Нож для силового резания древесины Советский патент 1991 года по МПК B27B33/12 A01G23/08 

Изобретение относится к устройствам для силового резания древесины и может быть использовано в лесной промышленности.

Цель изобретения - уменьшение усилий резания древесины.

На фиг. I схематично изображен нож со стороны вала в исходном положении, общий вид, и расположение перерезаемого ствола древесины; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - участок одной пластины, аксонометрическая проекция с вырывом; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6 - схема образования и движения стружки.

Нож для силового резания древесины состоит из пластин 1 и 2, установленных на валу 3 при помощи муфты 4. На периферийной части пластин 1 и 2 расположены режущие зубья 5, вершины которых расположены на спиральной линии 6 относительно оси вращения вала 3. Вал 3 совместно с пластинами 1 и 2 при помощи известного привода (гидравлического, механического, электрического) может поворачиваться (или вращаться) относительно оси вращения вала 3, в результате чего происходит перерезание ствола 7 дерева. На пластинах 1 и 2 для прохода стружки выполнены окна 8, которые могут быть расположены, например, в шахматном порядке.

Разница между радиусами R и R, проведенными из центра вращения 0 через вершины двух смежных режущих зубьев, например, М и Мг, является подачей на режущий зуб Uг (т. е. Uz, величина которой сохраняется постоянной для ножа. Это означает, что при повороте ножа на определенный угол относительно геометрической оси вала каждый режущий зуб углубляется в древесину на одинаковую величину. При повороте ножа в направлении подачи вершины режущих зубьев М, Мч, ..., М, описывают

окружности радиуса R, R, ..., /,, причем разница смежных радиусов + . Пересечение этих окружностей с линией 6 образования вершин

с зубьев 5 является местом расположения вершин режущих зубьев М, М2, ..., MI. При условии, когда принимается величина подачи на зуб Uz постоянной, а линия образования вершин зубьев представляет собой спираль Архимеда, то шаг между вершинами

0 зубьев /з не будет постоянным, а увеличивается по мере удаления от оси вращения ножа. Принципиально вершины режущих зубьев М, Мч, ..., MI можно расположить на одинаковом расстоянии друг от друга при /2 const или можно принимать вели5 чину Uz непостоянной, в этом случае величина шага /з постоянна. Каждый режущий зуб 5, расположенный на периферийной части ножа, имеет переднюю режущую кромку 9, переднюю режущую грань 10, заднюю кромку 11 и заднюю грань 12. При пересечении кромок 9 и 11 образуется вершина М, зуба 5, например, М. Для ножа рекомендуется заточку зубьев 5 производить с внутренней стороны соответственно пластин 1 и 2. Режущие зубья 5 своими режущими кромка5 ми 9 перерезают волокна древесины.

Угол Y наклона передней режущей кромки 9 и угол наклона а задней кромки 11 каждого режущего зуба 5 по отношению к перпендикуляру, опущенному из вершины зуба на ось вращения ножа, могут быть выбраны

0 на основе существующих рекомендаций, касающихся значений таких углов для поперечных и цепных пил. Так углы а и Y могут быть приняты в пределах 10-45°, причем сумма углов называемая углом заострения зуба, принимается по условиям

5 прочности зуба 5. Между пластинами 1 и 2 расположены скалывающие зубья 13, которые прикреплены неподвижно к пластинам 1 и 2 при помоши известных механических

соединений, например, заклепок 14. Скалывающие зубья 13 имеют переднюю грань 15 с передней 16 и боковой 17 скалывающими кромками, заднюю грань 18, две боковые грани 19 и 20, лежащие на внутренних поверхностях 21 и 22 соответственно пластин 1 и 2. Пересечение передней 15, задней 18 и боковой 20 граней образует вершину /V, скалывающего зуба 13. Вершины Nt скалывающих зубьев расположены по линии 23, параллельной линии 6 образования вершин М{ режущих зубьев, причем разница между радиусами-векторами и Rz, соединяющими ось вращения ножа соответственно с вершинами М режущего зуба 5 и последующего за ним вершиной NZ скалывающего зуба 13, принимается равной или больше величины упругого восстановления волокон Uy.p. древесины, наблюдающегося после прохождения режущих зубьев 5, где Rz-Rz Uy.p. Боковая скалывающая кромка Искалывающего зуба 13 наклонена в сторону, противоположную направлению подачи под острым углом | к радиусу вращения вершины Л,- относительно оси вала О.

