ПИЛЬНАЯ ЦЕПЬ Российский патент 1998 года по МПК B27B33/14 

Изобретение относится к лесозаготовительной промышленности, в частности к пильным цепям режущих аппаратов лесозаготовительных машин и раскряжевочных установок.

Известна пильная цепь для режущих аппаратов преимущественно валочных машин, содержащая право- и левосторонние режущие блоки и соединительные блоки, каждый из названных блоков образован боковыми звеньями и шарнирно соединенными с ними средними звеньями, соединяющими указанные блоки между собой. Каждое боковое звено имеет хвостовик, отверстиz под оси шарнирных соединений, а одно из боковых звеньев каждого режущего блока имеет со стороны, противолежащей хвостовику, ограничитель снимаемой стружки и Г-образный режущий зуб соответственно право- или левосторонний. Между ограничителем и передней режущей гранью Г-образного зуба выполнена криволинейная пазуха, а к боковому и поперечно-ориентированному участкам режущей кромки передней грани зуба примыкают соответствующие задние грани последнего, наружные и внутренние поверхности которых сопряжены между собой криволинейными обводами, при этом задние грани зуба со стороны продольно-вертикальной плоскости симметрии, проходящей через средние звенья цепи, образуют открытую к указанной плоскости продольно ориентированную межзубовую плоскость [1]. Геометрический объем каждой межзубовой полости известной пильной цепи образован внутренней поверхностью поперечной задней грани зуба, поверхностью вогнутого криволинейного сопряжения между упомянутой поверхностью и участком внутренней поверхности боковой задней грани этого зуба, а также поверхностью криволинейного сопряжения между названным участком с соответствующей поверхностью хвостовика бокового режущего звена, при этом участок поверхности боковой задней грани зуба данного режущего звена отклонен вправо или влево и расположен под острым углом к продольно-вертикальной плоскости симметрии с вершиной угла между ними, обращенной к хвостовику режущего звена. Наружный контур Г-образного зуба со стороны его боковой режущей грани подобно выполнен соответствующему контуру межзубовой полости, а отношение высоты хвостовиков боковых режущих зубьев к высоте зубьев последних относительно осей шарнирных соединений равно 0,75-0,98.

В описанном техническом решении [1] межзубовая полость каждого Г-образного зуба имеет геометрический объем, для поперечных сечений которого характерны треугольноподобные формы. Одна из вершин каждого из названных поперечных сечений расположена на линии пересечения поверхности хвостовика с выпуклым обводом криволинейного сопряжения между поверхностью последнего и участком внутренней поверхности боковой задней грани, одна из сторон этого сечения соответствует условной линии, соединяющей указанную вершину с боковой кромкой поперечной задней грани зуба. При работе пильной цепи снимаемый каждым Г-образным зубом объем древесной стружки попадает в межзубовую полость, транспортируется вдоль нее и деформируется, при этом вследствие геометрической формы поперечного сечения межзубовой полости процесс деформации древесной стружки происходит с уплотнением последней к описанной вершине поперечного сечения этой полости, расположенной в зоне, примыкающей к осям шарнирных соединений цепи, что приводит к увеличению усилий сопротивления при резании древесины, к увеличению износа цепи, в том числе по предельному износу шарнирных соединений, что соответствует оценочному параметру определения ресурса работы цепи.

Данные обстоятельства объясняются известным положением по влиянию на процесс пиления и ресурс цепи явления стружкообразования и размещения древесной стружки в межзубовой полости режущих зубьев [2, стр.51]. На процесс пиления и ресурс работы цепи оказывают существенное влияние и удельные сопротивления резания, возникающие в процессе пиления древесины при взаимодействии зубьев со стенками пропила и при релаксации волокон древесины [2, стр. 28-51]. Удельные сопротивления резания зависят, в частности, от толщины снимаемой стружки, высоты Г-образных зубьев. Для снижения названных сопротивлений резания рекомендуется выполнение Г-образных зубьев с боковой задней гранью, имеющей значительное угловое отклонение от вертикальной стенки пропила [2, рис. 8] , что при создании конструкции известной пильной цепи [1] привело к получению геометрических параметров межзубовых полостей, увеличивающих процесс уплотнения (прессования) древесной стружки в них.

