ПИЛЬНЫЙ МОДУЛЬ, ПИЛЬНЫЙ БЛОК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПИЛОВКИ Российский патент 2004 года по МПК B27B3/00 B28D1/06 

Область техники
Изобретения относятся к области распиловки твердых материалов, преимущественно древесины, но также и металла, пластмасс, камня, кости, стекла и других.

Предшествующий уровень техники
Известно устройство для распиловки древесины, содержащее станину, на которой расположен пильный блок в виде ведущего и ведомого валов с параллельными осями вращения, на которых шарнирно закреплены на эксцентриках пильные модули, каждый из которых представляет собой пильное полотно, закрепленное между двумя крепежными узлами (а.с. СССР N 146019, В 27 В 15/04, 1962). В этом устройстве пильные модули размещены на консольных участках валов, при этом передача движения от ведущего вала к ведомому осуществляется с помощью цепной передачи. Однако цепная передача ограничивает частоту вращения валов, а само устройство не решает задачу исключения эффекта формоизменения пильного полотна. При этом ширина распила недопустимо увеличивается.

Известны также устройства для распиловки древесины, содержащие станину, на которой расположены пильный блок в виде ведущего и ведомого коленчатых валов с параллельными осями вращения и с опорами на концах и пильных модулей с пильными полотнами, шарнирно закрепленных на одноименных шейках коленчатых валов (патент СССР 1771443, В 27 В 3/00, 1992; патент РФ 2058884, В 27 В 3/10, 1996; патент РФ 2060872, В 27 В 3/00, 1996). Во всех этих устройствах используется дополнительная громоздкая жесткая кинематическая связь между ведущим и ведомым валами для обеспечения синхронизации их вращения, что усложняет и утяжеляет конструкцию, но не решает проблему уменьшения ширины распила и снижения энергозатрат на распиловку.

Из описания изобретения к патенту РФ 2131806, В 27 В 3/00, B 28 D 1/06, B 23 D 49/00 известны:
- пильный модуль, содержащий, по меньшей мере, одно пильное полотно, закрепленное между крепежными узлами, предназначенными для шарнирного соединения с ведущим и ведомым валами, оси вращения которых параллельны друг другу, со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины указанного модуля, образованной половиной пильного полотна (12) и соответствующим ей крепежным узлом (13), расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира (14) этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения (6) соответствующего вала;
- пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины указанного модуля, образованной половиной пильного полотна (12) и соответствующим ей крепежным узлом (13), расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира (14) этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения (6) соответствующего вала;
- устройство для распиловки, включающее станину, на которой расположен пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины указанного модуля, образованной половиной пильного полотна (12) и соответствующим ей крепежным узлом (13), расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира (14) этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения (6) соответствующего вала.

Во всех этих известных технических решениях имеет место резонансное формоизменение (изгиб, кручение, плоскостные колебания и т.п.) пильного полотна, возникающее в процессе резания и холостого вращения, под действием резонансных сил. Одновременно силы трения в шарнирных узлах, пропорциональные силам инерции в пильном модуле и силе натяжения пильного полотна, создают дополнительный изгибающий момент пильного полотна в его плоскости и приводят к перераспределению напряжений в полотне. При этом зоны передней и задней кромок могут иметь разные резонансные частоты, а эффект резонансного формоизменения пильных полотен может постоянно проявляться по мере увеличения частоты вращения валов, т.е. при попытке достижения необходимой производительности распиловки. Проявление эффекта резонансного формоизменения пильных полотен приводит к перегреву полотна, увеличению ширины распила и усилия резания.

Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является стабилизация (снижение эффекта формоизменения) пильного полотна в процессе пиления без снижения практической производительности распиловки.

Эта задача в отношении пильного модуля решается тем, что в пильном модуле, содержащем, по меньшей мере, одно пильное полотно, закрепленное между двумя крепежными узлами, предназначенными для шарнирного соединения с ведущим и ведомым валами, оси вращения которых параллельны друг другу, со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины указанного модуля, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстоянии, равном 0,25. . . 0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.

При таком выполнении пильного модуля в процессе пиления или холостого вращения валов моменты сил инерции каждой его движущейся половины относительно оси шарнира являются минимальными и снижают эффект инерционного формоизменения (прогиба от инерционных сил) пильного полотна, а указанное расположение пильного полотна практически стабилизирует его напряженное состояние и снижает эффект резонансного формоизменения пильных полотен. Совокупность вышеназванных факторов позволяет уменьшить ширину распила, перегрев полотна и усилие резания при увеличении точности распиловки и повышении качества поверхности распила.

