ЗАЩИТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОРТАТИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ С ТЕПЛОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПРЕКРАЩЕНИЕ ИХ РАБОТЫ ВСЛЕДСТВИЕ РЕЗКИХ И НЕОЖИДАННЫХ ДВИЖЕНИЙ Российский патент 2014 года по МПК B27B17/00 G08B21/02 

Настоящее изобретение касается устройства для портативных инструментов с тепловым двигателем, обеспечивающего безопасность пользователя за счет их мгновенного автоматического отключения при возникновении резких спонтанных перемещений, которые сообщаются в процессе эксплуатации. В частности, изобретение применяют для цепных пил с тепловым двигателем, называемых также отрезными пилами.

Согласно официальным регламентным нормам, цепные пилы должны быть оборудованы защитным устройством, обеспечивающим остановку пилы в случае сильного отскока, называемого на профессиональном языке «отдачей», который соответствует ускорению, выражаемому в м/с² (от 700 до 2000 м/с² в зависимости от типа инструмента).

В настоящее время при применении для цепных пил это устройство чаще всего представляет собой механическое средство, покрывающее переднюю ручку удержания инструмента, которое либо за счет инерции, связанной с отдачей, либо при толчке, воздействующем на руку, держащую эту ручку, во время резкого ускорения приводит в действие систему, которая тормозит привод пильной цепи вплоть до остановки двигателя инструмента.

Сопоставимое устройство описано, например, в документе ЕР-1350607.

Эти защитные устройства, выполненные в виде механических средств, однако, имеют ряд недостатков:

- они работают только за счет инерции, когда инструмент держат только одной рукой;

- они являются активными только в одной плоскости (вперед/назад) и не работают в других плоскостях;

- в случае сильной отдачи они могут стать причиной ранений в результате удара по руке, контактирующей с устройством;

- порог их инерционного срабатывания является очень высоким в связи с тем, что движущиеся массы являются небольшими (от 700 до 2000 м/с² в зависимости от модели инструмента);

- время их реагирования является относительно большим (порядка 10-15 миллисекунд);

- они не обладают чувствительностью к регулировке;

- они работают воздействием на сам инструмент (например, на цепь в случае применения к цепным пилам);

- они подвергаются износу от трения;

- они могут блокироваться в нерабочем положении;

- они являются относительно громоздкими и дорогими.

В документах US-2004/0181951 и US-2007/0008162 описаны портативные электрические инструменты, оборудованные защитной системой, содержащей трехосные акселерометры, позволяющие блокировать работу упомянутых портативных электрических инструментов через логическую схему при достижении заранее определенного порога ускорения. Эти защитные системы не применимы для портативных инструментов с тепловым двигателем, таких как цепная пила.

Объектом настоящего изобретения является, в частности, защитное устройство для портативных инструментов с тепловым двигателем, обеспечивающее мгновенную автоматическую остановку этих инструментов в случае резкой отдачи и позволяющее устранить вышеупомянутые недостатки систем «антиотдачи», основанных на использовании механических средств или электронных средств, применяемых к портативным электрическим инструментам.

Устройство для портативного инструмента с тепловым двигателем в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что содержит, по меньшей мере, один электронный акселерометр, позволяющий измерять ускорение, по меньшей мере, в одной плоскости или по одной оси, при этом выход или каждый выход этого акселерометра соединен с электрическим и/или электронным средством контроля, выполненным с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных, поступающих от акселерометра, и для подачи команды на практически мгновенное прекращение работы инструмента при достижении заранее определенного порога ускорения.

Согласно предпочтительному варианту выполнения устройства в соответствии с настоящим изобретением, предпочтительно применяемому к портативным инструментам с тепловым двигателем, упомянутое средство контроля выполнено в виде электрического и/или электронного средства управления, независимого от средства управления двигателем и выполненного с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных, поступающих от акселерометра, и для управления органом торможения, действующим непосредственно на выходной вал двигателя и/или на опережение зажигания.

