СТАНОК ДЛЯ ВИБРОЛУЩЕНИЯ ШПОНА Российский патент 2003 года по МПК B27L5/00 

Изобретение относится к области деревообработки, в частности к оборудованию фанерного производства.

Цель изобретения - снижение энергоемкости как самого процесса лущения шпона, так и исключения энергозатрат на пропаривание и прогрев чураков, что временно повышает пластичность древесины.

Аналоги - в качестве аналога принимается лущильный станок по патенту 1691102, приоритет 21.09.89 г. Исчисление приоритета - по дате внесения в Госреестр изобретений - 08.02.93 г.

В качестве прототипа принимается лущильный станок по патенту 1691102 (автор Богокин Л.А.).

Принимаются во внимание лущильные станки с традиционным надвиганием древесины на неподвижный лущильный нож (вращением чурака), чем реализуется процесс статического лущения.

Описание прототипа - лущильный станок содержит супорт, траверсу с механизмом осциляции и лущильным ножом, прижимную линейку, подпорные ролики, механизм крепления, подачи и вращения чурака, а также силовой привод. Механизм осциляции совместно с лущильным ножом совершают процессию в форме колебательного возвратно-поступательного движения с двумя степенями свободы перемещения режущей кромки резца (ножа) параллельно самой себе по круговой траектории малого радиуса. Это позволяет получать лущеный шпон без пропаривания и прогрева древесины сырья (чураков) непосредственно перед лущением и обжатия ее до 50% в зоне резания.

Особенности и недостатки прототипа:
- процессия режущей кромки лущильного ножа совершается по дуге с радиусом, равным плечу между его режущей кромкой и осью, вокруг которой совершает колебания тpaвepca-резцедержатель;
- относительно большая масса траверсы-резцедержателя, затрудняющая возможность лущения в режиме авторезонанса.

Цель изобретения
Создание устройства, обеспечивающего существенное снижение энергопотребления за счет повышения КПД при работе станка в режиме авторезонанса.

Пути решения поставленной задачи
1. Выполнение резцедержателя, на котором крепится лущильный нож, в виде пустотелой конструкции минимальной массы, приводимой в движение несколькими синхронно работающими эксцентриками с малым эксцентриситетом (ε).

2. Приведение во вращение всех эксцентриков единой системой конических зубчатых колес, размещенных на общей оси, оснащенной для плавности вращения маховиком, а оси эксцентриков - противовесами для уравновешивания подвижной массы резцедержателя.

3. Оснащение подшипников всех эксцентриков упругими компенсаторами, поглощающими деформирующие нагрузки, возникающие из-за погрешностей при изготовлении и сборке элементов резцедержателя и других конструктивных моментов.

4. Обеспечение надежной ориентации резцедержателя посредством плоских шлифованных пластин, между которыми перекатывается на шариках, заключенных в сепараторы, ферма резцедержателя.

Элементы существенной новизны
1. Ведение динамического процесса получения шпона подвижным лущильным ножом, совершающим процессию по круговой траектории малого радиуса в режиме дискретного лущения.

2. Использование пустотелого резцедержателя малой массы в виде фермы, позволяющего вести процесс лущения в режиме авторезонанса.

3. Надежная ориентация и перемещение резцедержателя в единой плоскости с помощью опорных плоских пластин, между которыми по шарикам перекатывается резцедержатель.

4. Ведение процесса перемещения резцедержателя несколькими синхронно работающими эксцентриками, равномерно распределяющими нагрузки по всей его длине.

5. Создание достаточного динамического подпора древесины для получения необходимой чистоты поверхности шпона подбором оптимальной частоты осциляции при работе в режиме авторезонанса.

Сопутствующий эффект
1. Повышение качества поверхности шпона.

2. Компактность станка, снижение его металлоемкости.

Перечень чертежей
На фиг. 1 показана конструктивная схема лущильного узла и его основные элементы (1-й вариант).

На фиг.2 показана принципиальная кинематическая схема осцилирующей системы лущильного станка.

На фиг. 3 показан 2-й вариант конструктивной схемы лущильного узда и принцип пустотелой конструкции корпуса резцедержателя.

На фиг. 4 показан безразмерный график изменения КПД лущильного узла по мере приближения задаваемой частоты осциляции к собственной частоте резцедержателя - зависимость КПД от задаваемой частоты осциляции.

На фиг.5 показана схема перемещения точки на режущей кромке резца в ходе его процессии по круговой траектории малого радиуса.

На фиг.6 показан синусоидальный график перемещения точки на режущей кромке резца в ходе его процессии по круговой траектории малого радиуса.

На фиг. 7 показан график мощности, возникающей в цепи силового привода при существующем способе лущения, в т.ч. по мере уменьшения диаметра чурака.

На фиг. 8 показан график усилий, возникающих на режущей кромке резца в ходе его процессий по круговой траектории малого радиуса.

На фиг. 9 показан график усилий на вращение обрабатываемого чурака по предлагаемому способу лущения.