Заданное положение центра масс каждой указанной половины пильного модуля обеспечивается введением корректирующей массы шарнирного узла.

Выбранное расположение пильного полотна определяет рабочую частоту валов и кругового поступательного движения пильного модуля при фиксированных значениях усилия натяжения пильного полотна и его геометрических параметров, а также известных (расчетных) значениях сил трения в шарнирных узлах. При этом происходит минимизация эффекта от сил трения в шарнирных узлах, создающих дополнительный изгибающий момент пильного полотна в его плоскости, а зоны передней и задней кромок имеют близкие по значению резонансные частоты, отличающиеся от рабочей частоты вращения валов. При этом эффект резонансного формоизменения пильных полотен в зоне рабочей частоты вращения валов минимален и не приводит к перегреву полотна, увеличению ширины распила и усилия резания.

В случае установки пильного модуля на ведущем и ведомом эксцентриковых валах указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала, а в случае установки пильного модуля на ведущем и ведомом коленчатых валах указанное смещение равно расстоянию между осью шейки колена и осью вращения вала.

В процессе работы пильное полотно удлиняется под воздействием растягивающих сил и нагрева, что отрицательно сказывается на сохранении его рабочей (первичной) формы. Чтобы компенсировать это удлинение, в крепежном узле, предназначенном для его установки на ведомом валу и содержащем хомут (элемент шарнирного соединения крепежного узла с валом) и соединенную с хомутом скобу, последняя снабжена средством подвижной фиксации пильного полотна.

Указанное средство содержит, по меньшей мере, один штифт, который размещен как в отверстии, выполненном на конце пильного полотна, так и в соосных отверстиях, выполненных в противоположных стенках скобы. Штифт установлен в отверстиях с возможностью перемещения вдоль продольной оси пильного полотна, для чего отверстия выполнены удлиненными в указанном направлении. Внутри скобы может быть закреплена пружина для взаимодействия со штифтом.

В отношении пильного блока задача решается тем, что в пильном блоке, содержащем ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины пильного модуля, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстоянии, равном 0,25...0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.

Ведущий и ведомый валы могут быть выполнены коленчатыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между осью шейки колена и осью вращения вала.

Ведущий и ведомый валы могут быть выполнены эксцентриковыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала.

Кроме того, эксцентрики эксцентрикового вала могут быть выполнены с возможностью их установки в заданном осевом положении для регулирования промежутков между пильными модулями, что позволяет изменять толщину выпиливаемого материала.

Это можно осуществить, например, путем выполнения эксцентриков съемными с фиксацией их на валах с помощью шпонок, а между эксцентриками могут быть установлены дополнительные распорные элементы.

Каждая стойка может быть выполнена с направляющими для установки опор валов, при этом каждая опора подпружинена для растягивания пильного полотна.

Кроме того, пильные модули могут быть установлены на указанных валах с равным угловым смещением друг относительно друга. При этом центробежные силы, возникающие при круговом поступательном движении пильных полотен, сами себя уравновешивают, в результате чего работа опорных подшипников осуществляется под нагрузкой сил резания только одного пильного модуля и общего усилия натяжения пильных полотен пильного блока. Причем сила резания практически постоянна в своем направлении и изменяется только по величине в зависимости от размера и свойств распиливаемого материала. Это исключает массивную станину и увеличивает ресурс работы пильного блока.

В отношении устройства для распиловки задача решается тем, что в устройстве для распиловки, включающем станину, на которой расположен пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, центр масс каждой половины пильного модуля, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстоянии, равном 0,25...0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.

Краткое описание чертежей
Более подробно предлагаемые изобретения раскрываются со ссылкой на чертежи.

На фиг.1 изображено устройство для распиловки, вид спереди;
на фиг.2 - то же, вид сбоку;
на фиг.3 изображен пильный модуль, вид сбоку;
на фиг.4 - то же, вид спереди;
на фиг. 5 - то же, местный вид с местным разрезом в области средства подвижной фиксации пильного полотна;
на фиг. 6 - то же, местный вид и сечение в области средства подвижной фиксации пильного полотна.

