БЕНЗИНОМОТОРНАЯ ПИЛА Российский патент 2005 года по МПК B27B17/00 

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил.

В предлагаемом изобретении разработана бензиномоторная пила, в которой обеспечивается эффективная виброзащита рук оператора в широком диапазоне частот (30-1000 Гц).

Бензиномоторная пила является мощным источником динамических нагрузок, которые в зависимости от режима работы полностью или частично воспринимаются руками оператора.

В связи с этим одной из важнейших задач при создании ручных бензиномоторных пил является достижение максимального снижения уровня вибрации на наружных поверхностях рукояток управления, охватываемых руками оператора при работе с пилой. Сложность решения данной проблемы заключается в том, что в зависимости от режима работы (холостой ход на раскряжевке, раскряжевка, валка леса) на руки оператора воздействуют вибрационные нагрузки в широком диапазоне частот (30-1000 Гц). В соответствии с патентно-информационными исследованиями в течение последних лет разработано достаточно большое количество механических демпфирующих устройств, обеспечивающих частичное гашение вибрации на рукоятках управления бензиномоторных пил.

Известна переносная моторная пила (см. например, заявку СССР №2031894 по классу В 27 В 17/00 за 1974 г.), в которой рукоятки управления жестко соединены с обоймами, имеющими с внутренней стороны упругие элементы в виде внешнего и внутреннего кольца, соединенные с перемычками. Вибрация, передаваемая от двигателя и пильного аппарата, гасится при передаче на рукоятки за счет поглощающих свойств эластичного материала упругих элементов, которые закреплены на двигателе. Как отмечают авторы наличие упругих элементов снижает вибрацию, обеспечивает хорошую виброустойчивость и управление пилой в любом положении. Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что эффективная виброизоляция рукояток управления обеспечивается в ограниченном диапазоне частот вибрации. Ограничение диапазона частот по вибрации обусловлено конкретно заданными жесткими свойствами упругих элементов. Кроме того, сама пила имеет достаточно сложную конструкцию и повышенную массу за счет наличия обойм.

Известны переносные моторные пилы (см. заявку СССР №2331564 по классу В 27 В 17/00 за 1976 г., патент ФРГ 2043708 по классу В 27 В 17/02 за 1977 г., патент ФРГ 2525116 по классу В 27 В 17/02, патент США 3698455 по классу В 27 В 17/02 за 1972 г., патент США 3945119 по классу В 27 В 17/02 за 1976 г., патент США 4141143 по классу В 27 В 17/02 за 1979 г.), в которых опорная рама с рукоятками управления непосредственно крепится к корпусу двигателя через эластичные элементы, которые обеспечивают эффективное гашения вибрации в области высоких частот. Для снижения уровня вибрации в области низкочастотного спектра применяются различные конструкции жестких гасителей.

Крепление опорной рамы с рукоятками управления к двигателю пилы через податливые эластичные элементы существенно ухудшает управляемость пилой, что небезопасно для оператора при его работе.

Известна также переносная моторная пила (см. заявку СССР №3249074 по классу В 27 В 17/00 за 1981 г.), принятая авторами за прототип. Она включает двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с передней и задней рукоятками управления, прикрепленную к корпусу двигателя через три жесткие пружины, частично выполняющие роль амортизаторов на высоких частотах (500-1000 Гц).

Жесткие пружины обеспечивают хорошую управляемость пилой, при этом для снижения вибрации на рукоятках управления упор связан с корпусом двигателя посредством амортизаторов. При пилении упор прижат к древесине и амортизаторы выполняют роль гасителей колебаний.

Основным недостатком пилы - прототипа является не эффективная виброизоляция рукояток управления на низких рабочих частотах, наиболее опасных для организма человека. Замеряемые на стенде виброскорости рукояток управления в октавных полосках рабочих частот: 31,5 Гц; 63 Гц; 125 Гц; 250 Гц превышают на 3-5 Дб допустимых уровней вибраций согласно ГОСТ 17770-72 “Машины ручные, Допустимые уровни вибрации”. Ограничение диапазона частот по эффективному гашению вибрации обусловлено заданной жестокостью амортизаторов.

В пиле-прототипе крепление опорной рамы с рукоятками управления к корпусу двигателя осуществляется через три жесткие пружины. Жесткость пружины определяется числовым значением индекса “С”.

С=До/d, где

До=Д-d - средний диаметр пружины;

Д - наружный диаметр пружины;

d - диаметр проволоки пружины.

В соответствии со справочными данными (см. В.И.Анурьев “Справочник конструктора-машиностроителя, том 3, М.: Машиностроение, 1979, стр. 96) для винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали кругового сечения индекс “С” имеет значения от 4 до 12. Чем меньше числовое значение индекса “С”, тем больше жесткость пружины.