При анализе известного уровня техники были выявлены также технические решения по выполнению пильных цепей, Г-образные зубья которых имеют геометрические объемы межзубовых полостей, для поперечных сечений которых характерны прямоугольные формы [3, 4]. Однако в результате геометрии межзубовых полостей увеличиваются контактные напряжения между наружной поверхностью боковой задней грани и вертикальной стенкой пропила, что приводит к увеличению удельных сопротивлений резания, которые особенно существенны для конструкции пильных цепей режущих аппаратов лесозаготовительных машин и раскряжевочных установок, обеспечивающих резание древесины при значительном объеме снимаемой стружки.

Цель изобретения - создание конструкции пильной цепи для режущих аппаратов лесозаготовительных машин и раскряжевочных установок, имеющей повышенный ресурс за счет уменьшения уплотнения древесной стружки в межзубовых полостях Г-образных зубьев при низких удельных сопротивлениях резания, возникающих при взаимодействии зубьев со стенками пропила и релаксации волокон древесины.

При этом в качестве прототипа заявляемого изобретения выбрана конструкция пильной цепи [1], как наиболее близкая по существу технического решения в части совокупности, взаимосвязи и соотношения параметров конструктивных признаков.

Поставленная цель достигается тем, что в пильной цепи, содержащей оси шарнирных соединений, средние, соединительные и режущие боковые звенья с хвостовиками, при этом боковые режущие звенья со стороны, противолежащей хвостовикам, имеют ограничители толщины снимаемой стружки, Г-образные право- или левосторонние режущие зубья, передняя режущая грань каждого из которых обращена к ограничителю и образует с последним криволинейную пазуху, а к боковому и поперечно-ориентированному участкам режущей кромки передней грани каждого зуба примыкают соответствующие задние грани его, наружные и внутренние поверхности которых сопряжены между собой соответственно выпуклым и вогнутым криволинейными обводами, причем задние грани зуба, со стороны, обращенной к продольно-вертикальной плоскости симметрии, проходящей через средние звенья цепи, имеют открытую к указанной плоскости продольно-ориентированную межзубовую полость, геометрический объем которой образован внутренней поверхностью поперечной задней грани, вогнутостью криволинейного сопряжения последней с участком боковой задней грани, названным участком данной грани и поверхностью криволинейного сопряжения этого участка с соответствующей поверхностью хвостовика данного режущего звена, при этом боковая задняя грань отклонена вправо или влево от упомянутой плоскости симметрии и расположена под острым углом к ней с вершиной угла между ними со стороны хвостовика, причем контур наружной поверхности боковой задней грани каждого зуба подобно выполнен соответствующими контуру поверхностей межзубовой полости, а отношение высоты хвостовиков боковых звеньев цепи к высоте Г-образных зубьев относительно осей цепи равно 0,75 - 0,98, согласно изобретению, обводы сопряжений внутренней и наружной поверхностей боковой задней грани с соответствующими поверхностями хвостовика имеют двоякую кривизну, при этом вогнутость сопряжения внутренней поверхности боковой грани с соответствующей поверхностью хвостовика смежна с вогнутостью криволинейного сопряжения между внутренними поверхностями задних граней зуба, а участок внутренней поверхности боковой задней грани, расположенный между указанными вогнутостями, имеет длину равную 2,5-5 мм, при этом величина острого угла между этими участками и продольно-вертикальной плоскостью симметрии цепи равна 2-10^o.

Ширина цепи между плоскостями, касательными к выпуклым криволинейным обводам наружных поверхностей задних граней для смежно расположенных право- и левосторонних зубьев, составляет 19,05 - 24,5 мм. Боковые грани хвостовиков со стороны передних режущих граней боковых звеньев цепи расположены под углом 40-50^o к поперечно - горизонтальной плоскости, проходящей через оси цепи. Радиусы кривизны смежных вогнутостей в зоне межзубовой полости равны 1,6 - 3,8 мм при толщине боковых звеньев 2 - 4 мм.

При реализации заявляемого технического решения вследствие заданных геометрических параметров режущих звеньев цепи увеличивается объем межзубовой полости каждого Г-образного зуба, что уменьшает величину деформации и уплотнения древесной стружки в названных полостях и удельные сопротивления резанию, в результате повышается производительность пиления, снижается износ режущей части цепи и шарнирных соединений, что приводит к повышению общего ресурса работы цепи. Указанное выполнение боковых поверхностей хвостовиков боковых звеньев цепи способствует повышению поперечной устойчивости цепи при ее движении по направляющим и приводным элементами режущего аппарата, что повышает качество реза, увеличивает производительность и ресурс.