Примеры осуществления изобретения
Предлагаемое устройство для распиловки (фиг.1 и 2) содержит станину 1, на которой расположены пильный блок 2 и средства подачи и отвода распиливаемого материала (не показано). Пильный блок 2 содержит ведущий вал 3, связанный шкивом 4 с электродвигателем (не показан), ведомый вал 5, при этом оси вращения 6 обоих валов параллельны и оба вала закреплены по концам в опорах 7 и 8 соответственно. Опоры 7 и 8 размещены на стойках 9, каждая из которых имеет направляющие 10, закрепленные в станине 1. На валах 3 и 5 размещены пильные модули 11, каждый из которых содержит, по меньшей мере, одно пильное полотно 12 с зубьями 25 (в примерах осуществления устройства для распиловки, показанных на фиг.1, 2, 5 и 6, пильный модуль имеет два пильных полотна), которое закреплено между двумя крепежными узлами 13, шарнирно соединенными с валами 3 и 5, т.е. каждый крепежный узел 13 образует с валом 3 или 5 соответственно подвижное соединение, допускающее вращение вокруг их общей оси 14, являющейся осью шарнира. Ось шарнира 14 каждого крепежного узла 13 смещена относительно оси вращения вала 3 или 5. При этом, если валы 3 и 5 выполнены эксцентриковыми, то осью шарнира 14 является геометрическая ось эксцентрика, а если валы 3 и 5 выполнены коленчатыми, то осью шарнира 14 является ось шейки колена вала.

С целью обеспечения заданного положения центра масс каждой половины пильного модуля 11 на крепежном узле 13 установлен компенсатор 15 в виде инерционного груза, позволяющего минимизировать эффект инерционного формоизменения пильного полотна. Крепежный узел 13 имеет хомут 16 (элементы шарнирного соединения крепежных узлов 13 с валами 3 и 5), а крепежный узел, установленный на ведомом валу 5, имеет соединенную с хомутом 16 скобу 17, при этом последняя снабжена средством подвижной фиксации 18 пильного полотна 12. Указанное средство подвижной фиксации содержит, по меньшей мере, один штифт 19, установленный с возможностью перемещения вдоль продольной оси пильного полотна 12.

На фиг. 5 и 6 показан вариант осуществления средства подвижной фиксации 18 с двумя штифтами 19, которые размещены как в отверстиях 20, выполненных на конце пильного полотна 12, так и в соосных отверстиях 21, выполненных в противоположных стенках 22 и 23 скобы 17. Штифты 19 имеют возможность перемещения в отверстиях 21 вдоль продольной оси пильного полотна, так как отверстия 21 выполнены удлиненными в указанном направлении. Со штифтами 19 взаимодействует закрепленная внутри скобы пружина 24, обеспечивающая заданное усилие натяжения полотна при холостом ходе и при нагреве полотна во время распиловки.

На фиг. 3 показан пильный модуль с определенным расположением пильного полотна, где В - ширина полотна, измеряемая расстоянием между линией межзубовых впадин и задней кромкой полотна. Причем линия межзубовых впадин расположена на расстоянии Z=0,25...0,75В относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в плоскости указанного полотна. Такое расположение пильного полотна, при прочих известных параметрах пильного модуля, также минимизирует эффект резонансного формоизменения полотна и его последствий.

Каждая опора 7 и 8 валов 3 и 5 соответственно при установке ее на направляющих 10 подпружинена для растягивания пильного полотна (на фиг.1 и 2 показаны пружины 29), что также обеспечивает заданное усилие натяжения пильного полотна при холостом ходе и при нагреве полотна во время распиловки.

При выполнении ведущего 3 и ведомого 5 валов эксцентриковыми (как показано на фиг. 3-6) их эксцентрики 26 могут быть выполнены съемными с фиксацией их на валах 3 и 5 с помощью шпонок 27, а между эксцентриками могут быть установлены дополнительные распорные элементы 28 (разлучки) для регулировки промежутков между пильными модулями 11, что позволяет выпиливать доски различной толщины.

В случае использования в устройстве для распиловки пильного блока 2 только с одним пильным модулем 11 целесообразно связать ведущий вал 3 и ведомый 5 гибкой кинематической связью, например клиновым ремнем, для синхронизации их вращения.

Если же в пильном блоке 2 установлено два и более пильных модулей 11, то в этом случае сами пильные модули 11 являются синхронизаторами вращения обоих валов 3 и 5. В примере осуществления изобретения, показанном на фиг.1, используются шесть пильных модулей 12, установленных на валах с равным угловым смещением друг относительно друга, что является оптимальным как для обеспечения динамической устойчивости устройства, так и для энергопотребления при распиловке.

Как показали испытания, устройству для распиловки, имеющему вышеописанные пильный блок с шестью пильными модулями, достаточно общей потребляемой мощности 8,1...12,1 кВт для роспуска на доски пиловочника с характерным диаметром до 540 мм при скорости подачи (производительности) 14,5 м/мин и частоте вращения ведущего и ведомого валов около 3000 об/мин, что не является пределом. Габариты всего устройства для распиловки бревен диаметром до 600 мм не превышают 1200•1500•1600 мм, при общей массе устройства около 950 кг.