У пилы-прототипа болтовое крепление опорной рамы с корпусом двигателя осуществляется через жесткие пружины (С=4,0) практически без их предварительного нагружения. При таком жестком креплении опорной рамы с рукоятками управления к корпусу двигателя (источнику вибрации) при работе в режиме “холостой ход на раскряжевке” на руки оператора в диапазоне низких частот (31-250 Гц) воздействуют вибрационные нагрузки, превышающие на 3-5 Дб допустимые уровни вибрации. И только в пилении под нагрузкой на частотах 500-1000 Гц пружины выполняют роль виброгасителей.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции бензиномоторной пилы, в которой обеспечивается гашение вибрации во всем диапазоне частот 31-1000 Гц.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что крепление опорной рамы к корпусу двигателя осуществляется через податливые нежесткие пружины, средний диаметр которых составляет 5-7 диаметров проволоки пружины, при этом расстояние между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин обеспечивает их предварительный натяг на величину 0,4-0,6 рабочего хода пружины.

На фиг.1 изображена бензиномоторная пила, общий вид. Она содержит двигатель 1, пильный аппарат 2, опорную раму 3 с трубчатой частью 4, закрепленную к корпусу двигателя 1 через пружины 5, переднюю рукоятку 6, расположенную на трубчатой части 4 опорной рамы 3, заднюю рукоятку 7 и упор 8. Два места крепления опорной рамы 3 к корпусу двигателя 1 через пружины 5 показано на фиг.1. Третье место крепления трубчатой части 4 опорной рамы 3 к корпусу двигателя 1 через пружину 5 показано на фиг.2 - вид по А на фиг.1.

Работа бензиномоторной пилы осуществляется следующим образом. Двигатель 1 с пильным аппаратом 2 генерирует пространственную вибрацию, передающуюся через опорную раму 3 на рукоятки управления 6, 7. Размещение между корпусом двигателя 1 и опорной рамой 3 пружин 5 с предварительным их натягом на величину 0,4-0,6 рабочего хода пружины позволяет исключить прямую передачу вибрации в диапазоне низких частот 31-250 Гц от двигателя 1 с пильным аппаратом 2 на опорную раму 3 с рукоятками управления 6, 7. При этом обеспечивается хорошая управляемость пилой.

Гашение вибрации в предложенной авторами конструкции пилы осуществляется за счет упругой деформации пружин:

- на холостом ходу за счет предварительного натяга пружин;

- в пилении за счет работы пружин на сжатие и кручение.

На основе многочисленных экспериментальных данных (пиление на стенде в режиме холостого хода, раскряжевка и валка с замером уровней вибрации на наружной поверхности рукояток) авторами было установлено, что большое значение на уровни вибрации в предложенной конструкции оказывает отношение среднего диаметра пружины к диаметру проволоки, из которой изготовлена пружина, и величина предварительного натяга пружины. При среднем диаметре пружины, равном более семи диаметров ее проволоки, в сочетании с предварительным натягом менее 0,4 рабочего хода, пружины обладают большими изгибными перемещениями. В результате этого возрастают вибрационные нагрузки на руки оператора в режиме холостого хода. При данном режиме работы пила находится в подвешенном состоянии в руках оператора и представляет собой некую массу с виброисточником (двигатель пилы, работающий на холостом ходу). Руки оператора, сжимающие рукоятки управления и удерживающие пилу, представляют собой некую присоединенную массу к пиле через пружины. Образуется динамическая система, в которой присоединенная масса (руки оператора) и пружины с большими изгибными перемещениями становятся динамическим демпфером для бензопилы, в результате чего идет мощный отбор энергии от виброисточника (двигателя пилы) и передача ее на руки оператора. Кроме того, из-за большой податливости пружин ухудшается управляемость пильным аппаратом 2. При среднем диаметре пружины, равном менее пяти диаметров ее проволоки, в сочетании с предварительным натягом более 0,6 рабочего хода пружины обладают большой жесткостью, В результате этого резко снижается эффективность гашения вибрации на низких частотах 31-250 Гц в режиме холостого хода на раскряжевке, а при валке и раскряжевке возможно смыкание витков пружин и вибрация без демпфирования напрямую передается на руки оператора.

Таким образом, только при среднем диаметре пружины, равном 5-7 диаметрам проволоки пружины, и предварительном натяге ее на величину 0,4-0,6 рабочего хода обеспечивается эффективное гашение вибрации в рабочем диапазоне частот.

В настоящее время проведены стендовые и натурные (в леспромхозах России) испытания предложенной конструкции пилы. Достигнуто практическое гашение вибрации на рукоятках управления в октавных полосах рабочих частот 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц.

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано при изготовлении бензиномоторных пил. Пила содержит двигатель, пильный аппарат, опорную раму с трубчатой частью, прикрепленную к корпусу двигателя через пружины, переднюю и заднюю рукоятки и упор. Средний диаметр пружин составляет 5-7 диаметров проволоки пружины, при этом расстояние между опорной рамой и корпусом двигателя в местах крепления пружин обеспечивает их предварительный натяг на величину 0,4-0,6 рабочего хода пружины. Технический результат – эффективное гашение вибрации в октавных полосах рабочих частот 31,5; 63; 125; 250; 500 и 1000 Гц. 2 ил.

Бензиномоторная пила, включающая двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с трубчатой частью, прикрепленную к корпусу двигателя через пружины, упор, переднюю и заднюю рукоятки управления, отличающаяся тем, что крепление опорной рамы к корпусу двигателя производится через пружины, средний диаметр которых составляет 5-7 диаметров проволоки пружины, при этом расстояние между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин обеспечивает их предварительный натяг на величину 0,4-0,6 рабочего хода пружины.