Приведенный научно-технический анализ известного уровня техники показал, что заявляемое техническое решение не следует явным образом из последнего, существенно отличается от него, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критериям изобретения - новизна, изобретательский уровень, промышленная применимость, что подтверждается ниже приведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 показан общий вид пильной цепи, вид сбоку и в плане; на фиг. 3 - сечение А-А, фиг. 1; на фиг. 4, 5, 6 - общий вид бокового режущего звена, вид сбоку в плане и вид А - соответственно; на фиг. 7 - сечение Б-Б фиг.5.

Пильная цепь преимущественно к режущему аппарату лесозаготовительной машины или раскряжевочной установки содержит право- и левосторонние режущие блоки 1, соединительные блоки 2. Каждый блок 1, 2 образован боковыми звеньями 3 и средними звеньями 4, имеющих отверстия под оси 5 шарнирных соединений. Каждое боковое звено 3 имеет хвостовик 6 с боковинами 7. Одно из боковых звеньев 3 каждого режущего блока 1 имеет со стороны, противолежащей хвостовику 6, ограничитель 8 толщины снимаемой стружки, Г-образный режущий зуб 9 соответственно право- или левосторонний (фиг. 1 и 2). Каждый зуб 9 имеет переднюю режущую грань 10, образующую с ограничителем 8 криволинейную пазуху 11. К боковому и поперечно-ориентированному участкам режущей кромки передней грани 10 примыкают соответствующие задние грани 12, 13 зуба. Задние грани зуба со стороны продольно-вертикальной плоскости симметрии I-I цепи, проходящей через средние звенья 4, имеют открытую к названной плоскости I-I межзубовую полость 14. Геометрический объем межзубовой полости образован внутренней поверхностью 15 поперечной задней грани 13, вогнутой поверхностью 16 криволинейного сопряжения поверхности 15 с участком внутренней поверхности 17 боковой задней грани 12, поверхностью 18 криволинейного сопряжения между участками поверхности 17 и поверхностью 19 хвостовика 6. Боковая грань 12 отклонена в сторону от плоскости симметрии I - I соответственно вправо или влево от нее, при этом поверхности (наружная и внутренняя) данной грани расположены под острым углом α к плоскости I-I с вершиной между ними, обращенной к хвостовикам. Величина угла α равна 2-100. Криволинейный обвод поверхности 18 имеет двоякую кривизну, вогнутость которой в зоне контура межзубовой полости смежна с вогнутостью 16. Радиус кривизны вогнутости 16 и смежной с ней указанной вогнутости 20 составляет 1,6 - 3,8 мм. Контур наружной поверхности 21 боковой задней грани 12 подобно выполнен соответствующему контуру поверхностей межзубовой полости. При определении параметров контура поверхности 21 учитывается толщина боковых звеньев цепи. Толщина Δ боковых звеньев цепи составляет 2 - 4 мм.

Участок поверхности 17, расположенный между вогнутостями 16, 20, имеет длину равную 2,5 - 8 мм при отношении высоты H хвостовиков 6 к высоте h Г-образного зуба 9 относительно осей 5 равным 0,75 - 0,98. Расстояние "B" между плоскостями II - II, касательным к криволинейным обводам сопряжений между наружными поверхностями задних граней для смежных право- и левосторонних зубьев, равно 19,0 - 24,5 мм, что соответствует ширине пропила цепи. Боковина 7 каждого хвостовика 6, со стороны передних режущих граней зубьев 9, является опорной и взаимодействует с направляющими и приводными элементами режущего аппарата. Указанная боковина каждого хвостовика расположена под углом β к поперечно-горизонтальной плоскости III-III, параллельной аналогичной плоскости, проходящей через оси 5 цепи. Величина названного угла β составляет 40-50^o. Угол β определяет величину угла встречи хвостовой части боковых звеньев с направляющими и приводными элементами режущего аппарата.

При конструировании пильных цепей традиционно задаются также углы γ ε, τ, K, F и др. Величины этих углов определяются на основании теории резания и задаются, например, с учетом резания древесины на основании известных рекомендаций, например, из уровня техники [2].

Пильная цепь работает в комплектации с режущим аппаратом, имеющим направляющую шину, приводную звездочку. Режущие аппараты используются в составе лесозаготовительных машин или в составе раскряжевочных установок.

