесткости, механической прочности и несущей способности формообразованного упругого обода (устойчивости к боковым погрузкам).

Нижний предел интервала определен существующей при этом еще возможностью копирования внешней поверхности перемещаемого объекта обработки (преимущественно ствола дерева) при максимальной жесткости и несущей способности образованного обода, при 2D_г/(h+b) < 3,7 исключается достижение поставленной цели из-за отсутствия возможности эффективного копирования внешней поверхности перемещаемых объектов обработки, а также потери демпфирующих качеств вальца при существующих эксплуатационных нагрузках в процессе его работы (обод становится настолько жестким для эксплуатационных нагрузок, что в данном случае его можно рассматривать эквивалентным сплошному металлическому барабану со всеми вытекающими отсюда последствиями).

Верхний предел - экономическими соображениями при существующей еще возможности выполнять функциональные назначение заявляемого технического решения с минимальной жесткостью и несущей способностью обработанного обода, учитывая имеющиеся перспективные материалы с высокими прочностными характеристиками, при 2D_г/(h+b)>28,4, также исключается достижение поставленной цели из-за возможной потери несущей способности (устойчивости при восприятии боковых нагрузок), снижение тягово-сцепных характеристик и эффективности работы вследствие низкой надежности.

Возможное исполнение непрерывного параметрического множества подробных геометрических фигур 9, являющихся поперечными сечениями прутка или пластины 7, в виде прямоугольника, квадрата, треугольника, круга, шестиугольника и полукруга схематично пояснено на соответствующих фигурах 4.2, 4.3, 4.4, 4.5, 4.6 и 4.7, а также 5.2, 5.3, 5.4, 5.5, 5.6 и 5.7, при этом необходимо отметить и другие возможности исполнения исходных калиброванных сечений прутка или пластины 7, получаемые за счет сочетаний указанных геометрических фигур 9 или их соответствующих отдельных элементов.

Подающий валец на примере сучкорезно-протаскивающего устройства работает следующим образом.

Дерево 15, подлежащее обработке, располагают между ножами сучкорезной головки 3 и подающими вальцами, образованными металлическим прутком или пластиной 7 по гелисе 8 и производящими в виде непрерывного параметрического множества подобных геометрических фигур 9, соответствующих поперечным сечениям прутка или пластины 7, концы которых связаны с соответствующими фланцевыми дисками 6, установленными соосно приводному валу 5.

Включением соответствующих приводов подающие вальцы внешним своим контуром 11, образованным меньшим основанием 10 трапецеидальных фигур 9, соприкасаются с поверхность ствола обрабатываемого дерева 15, при этом одновременно происходит сведение ножей сучкорезной головки 3 и образования ими замкнутого режущего контура, а также контакт ствола дерева с опорным роликом 4, установленным на раме 1 сучкорезно-протаскивающего устройства.

При прижиме подающих вальцев и их вращении в необходимом направлении происходит перемещение обрабатываемого дерева 15 и обрезка сучьев головкой 3 с поверхности его ствола. Перемещение ствола обрабатываемого дерева 15 происходит за счет сжатия эластомерного материала 14, расположенного во впадинах 12 рабочей поверхности 11 вальца и внедрения в ствол дерева 15 тяговых элементов 13 той же рабочей поверхности 11. При этом, тяговые элементы 13, внедряясь в ствол дерева 15 ребром (основанием) 10, надсекают его волокна в поперечной плоскости и, воздействуя на них передней своей поверхностью, производят подачу ствола в продольном направлении.

В процессе обработки дерева 15 (его перемещения в необходимом продольном направлении) осуществляется поджим указанных вальцев и ножей сучкорезной головки до полной его обработки, после чего рычаги 2 и ножи сучкорезной головки 3 раскрываются, между ними располагается очередное дерево 15 и цикл полностью повторяется. При обработке тонкомерных участков стволов деревьев 15, где нет необходимости иметь высокие тяговые усилия, соответствующей системой управления снижается прижим подающих вальцов к поверхности ствола, сжатый ранее эластомерный материал 14, восстанавливая свою первоначальную форму, выводит тяговые элементы 13 из зацепления со стволовой древесиной и перемещение обрабатываемого дерева 15 происходит за счет сил трения эластомерного материала 14 с поверхностью ствола, не повреждая его древесину.

Кроме того, выполнение упругого обода подающего вальца из металлического прутка или пластины 7 посредством базовой гелисы 8 и производящих в виде непрерывного параметрического множества подобных геометрических фигур 9, соответствующих поперечным сечениям прутка или пластины 7, позволяет в процессе перемещения ствола обрабатываемого дерева 15 демпфировать возникающие случайные нагрузки, например, от срезания сучьев головкой 3. Это достигается за счет предложенного конструктивного исполнения упругого обода подающего вальца, позволяющего осуществлять своей конструкцией поглощение энергии динамических нагрузок и их последующую передачу на привод, а также несущую металлоконструкцию с меньшими амплитудными значениями нагрузок и растяжкой данного процесса во времени, с менее крутым их фронтом, что позволяет определенным образом обеспечить не жесткий, ударный характер технологического процесса перемещения объектов обработки, а более мягкую работу подающих механизмов (вальцов) и их привода, повышая тем самым надежность устройств и эффективность их работы в целом.