Устройство для портативных инструментов с тепловым двигателем в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие преимущества:

- акселерометр действует непосредственно на тепловой двигатель инструмента с использованием электрических или электронных средств управления;

- время реагирования устройства является очень коротким (порядка нескольких миллисекунд);

- они не содержат подвижных органов, поэтому не подвержены износу;

- возможность снижения порога срабатывания защиты за счет того, что инерция и движущаяся масса не участвуют в работе устройства и учитывается только ускорение;

- возможность регулирования чувствительности путем программирования порога срабатывания;

- возможность работы в нескольких плоскостях;

- возможность проверки штатной работы устройства во время запуска теплового двигателя, используя электрическое и/или электронное средство контроля, обеспечивающего автоматический контроль работы акселерометра;

- устройство является более легким и более экономичным, чем механические защитные устройства.

Согласно другому отличительному признаку, обнаружение ускорений обеспечивается двухосным электронным акселерометром или, по меньшей мере, двумя одноосными электронными акселерометрами, которыми оборудован портативный инструмент и которые располагают таким образом, чтобы одна ось могла быть приоритетной.

Согласно еще одному отличительному признаку, обнаружение ускорений обеспечивает трехосный акселерометр.

Таким образом, можно измерять ускорение в нескольких плоскостях, что позволяет избежать возможных нежелательных последствий отдачи в опасных рабочих положениях, причем эта особенность позволяет достигать одинаковой степени защиты, независимо от удержания прибора и от рабочего положения пользователя: например, в время обрезки деревьев пользователь взбирается на них и держит инструмент только одной рукой, а другой рукой держится на ветки, обеспечивая свое положение.

Задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1А - схематичный вид в изометрии первого примера выполнения портативного инструмента в соответствии с настоящим изобретением, при этом в данном примере инструментом является цепная пила с тепловым двигателем и с раздельными электрическим и/или электронным средством управления и приводом тормоза.

Фиг.1А' - схематичный вид в изометрии первого примера выполнения портативного инструмента в соответствии с настоящим изобретением, при этом в данном примере инструментом является цепная пила с тепловым двигателем и с электрическим и/или электронным средством управления и приводом тормоза, объединенными в одном средстве управления.

Фиг.1В - схематичный вид в изометрии первого примера выполнения портативного инструмента в соответствии с настоящим изобретением, при этом в данном примере инструментом является цепная пила с тепловым двигателем и с раздельными электрическим и/или электронным средством управления и электронным блоком зажигания.

Фиг.1В' - схематичный вид в изометрии первого примера выполнения портативного инструмента в соответствии с настоящим изобретением, при этом в данном примере инструментом является цепная пила с тепловым двигателем и с электрическим и/или электронным средством управления и электронным блоком зажигания, объединенными в одном средстве управления.

Фиг.2 - принципиальная схема примера применения в аналоговом варианте устройства в соответствии с настоящим изобретением для портативного инструмента с тепловым двигателем.

Фиг.3 - принципиальная схема другого примера применения этого устройства в цифровом варианте.

Далее со ссылками на упомянутые чертежи следует описание предпочтительных, но не ограничительных примеров выполнения портативных инструментов с тепловым двигателем в соответствии с настоящим изобретением.

Дальнейшее описание касается наиболее предпочтительного варианта осуществления изобретения для портативного инструмента с тепловым двигателем, который согласно представленному примеру является цепной пилой 1, однако необходимо напомнить, что изобретение можно применять для любого опасного портативного инструмента с тепловым двигателем, в частности для любого портативного инструмента с тепловым двигателем, который оборудуют защитным устройством, выполненным с возможностью его мгновенного отключения в случае резкого непредвиденного движения или отдачи, например: цепных пил, дисковых отрезных пил, дрелей, дисковых шлифовальных станков, строгальных станков и т.д.

Изобретение можно применять для портативных инструментов с приводом от теплового двигателя, то есть для приборов, в которых собственно активный инструмент 2 (цепь в случае цепной пилы, показанной на фиг.1А-1В) приводится в движение тепловым двигателем М', заключенным в корпус или картер 3 и получающим питание электрическим током от маховичного магнето 9.