При работе режущего аппарата последний надвигается на древесину и пильная цепь при ее движении относительно названных элементов последнего взаимодействует с древесиной. Режущая кромка (боковой и поперечно- ориентированный участки ее) каждой передней грани зубьев срезает слой древесной стружки, толщина которого определяется расстоянием M между ограничителем и поперечно-ориентированным участком режущей кромки передней грани. Срезанный слой древесной стружки попадает в межзубовую полость соответствующего Г-образного зуба, транспортируется в ней и деформируется, при этом благодаря выполнению межзубовой полости каждого зуба с участком поверхности 17, имеющим длину 2,5-8 мм, поверхность криволинейного сопряжения 18, имеющая двоякую кривизну и расположение участка поверхности 17 под углом α, равным 2-10^o, при заданном соотношении параметров H и h, равном 0,75-0,98, названная полость каждого Г-образного зуба имеет геометрический объем, для поперечных сечений которого характерны формы, близкие к неправильным трапециям. Боковинам названных трапеций соответствует внутренняя поверхность задней грани 13, поверхность 18 с двоякой кривизной криволинейного обвода, одному из оснований трапеции соответствует условная линия, соединяющая боковую кромку грани 13 с краем криволинейного обвода поверхности 18 в зоне сопряжения последней с поверхностью 19 хвостовика 6, а другое основание трапеции выполнено в виде участка поверхности 17, расположенного между вогнутостями 16, 20.

При описанной форме поперечных сечений геометрический объем межзубовой полости увеличивается по сравнению с аналогичной полостью известного решения [1] в среднем на 10-20%.

Расположение участка 17 грани 12 под углом α, равным 2-10^o, установлено с учетом наименьшего значения контактных напряжений при взаимодействии наружной поверхности этой грани с вертикальными стенками пропила древесины при релаксации волокон древесины в зависимости от физико-механических ее свойств. Данное оптимально заданное значение угла α привело к изменению формы геометрического объема межзубовой полости путем придания поперечным сечениям трапецеидальных форм, обеспечивающих при транспортировании древесной стружки вдоль полости (при работе цепи) уменьшение ее деформирования за счет снижения уплотнения стружки. Влияние заданных геометрических параметров пильной цепи на технико-экономические ее показатели показано в таблице, в которой приведены примеры 1-3, соответствующие реализации пильной цепи в соответствии с заявляемым техническим решением, примеры 4-6, соответствующие контрольным примерам, а также примеры 7-8, соответствующие реализации цепи по известному уровню техники [1].

В качестве оценочного показателя при сопоставлении полученных результатов (примеры 1-8) был принят предельный объем переработки древесины каждой пильной цепью или ресурс работы цепи, который оценивается по определенному износу шарнирных соединений. Оценка пильной цепи по предельному износу шарнирных соединений находится в прямой зависимости от геометрических параметров режущих зубьев их межзубовых полостей, т.к. последние при резании древесины вследствие своих геометрических форм и объемов непосредственно влияют на производительность пиления, что объясняется возникающими в процессе резания древесины сопротивлениями резания на перемещение (транспортирование) стружки вдоль полости, на ее деформацию (уплотнение).

Таким образом из таблицы следует, что при выполнении боковых режущих звеньев цепи при заданном соотношении высоты хвостовиков боковых звеньев к высоте Г-образных зубьев относительно осей равным 0,75-0,98 наибольший ресурс работы цепи обеспечен при ее реализации в соответствии с заявляемым техническим решением (примеры 1-3). Данные обстоятельства объясняются выбранной формой поверхности сопряжения между внутренними и наружными поверхностями боковой задней грани режущего зуба и хвостовика, заданными геометрическими параметрами по длине участка внутренней поверхности боковой задней грани и по углу наклона последнего и подобно выполненного ему участка наружной поверхности боковой задней грани зуба к продольно-вертикальной плоскости симметрии цепи.

При оценке пильной цепи было также установлено, что на ресурсе последней существенное влияние оказывает также величина угла встречи (угол β ), который, в частности, влияет на поперечную устойчивость цепи при резании, на качество реза. При величине угла β равным 40-50^o улучшается режим работы пильной цепи, т.к. уменьшаются усилия, вызывающие отжим цепи от направляющих элементов пильного аппарата, что повышает устойчивость цепи и качество реза.

Источники информации
1. Патент РФ N 1428572, кл. B 27 B 33/14, 1995.