Спецификация
1. Станина (не показана)
2. Траверса опорная
3. Пластина опорная резцедержателя
4. Шарики плоского подшипника
5. Сепаратор плоского подшипника
6. Пластина опорная резцедержателя
7. Пластина прижимная резцедержателя
8. Винты регулировочные пластин резцедержателя (не показаны)
9. Корпус резцедержателя пустотелый
10. Место крепления ножа лущильного
11. Резец (нож) лущильный
12. Винт упорный (регулировочный) резца
13. Винт крепления резца
14. Корпус подшипниковый
15. Крышка корпуса
16. Подшипник эксцентрика
17. Демпфирующий компенсатор
18. Эксцентрик
19. Ось эксцентрика
20. Противовес
21. Промежуточная подшипниковая опорная пластина оси эксцентрика
22. Подшипник оси (19)
23. Колесо коническое зубчатое ведомое
24. Колесо коническое зубчатое ведущее
25. Ось ведущих конических зубчатых колес
26. Подшипники опорные оси (25)
27. Опоры подшипников (26)
28. Маховик
29. Вариатор частоты вращения
30. Силовой привод
31. Чурак
32. Опорные валики
33. Прижим (прижимная линейка)
34. Пружина прижимная
35. Приемный лоток для шпона
36. Шпон
Примечание - механизм подачи чурака на лущение и механизм его вращения не рассматриваются и не отражены в спецификации.

Устройство станка (статика)
В объеме материалов заявки рассматривается способ и устройство для лущения шпона. Способ заключается в динамическом рассекании древесины вдоль волокон в плоскости наименьшего ее сопротивления резанию в дискретном, т.е. прерывистом, режиме, для чего резцу сообщается комбинированное возвратно-поступательное перемещение (процессию) параллельно самому себе по замкнутой круговой траектории малого радиуса (фиг.5) механизмом осциляции. Последний состоит из силового привода 30, вариатора частоты вращения 29, маховика 28, насаженного на ось 25 ведущих конических зубчатых колес 24, находящихся в зацеплении с ведомыми коническими зубчатыми колесами 23, насаженными на оси 19 эксцентриков 18, имеющих малый эксцентриситет (ε), вращающихся в подшипниках 16, помещенных в подшипниковые корпуса 14, встроенные в пустотелый корпус резцедержателя 9 - фиг.1 и 3. Корпус резцедержателя 9 делается пустотелым для максимального уменьшения его массы без ущерба его прочности и жесткости, для возможности его работы в режиме авторезонанса, т.е. с учетом его собственной частоты. Это позволяет максимально увеличить КПД системы. Число эксцентриков 18, работающих синхронно, определяется исходя из длины резца 11. Для уравновешивания массы резцедержателя 9 на осях 19 эксцентриков насажены противовесы 20, схема размещения представлена в двух вариантах: на фиг. 1 - первый вариант, а на фиг.3 - второй вариант. Легкость перемещения и надежность ориентации корпуса резцедержателя 9 обеспечивается его перекатыванием по шарикам 4, размещенным в плоских сепараторах 5. Шарики перекатываются по выверенным плоским пластинам 3, 6 и 7. Погрешности изготовления и сборки деталей резцедержателя 9, которые могут вызывать его деформацию в ходе работы, вынуждают снабдить подшипники 16 упругими демпфирующими компенсаторами 17. В гнезде 10 резцедержателя 9 крепится резец, контактирующий с древесиной чурака 31, опирающегося на опорные валики 32 и вращающегося посредством торцевых зажимов, имеющих шипы, обеспечивающие его вращение без проскальзывания. Для исключения неконтролируемого появления трещин, распространяющихся за зону резания в ходе отделения шпона, применена прижимная линейка 33 с пружинами 34. Сформированный шпон 36 отводится по лотку 35. Весь осцилирующий механизм монтируется на массивной жесткой траверсе 2.

Работа станка (динамика)
Прежде чем воспринимать работу предлагаемого станка, следует полностью отказаться от привычного взгляда на процесс лущения шпона, ведущийся станками традиционных конструкций и технологий, базирующихся на статическом принципе резания древесины (фиг.7):
а) неподвижном резце (ноже), на который надвигается обрабатываемая древесина путем вращения сырьевой заготовки (чурака 31), зажатой между торцевыми зажимами,
б) скорость резания (надвижение чурака на резец путем вращения) при полном, практически, отсутствии динамического подпора древесины как фактора обеспечения чистоты обработки поверхности получаемого шпона.

Поэтому в данных условиях качество поверхности шпона обеспечивается за счет:
а) временного придания древесине сырья (чураку) повышенной пластичности путем пропаривания и прогрева,
б) обжатия древесины в зоне резания до 50%, препятствуя тем самым ее неконтролируемому расщеплению за линией реза.