Снабжение полотна твердосплавными режущими элементами или специальными стеллитоподобными сплавами позволяет обрабатывать материалы различной твердости при ширине распила не более 2,4...2,8 мм. При этом полотно не нуждается в частой перезаточке и практически не меняет своих геометрических параметров в процессе эксплуатации. Ориентировочный ресурс работы пильных полотен при деревообработке между перезаточками - 8...40. Разнотолщинность досок толщиной 50 мм, при их ширине 150 мм и длине 6,2 м составила 0,5 мм.

Регулируя разлучками промежутки между пильными модулями из пиловочника (бревна), можно получать тес, половую доску, лафет или брус.

Высокие частоты вращения валов и режущих импульсов, а также сохранение динамической устойчивости пильных полотен в процессе их работы обеспечивают высокий уровень качества продукции с минимальными энергозатратами при сохранении средней производительности имеющегося серийного оборудования аналогичного назначения.

Предлагаемое устройство для распиловки может найти применение во всех отраслях, где требуется распиливание твердых материалов - пластмассы, камня, металла, стекла и др. Наиболее перспективно использовать его для распиловки древесины с целью получения пиломатериала различного профиля с высоким уровнем качества поверхности при обработке бревен диаметром до 1000 мм и более. При этом устройство обеспечивает энергосбережение при распиловке, при изготовлении самого оборудования (малая металлоемкость), а также удобно для его использования в труднодоступных районах при малом автономном энергоснабжении.

Изобретение относится к области распиловки твердых материалов, преимущественно древесины. Устройство для распиловки имеет пильный блок, в состав которого входит, по меньшей мере, один пильный модуль, расположение центра масс половины которого, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, шарнирно соединенным с ведущим или ведомым валом, таково, что обеспечивается динамическая уравновешенность пильного модуля. При этом пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин смещена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстояние, равное 0,25...0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин. Изобретение исключает эффект формоизменения пильного полотна и обеспечивает регулируемое усилие натяжения пильного полотна. Обеспечивается динамическая уравновешенность блока в целом и исключается необходимость дополнительных средств синхронизации вращения валов. 3 с. и 9 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Пильный модуль, содержащий, по меньшей мере, одно пильное полотно, закрепленное между двумя крепежными узлами, предназначенными для шарнирного соединения с ведущим и ведомым валами, оси вращения которых параллельны друг другу, со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, отличающийся тем, что пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна на расстоянии, равном 0,25 - 0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что при установке его на ведущем и ведомом эксцентриковых валах указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала.3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что при установке его на ведущем и ведомом коленчатых валах указанное смещение равно расстоянию между осью шейки колена и осью вращения вала.4. Модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что крепежный узел, предназначенный для установки на ведомом валу, содержит хомут, шарнирно связанный с указанным валом, и соединенную с хомутом скобу, снабженную средством подвижной фиксации пильного полотна.5. Модуль по п.4, отличающийся тем, что средство подвижной фиксации пильного полотна содержит, по меньшей мере, один штифт, размещенный в отверстии, выполненном на конце пильного полотна, соосные отверстия, выполненные в противоположных стенках скобы для установки в них указанного штифта с возможностью перемещения вдоль продольной оси пильного полотна, и пружину для взаимодействия с указанным штифтом, закрепленную внутри скобы.6. Пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины пильного модуля, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, отличающийся тем, что пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстоянии, равном 0,25 - 0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.7. Блок по п.6, отличающийся тем, что ведущий и ведомый валы выполнены эксцентриковыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала.8. Блок по п.7, отличающийся тем, что эксцентрики эксцентрикового вала выполнены с возможностью их установки в заданном осевом положении для регулирования промежутков между пильными модулями.9. Блок по п.6, отличающийся тем, что ведущий и ведомый валы выполнены коленчатыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между осью шейки колена и осью вращения вала.10. Блок по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что каждая стойка выполнена с направляющими для установки опор валов, при этом каждая опора подпружинена для растягивания пильного полотна.11. Блок по любому из пп.6-10, отличающийся тем, что пильные модули установлены на указанных валах с равным угловым смещением относительно друг друга.12. Устройство для распиловки, включающее станину, на которой расположен пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один пильный модуль, выполненный в виде, по меньшей мере, одного пильного полотна, закрепленного между двумя крепежными узлами, шарнирно соединенными с ведущим и ведомым валами со смещением оси шарнира каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, причем центр масс каждой половины пильного модуля, образованной половиной пильного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, отличающийся тем, что пильное полотно установлено так, что линия межзубовых впадин расположена относительно линии, соединяющей оси шарниров и лежащей в пределах указанного полотна, на расстоянии, равном 0,25 - 0,75 ширины полотна, измеряемой между задней кромкой полотна и линией межзубовых впадин.