Плоскость, проходящая через линию пересечения передней грани 15 с внутренними поверхностями 21 и 22 пластин 1 и 2, наклонена в сторону задней части ножа и пересекает пластины 1 и 2 под углом 6.

Величины углов | и б выбираются из соображений обеспечения минимального механического момента, необходимого на поворот ножа, а также обеспечения .поворота, образующихся при резании элементов стружки на 90° после взаимодействия их с гранями 15 скалывающих зубьев 13 за относительно короткое время. Указанный поворот элементов стружки при обеспечении толщин этих элементов, равных с учетом упругого восстановления Uy и равных или меньших по величине расстоянию Ь между внутренними поверхностями 21 и 22, гарантирует значительное снижение усилия проталкивания стружки между пластинами 1и 2. Расстояние Ь между внутренними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2 берется значительно больше, чем толщина элементов стружки с учетом ее увеличения после упругого восстановления.

Рассмотрим зависимость между усилиями, возникающими в продольной плоскости ножа, параллельной пластинам, при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней гранью 15 скалывающего зуба 13. Усилие Р р, действующее на грань 15 скалывающего зуба 13, раскладывается на составляющие, одна из которых действует в направлении подачи ножа Рн, т. е. параллельной продольной плоскости симметрии ножа, изображенной следом ее , другое А действует в направлении, перпендикулярном линии . Исходя из указанного, значение Ргр можно определить через усилия

Рн и Р#:Рг Рк151п&; P p P6/cos&. При значении угла усилие равно усилию надвигания Рн, при значении угла составляющие усилия Рн и РЈ равны между собой, так как РГР sin450 P/-/ -cos45°. Исходя из этого, верхний предел угла б следует принимать 45°. В этом случае усилия отрыва стружки и усилие надвигания ножа оказывают одинаковое влияние на движение стружки. По мере снижения угла б величина составляющей Рц уменьшается, а величина боковой составляющей РЈ увеличивается (эффект клина). Эффект отрыва стружки увеличивается с уменьшением угла б, однако опыт показывает, что при углах б до 10° до- стигается минимальное уменьшение усилия Рн и дальнейшее уменьшение этого угла не оказывает заметного снижения величины усилия Рц. Таким образом, величина нижнего предела угла б может быть принята равной 10°.

По аналогии может быть обоснован оптимальный диапазон выбора угла | при рассмотрении зависимости между составляющими усилиями РН и Р при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней 5 гранью 15 скалывающего зуба 13 в продольной плоскости ножа.

Уменьшение величин углов Ј и б меньше 10° приводит к увеличению габаритов ножа в целом за счет удлинения скалывающих зубьев, кроме того, такое уменьшение ука- ° занных углов приводит к увеличению времени поворота волокон древесины.

Величины углов д. и б целесообразно выбирать в диапазоне 10-45°.

Из теории резания древесины известно, что волокно древесины после прохождения 5 резца упруго восстанавливается. Поэтому расстояние Ь между внутренними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2 должно быть равным или большим толщины элемента стружки с учетом его упругого восстановле- 0 ния после прохода скалывающего зуба 13, т. е.

b Uc+IU,,,

где Uc - разность радиусов вращения вершин NJ двух смежных скалывающих зубьев (например, ); 5 U,, - величина упругого восстановления скалываемых волокон древесины после прохождения скалывающих зубьев 13.

Если из центра вращения 0 провести окружность радиусом , равным расстоя- 50 нию от центра Oi до вершины М2 режущего зуба 5, и радиусом , равным расстоянию от вершины N3 последующего за этим режущим зубом 5 скалывающего зуба 13 до центра вращения 0, то разность этих радиусов е Ri-R должна быть равна или больше величины упругого восстановления волокон древесины после прохождения режущего зуба 5, т. е. Ri-R i Uy.p.. где Uy.p - упругое воестановление волокон древесины после прохождения режущего зуба 5.