Этот электрический источник 9 служит также для питания различных электрических или электронных схем инструментов. Он приводится в действие от теплового двигателя; его можно заменить другим генератором электрического тока, например, динамо или другого, тоже приводимым в действие тепловым двигателем.

В защитном устройстве в соответствии с настоящим изобретением в инструмент встраивают, по меньшей мере, один акселерометр 5, выполненный с возможностью измерения ускорения, по меньшей мере, в одной плоскости или по одной оси (например, оси Х: вперед/назад), предпочтительно в месте, находящемся в центре тяжести или вблизи центра тяжести инструмента. Преимуществом такого размещения является возможность непосредственной обработки данных, поступающих от акселерометра или акселерометров, при помощи электронной схемы управления, входящей в инструмент. Однако, если по конструктивным соображениям приходится располагать этот акселерометр или акселерометры на удалении от центра тяжести, необходимо корректировать данные, поступающие от акселерометра или акселерометров, чтобы они соответствовали данным, которые поступали бы от акселерометра или акселерометров, который(ые) находился(ись) бы в центре тяжести или вблизи центра тяжести, при помощи микроконтроллера встроенной схемы управления и путем простого и известного математического вычисления, причем эти данные можно обрабатывать идентично данным согласно настоящему описанию.

Акселерометр 5 или акселерометры можно также расположить вблизи средств удержания инструмента.

Согласно варианту выполнения инструмента, его оборудуют двухосным электронным акселерометром или, по меньшей мере, двумя одноосными электронными акселерометрами, каждый из которых выдает сигнал, характеризующий ускорение, действующее на одну из двух соответствующих осей, например на ось Х (вперед/назад) или ось Y (вверх/вниз), что позволяет производить измерение ускорений в двух плоскостях.

Согласно предпочтительному варианту выполнения инструмента, его оборудуют трехосным (X, Y, Z) электронным акселерометром, выходы которого выдают аналоговые или цифровые электрические данные, характеризующие ускорение, действующее на соответствующую ось, что позволяет производить измерение ускорений в трех плоскостях.

Оба одноосных акселерометра, или двухосный акселерометр, или трехосный акселерометр располагают таким образом, чтобы одна ось могла быть приоритетной.

Выход акселерометра 5 или акселерометров соединен:

- либо с электрическим и/или электронным средством 7 управления, выполненным с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных, поступающих от акселерометра или акселерометров, и для управления органом 10 торможения, действующим непосредственно на выходной вал двигателя М' (см. фиг.1А),

- либо с электрическим и/или электронным средством управления, выполненным с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных, поступающих от акселерометра или акселерометров, и для воздействия на опережение зажигания 8 для торможения двигателя M' (см. фиг.1В).

В обоих случаях возможен ряд решений.

Первое решение показано на схеме на фиг.2. В этом случае обработка электрическим и/или электронным средством управления аналогового(ых) сигнала(ов) акселерометра(ов) посредством блока цифровой обработки позволяет, при достижении условий срабатывания торможения, передать команду либо на независимую систему торможения F, либо на электронный блок опережения зажигания для торможения двигателя M'.

Второе решение показано на схеме на фиг.3. В этом случае обработка электрическим и/или электронным средством управления цифрового(ых) сигнала(ов) акселерометра(ов) посредством блока цифровой обработки позволяет, при достижении условий срабатывания торможения, передать команду либо на независимую систему торможения F, либо на электронный блок опережения зажигания для торможения двигателя M'.

Обработка электрических аналоговых или цифровых данных, поступающих от акселерометра(ов), происходит:

- либо на уровне электрической и/или электронной схемы 7 управления тормозом, приводящей в действие известную систему 10 торможения, причем эта система торможения может быть, например, образована:

- согласно варианту выполнения, показанному на фиг.1А, электромагнитом, ленточным электромагнитным тормозом или устройством, действующим непосредственно на цепь, например, таким как собачка, заходящая между зубьев цепи;

- либо на уровне электронного блока зажигания 8 (фиг.1В):

- путем отключения электрического питания от теплового двигателя M' и/или воздействия на программируемое опережение зажигания упомянутого теплового двигателя M' с целью остановки этого двигателя посредством электронной схемы, действующей на электронный блок 8 зажигания или включенной непосредственно в упомянутый электронный блок 8 зажигания. Действительно, изменив опережение зажигания перед его прерыванием, создают момент, обратный нормальному рабочему моменту, действующий как очень мощный тормоз, вызывающий почти моментальную остановку (остановка происходит после 1-3 оборотов двигателя, то есть за 0,01-0,06 с).