Благодаря отсутствию: сплошного выполнения барабана или упругого обода, а также кинематических связей тяговых элементов с сопрягаемыми частями подающих вальцов известного конструктивного выполнения, в предложенном техническом решении достигается упрощение конструкции и снижение ее металлоемкости, при хорошей самоочистке рабочей поверхности подающего вальца из-за отсутствия потенциальных мест, способствующих их забиваемости при возможности упругого деформирования конструкции без потери несущей ее способности в процессе работы.

Увеличение тягово-сцепных качеств подающего вальца в процессе его работы достигается за счет указанного внедрения тяговых элементов 13 с плоской передней поверхностью в стволовую древесину, где наибольшее количество ее волокон работает в этом случае на сжатие с максимальным использованием тяговых свойств указанных элементов 13.

Дополнительно положительное влияние на повышение тягово-сцепных качеств устройства оказывает увеличенное пятно контакта с поверхностью обрабатываемого дерева 15 как за счет обеспечения упругой деформации самого обода и более плотного охвата ствола дерева 15 (увеличенное количество тяговых элементов 13 активно контактируют с поверхностью ствола), так и эластомерного материала 14, расположенного во впадинах 12 рабочей поверхности 11 и сжатого соответствующим образом в радиальном направлении указанных впадин. Наличие сжатого эластомерного материала 14 в пятне указанного контакта создает дополнительную составляющую в общем балансе тягового усилия прижимаемого подающего вальца к поверхности ствола от сил трения сопрягаемого материала 14 с поверхностью перемещаемого дерева 15.

Таким образом, при реализации предполагаемого изобретения за счет указанной совокупности существенных признаков достигается упрощение конструкции, снижение металлоемкости и динамичности процесса перемещения объектов при их обработке, а также повышение тягово-сцепных характеристик и эффективности работы в целом.

Источники информации
1. Авт. св. N 785034 СССР, кл. B 27 B 25/00, 1980 г.

2. Авт.св. N 1618652 СССР, кл. B 27 B 25/00, 1991 г.

Валец относится к механизмам подачи лесозаготовительных машин и деревообрабатывающего оборудования и включает приводной вал, фланцевые диски, концентрично валу расположенные упругий обод и тяговые элементы. Обод выполнен из металлического прутка или пластины, образующих контурные поверхности ободов по базовой гелисе. Концы прутка связаны с соответствующими фланцевыми дисками. Рабочая поверхность по длинам прутка выполнена в виде последовательного чередования впадин и выступов. Впадины заполнены эластомерным материалом по толщине, равную или близкую высоте выступов. Перемещение ствола дерева происходит за счет сжатия эластомерного материала и внедрения в ствол тяговых элементов. При этом последние, внедряясь в ствол, производят его подачу в продольном направлении. При работе вальца обеспечивается снижение динамичности процесса перемещения объектов обработки при повышенных тягово-сцепных характеристиках, а также использование простой и неметаллоемкой конструкции вальца. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Подающий валец, включающий приводной вал, соосные ему фланцевые диски концентрично валу расположенные упругий обод и тяговые элементы со стороны внешней поверхности последнего, отличающийся тем, что обод выполнен из металлического прутка или пластины, образующих контурные его поверхности по базовой гелисе и производимые в виде непрерывного параметрического множества подобных геометрических фигур, соответствующих поперечным сечениям указанного прутка или пластины, концы которых связаны с фланцевыми дисками. 2. Валец по п. 1, отличающийся тем, что непрерывное параметрическое множество подобных геометрических фигур выполнено, преимущественно трапецеидальной формы, меньшие основания которых образуют рабочую поверхность прутка или пластины, являющуюся внешним контуром формообразованного обода. 3. Валец по п. 1, отличающийся тем, что взаимосвязь между основными геометрическими параметрами гелисы и поперечных сечений прутка или пластины определена соотношением
2D_r (h+b), равным 3,7 - 28,4,
где D_r - максимальный диаметр формообразующей гелисы, м;
h - минимальная высота поперечного сечения прутка или пластины; м;
b - ширина большего основания того же поперечного сечения, м;
4. Валец по п. 1 или 2. отличающийся тем, что рабочая поверхность по длине прутка или пластины выполнена в виде последовательного чередования впадин и выступов, формообразующих преимущественно контурную поверхность периодического вида. 5. Валец по п. 4, отличающийся тем, что впадины заполнены эластомерным материалом на толщину выступов, равную или близкую высоте выступов, являющихся тяговыми элементами.