Предлагается процесс получения шпона путем динамичного дискретного его лущения в плоскости наименьшего сопротивления древесины резанию. Суть процесса в том, что режущая кромка резца совершает процессию по замкнутой круговой траектории малого радиуса с разными видами контакта с древесиной в разных фазах этой процессии - от фазы, связанной с пересечением волокон, до фазы со скользящим движением режущей кромки вдоль волокон. Это в целом предопределяет меньшие энергетические издержки на ведение процесса (фиг.5 и 6). Необходимая жесткость резца и сохранение им прямолинейности обеспечивается динамичностью процесса - скоростью его движения и характером контакта с древесиной - дискретностью (прерывистостью - фиг.8) когда, в положительной полуфазе (фиг. 5) резец надвигается на древесину, внедряясь в нее (при одновременном встречном надвижении древесины на резец), когда протекает основная часть процесса резания, а в отрицательной полуфазе процессии резец отступает, освобождая место для продвижения древесины (при вращении чурака, подготавливая очередной микротакт резания. Изложенным объясняется некоторое повышение усилия на вращение чурака в начале 1-й полуфазы (фиг.9).

При включении силового привода 30 начинается вращение вариатора частоты вращения 29, на выходе которого мы получаем требуемую нам скорость вращения (обор/мин). Возможность регулирования частоты вращения необходима для эффективного введения процесса лущения в режим авторезонанса, т.е. сопряжения частоты колебаний режущего узла (собственной) с частотой, задаваемой осцилирующим механизмом станка. Это обеспечивает максимальный КПД устройства (фиг. 4). Вращение от вариатора 29 передается на ось 25 ведущих конических зубчатых колес 24, которые в свою очередь сообщают вращение ведомым зубчатым колесам 23 и далее через оси 19 эксцентрикам 18. Эксцентрики придают возвратно-поступательное движение корпусу резцедержателя 9 и закрепленному на нем резцу 11. Минимальное сопротивление перемещению и надежность ориентации резцедержателя обеспечивается шариками 4, заключенными в сепараторы 5, по которым корпус резцедержателя 9 перекатывается по опорным пластинам 3, 6 и 7. Режущая кромка резца 11 находится в непостоянном (дискретном) контакте с рассекаемой древесиной чурака 31, отделяя в ходе надвижения очередную полоску шпона 36, продвигающегося по лотку 35. Для плавности вращения режущей системы на оси 25 предусмотрен маховик 28, а для уравновешивания массы корпуса резцедержателя 9 на осях 19 эксцентриков установлены противовесы 20. На фиг. 1 в 1-м варианте, а на. фиг.3 - во 2-м варианте. Параллельность перемещения резцедержателя 9 относительно чурака 31 обеспечивается синхронностью работы эксцентриков 18. Для подавления нежелательных нагрузок, возникающих из-за погрешностей при изготовлении и сборке деталей резцедержателя, подшипники 16 эксцентриков 18 размещены в подшипниковых корпусах 14 в теле резцедержателя с демпфирующими компенсаторами 17, устраняющими возможные деформации как корпуса резцедержателя, так и резца (11).

Механизм осциляции, описанный выше, силовой привод с вариатором и прочие детали размещаются на массивной жесткой траверсе. Для предотвращения неконтролируемого распространения трещин, которые могут возникнуть в ходе лущения, предусматривается прижим (прижимная линейка) 33 с пружинами 34. Чурак при обработке, во избежание прогиба, опирается на подпорные ролики 32. Механизм подачи и вращения чурака также не рассматривается.

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к оборудованию фанерного производства. Станок содержит станину, механизм зажима, вращения и подачи чурака, неподвижную траверсу с лущильным резцом и резцедержателем, механизм осциляции с силовым приводом для создания дискретного резания. Корпус резцедержателя выполнен пустотелым, вдоль длины резцедержателя расположены эксцентрики, подшипники которых запрессованы в гнезда, выполненные в резцедержателе, и снабжены упругими демпфирующими компенсаторами. Резцедержатель и траверса имеют опорные пластины, между которыми расположены шарики с возможностью перемещения по ним корпуса резцедержателя. Изобретение позволяет обеспечить снижение энергопотребления за счет повышения КПД при работе станка в режиме авторезонанса. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Станок для вибролущения шпона, содержащий станину, механизм зажима, вращения и подачи чурака, траверсу с лущильным резцом и резцедержателем, механизм осциляции с силовым приводом для создания дискретного резания, отличающийся тем, что корпус резцедержателя выполнен пустотелым, причем вдоль длины резцедержателя расположены эксцентрики, подшипники которых запрессованы в гнезда, выполненные в резцедержателе, и снабжены упругими демпфирующими компенсаторами, при этом резцедержатель и траверса имеют опорные пластины, между которыми расположены шарики с возможностью перемещения по ним корпуса резцедержателя, а траверса выполнена неподвижной. 2. Станок по п. 1 отличающийся тем, что на осях эксцентриков насажены противовесы. 3. Станок по п. 1 отличающийся тем, что в цепь силового привода лущильного резца включен бесступенчатый вариатор частоты вращения.