Схему 7 управления и привод 10 тормоза можно объединить в одну схему 7' управления, как показано на фиг.1А'.

Схему 7 управления и электронный блок 8 зажигания можно объединить в одну схему 8' управления, как показано на фиг.1В'.

Изобретение относится к защитному устройству для портативного инструмента, в частности, для цепных пил с тепловым двигателем. Защитное устройство содержит по меньшей мере один электронный акселерометр, позволяющий измерять ускорение по меньшей мере в одной плоскости или по одной оси. Выходы акселерометра соединены с электрическим и/или электронным средством контроля, которое является электрической и/или электронной схемой управления. Схема и акселерометр запитываются электрическим напряжением от известного генератора электрического тока, приводимого в действие тепловым двигателем. Электрическая или электронная схема управления выполнена с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных от акселерометра и с возможностью приведения в действие средства, обеспечивающего практически мгновенное прекращение работы упомянутого теплового двигателя. Средство, позволяющее воздействовать на электронный блок зажигания, является системой, позволяющей воздействовать на программируемое опережение зажигания теплового двигателя для его остановки. В результате возникает момент, обратный нормальному рабочему моменту, действующий как высокомощный тормоз, вызывающий мгновенную остановку двигателя посредством электронной схемы, действующей на электронный блок зажигания или включенной непосредственно в упомянутый электронный блок зажигания. Снижается вес устройства. 2 н. и 3 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Защитное устройство для портативного инструмента с тепловым двигателем, обеспечивающее практически мгновенное отключение упомянутого инструмента вследствие резких непредвиденных движений, при этом упомянутое устройство содержит по меньшей мере один электронный акселерометр (5), позволяющий измерять ускорение по меньшей мере в одной плоскости или по одной оси (X, У, Z), при этом выход или каждый выход этого акселерометра (5) соединен с электрическим и/или электронным средством (7) контроля, при этом упомянутое электрическое и/или электронное средство контроля является электрической и/или электронной схемой (7) управления, при этом схема и акселерометр получают питание электрическим напряжением от известного генератора (9) электрического тока, приводимого в действие тепловым двигателем, причем упомянутая электрическая или электронная схема управления выполнена с возможностью обработки аналоговых или цифровых электрических данных, поступающих от акселерометра, и приведения в действие средства, обеспечивающего отключение упомянутого теплового двигателя, отличающееся тем, что средство, позволяющее воздействовать на электронный блок зажигания, является системой, позволяющей воздействовать на программируемое опережение зажигания теплового двигателя (М') для его остановки, в результате чего возникает момент, обратный нормальному рабочему моменту, действующий как высокомощный тормоз, вызывающий мгновенную остановку упомянутого двигателя (М') посредством электронной схемы, действующей на электронный блок (8) зажигания или включенной непосредственно в упомянутый электронный блок (8') зажигания.

2. Защитное устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит двухосный электронный акселерометр или по меньшей мере два одноосных электронных акселерометра, позволяющих измерять ускорения по меньшей мере в двух плоскостях или по двум осям (X, X, Z), при этом упомянутые акселерометры располагают таким образом, чтобы одна ось могла быть приоритетной.

3. Защитное устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит трехосный (X, У, Z) акселерометр, позволяющий измерять ускорения в трех плоскостях.

4. Защитное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что акселерометр (5) или акселерометры располагают в центре тяжести или вблизи центра тяжести инструмента.

5. Портативный инструмент с тепловым двигателем, в частности цепные пилы, дисковые отрезные пилы, дрели, дисковые шлифовальные станки, строгальные станки, отличающийся тем, что содержит защитное устройство по любому из пп.1-4.