Таким образом, сначала обеспечивается перерезывание волокон древесины режущими зубьями 5, затем скалывание древесины скалывающими зубьями 13, в противном случае значительно увеличиваются усилия резания.

Частота расположения скалывающих зубьев 13 зависит от величины подачи Uz и условия свободного пропуска стружки между скалывающими зубьями. Для плавного схода стружки с передней грани 15 скалывающего зуба 13 последняя может быть выполнена вогнутой поверхностью.

Нож силового резания древесины работает следующим образом.

Нож надвигается на ствол 7 дерева поворотом вокруг своей оси . Так как режущие зубья расположены по спиральной линии, то при повороте ножа со стволом 7 дерева встречаются в первую очередь ближайшие к оси поворота режущие зубья 5, которые перерезают волокна в двух местах на расстоянии, равном расстоянию М М между вершинами зубьев, измеренному в направлении, перпендикулярном продольной плоскости симметрии ножа. На фиг. 6 схематично показаны траектории прохода зубьев 5 пластин 1 и 2 (пластины не показаны). Таким образом, зубья 5 пластин 1 и 2 формируют неотделенный ломоть 24 древесины. При дальнейшем повороте ножа на ломоть 24 надвигается скалывающий зуб 13, который своей вершиной No внедряется сбоку в ломоть 24 и начинает его отрывать от основного ствола 7 дерева. Расщепление ломтя начинается с одного из боков в зависимости от направления наклона б передней грани 15 к внутренним плоскостям 21 и 22 пластин 1 и 2. Так как передняя грань 15 скалывающего зуба 13 одновременно наклонена под углом | к радиус-вектору /,, проведенному из вершины скалывающего зуба NI на ось вращения ножа О и к продольной плоскости симметрии ножа под углом б, то отрезанные элементы стружки принудительно поворачиваются на 90° в такое положение при котором волокна древесины располагаются параллельно продольной плоскости симметрии ножа, вдоль одной из внутренних плоскостей пластин 1 и 2. Направление движения волокон древесины (стружки) обозначено позицией 25. Один из режущих зубьев 5, например, зуб 26 произведет торцевое резание на участке 27. Противолежащий

зуб 28 аналогичным образом перережет волокна на участке 29. Отколотые частицы (стружки) 30 передней гранью 15 строгающего зуба 13 проталкиваются от периферийной части ножа к его центральной части,

а затем через окна 8 наружу.

Наименьшее расстояние между пластинами 1 и 2 принято такой величины, чтобы не было заклинивания стружки в пространстве между этими пластинами. Это условие соблюдается, если толщина стружки 30 с

учетом ее упругого восстановления меньше, чем расстояние Ь между внутренними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2.

Если стружку толщиной Uc R -R -i по„ вернуть скалывающим зубом на 90°, то своей толщиной она заполняет пространство между пластинами 1 и 2. В действительности толщина стружки больше на величину упругого восстановления плоскостей скалывания стружки кромками 16 двух смежных ска5 лывающих зубьев 13, т. е. на величину 2Uy. Таким образом, расстояние Ь между пластинами 1 и 2 принимается равным или большим чем величина . Соблюдение этого условия позволяет стружке 30, направленной своими волокнами вдоль плас° тин 1 и 2, свободно проходить между ними в направлении, показанном стрелкой 25. При дальнейшем повороте ножа под действием напора последующих откалываемых частиц предшествующие элементы стружки выталкиваются в окна 8.

5

Формула изобретения

Нож для силового резания древесины, содержащий режущую пластину и соединен0 ный с ней скалывающий зуб, отличающийся тем, что, с целью уменьшения усилий резания нож оборудован дополнительной режущей пластиной, параллельной первой, зубья обеих пластин расположены зеркально друг другу, а между режущими пластинами вы5 полнены дополнительные скалывающие зубья, при этом передняя грань скалывающих зубьев расположена к режущим пластинам под углом 10-45°.

I 3

Изобретение относится к устройствам для силового резания древесины и может быть использовано в лесной промышленности Целью изобретения является уменьшение усилий резания древесины Нож для силового резания содержит разнесенные относительно его продольной плоскости симметрии симметрично отна относительно дру

Фиг /

Т

. & 23

.

М

(псьернуто)

9 Ь, 2

Ич