2. Успенский В.А. Пильные цепи на лесозаготовках. - М.: Лесная промышленность, 1967, стр.28-55.

3. Патент США N 2725083, кл. 142-135, 1955.

4. Авторское свидетельство СССР N 1425086, кл. B 27 B 33/14, 1986.

Пильная цепь предназначена для режущих аппаратов лесозаготовительной промышленности. Пильная цепь содержит право- и левосторонние режущие блоки (1), оси (5) и средние звенья (4). А также боковые соединительные и режущие с хвостовиками звенья (3), последние из которых со стороны, противолежащей их хвостовикам, имеют Г - образные право- или левосторонние зубья (9) и ограничители толщины снимаемой стружки. Каждый Г - образный зуб со стороны, обращенной к продольно-вертикальной плоскости симметрии, проходящей через средние звенья цепи, образует открытую полость, в которой линии обвода при сопряжении внутренней и наружной поверхности хвостовика имеют двоякую кривизну. Вогнутость этой кривизны в зоне контура межзубовой полости смежна с вогнутостью обвода при сопряжении внутренних поверхностей задних граней. Участок поверхности боковой задней грани, расположенный между смежными вогнутостями, имеет длину 2,5-8 мм, а величина острого угла между указанными участками поверхности боковой задней грани и продольно-вертикальной плоскости симметрии цепи составляет 2-10^o. Выбранная форма поверхности сопряжения между внутренними и наружными поверхностями боковой задней грани режущего зуба и хвостовика с заданными геометрическими соотношениями обеспечивает наибольший ресурс работы пильной цепи при реализации ее в соответствии с данным техническим решением. Обеспечивается также уменьшение усилий, вызывающих отжим цепи от направляющих элементов пильного аппарата, что повышает устойчивость цепи и качество реза. 2 з.п.ф-лы., 7 ил., 1 табл.

1. Пильная цепь, содержащая оси, средние звенья, боковые соединительные и режущие с хвостовиками звенья, последние из которых со стороны противолежащей их хвостовикам имеют Г-образные право- или левосторонние зубья, ограничители толщины снимаемой стружки, при этом каждый Г-образный зуб со стороны, обращенной к ограничителю, имеет переднюю режущую грань, к боковому и поперечно-ориентированному участкам режущей кромки которой примыкают соответствующие задние грани зуба, наружные и внутренние поверхности которых криволинейно сопряжены между собой соответственно выпуклым и вогнутым обводами, задние грани каждого зуба со стороны, обращенной к продольно-вертикальной плоскости симметрии, проходящей через средние звенья цепи образуют открытую межзубовую полость, контур которой описан внутренней поверхностью поперечной задней грани, вогнутостью криволинейного обвода между ней и участком внутренней поверхности боковой задней грани, поверхностью криволинейного обвода между последним с обращенной к указанной плоскости симметрии поверхностью хвостовика данного режущего звена, при этом участок внутренней поверхности задней боковой грани, расположенной между упомянутыми криволинейными обводами отклонен от плоскости симметрии соответственно вправо или влево и расположен под острым углом к ней с вершиной угла между ними обращенной к хвостовику, а контур наружной поверхности боковой задней грани каждого зуба подобен соответствующему контуру его межзубовой полости, при этом отношение высоты хвостовиков боковых звеньев к высоте Г-образных зубьев относительно осей равно 0,75 - 0,98, отличающаяся тем, что линии обвода при сопряжении внутренней и наружной поверхностей боковой задней грани каждого зуба с соответствующими поверхностями хвостовика имеют двоякую кривизну, вогнутость которой в зоне контура межзубовой полости смежна с вогнутостью обвода при сопряжении внутренних поверхностей задних граней, при этом участок поверхности боковой задней грани, расположенный между смежными вогнутостями имеет длину, равную 2,5 - 8 мм, а величина острого угла между указанным участком поверхности боковой задней грани и продольно вертикальной плоскостью симметрии цепи составляет 2 - 10^o. 2. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что кривизна вогнутостей в зоне контура межзубовой полости составляет 1,6 - 3,8 мм при толщине боковых звеньев цепи 2 - 4 мм. 3. Цепь по п.1, отличающаяся тем, что боковины хвостовиков боковых звеньев соответственно соединительных и режущих со стороны передних режущих граней последних расположены под углом 40 - 50^o к поперечно-горизонтальной плоскости, проходящей через оси цепи, при этом вершина угла обращена к последним.