Нож для силового резания древесины Советский патент 1991 года по МПК A01G13/08 

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

Цель изобретения - уменьшение усилий резания.

На фиг.1 схематически изображен нож силового резания, навешенный на базовой машине, план; на фиг.2 -узел I ка фиг,1; на фиг.З - вид А на фиг.2: ка фиг.4 - часть предлагаемого ножа с вырывом участка верхней пластины, аксонометрическая проекция; на .5 - разрез Б - Б на ,2, (один из вариантов); на фиг.8 - разрез В -В на фиг.1 (один из вариантов выполнения пластин); на фиг.7 - схема образования и движения стружки.

Нож силового резания при помощи подвески 2 устанавливается сбоку или спереди от базовой машины 3, служащей приводом его надвигания. Нож может быт1 использован для силового резания древеси ны и в стационарных условиях. При этом его устанавливают в продольные направляющие основания, относительно которых нож перемещают любым общеизвестным приводом принудительного перемещения, надвигая на неподвижный относительно основания лесоматериал.

Для уменьшения усилий проталкивания образующейся при резании стружки в ноже может быть предусмотрено, по крайней мере, одно сквозное окно 4. Нож 1 состоит из разнесенных по высоте симметрично относительно продольной плоскости симметрии 5 параллельных между собой нижней 6 и верхней 7 пластин с противолежащими рядами режущих зубьев 8, смонтированных на их боковых сторонах, Зубья 8 могут быть съемными и закрепленными посредством разъемных соединений на пластинах 6 и 7, Зубья 8 могут быть выполнены м заодно с пластинами 6 и 7, Между пластинами 6 и 7

с соблюдением промежутков для отвода стружки установлены скалывающие зубья 9. Каждый скалывающий зуб 9 связан посредством соединительных элементов 10с каждой

из пластин 6 и 7 (и тем самым одновременно соединяет эти пластины между собой) посредством, например, заклепочного, резьбового или иного известного соединения.

Режущие зубья 8 имеют переднюю 11 и

заднюю 12 грани, переднюю 13 и заднюю 14 кромки. Вершины режущих зубьев обозначены позицией 15.

Линия образования режущих зубьев, которая обозначена ef, соединяет вершины

15 режущих зубьев 8. Ширина ножа 1 определяется размером по ширине его задней части 16 (фиг.1) и зависит от максимального диаметра Омакс срезаемого (перерезаемого) дерева 17. Кроме связи между собой через

соединительные элементы 10 скалывающих зубьев, пластины 6 и 7 соединены между собой на участках 16 и 18 соединительными злементами 19 посредством заклепочно го, резьбового или иного соединения. Линия ef

образования зубьев 8 находится под углом cf. и продольной оси ОЮа базовой машины 3, совпадающей с направлениями ее движения и надвигания ножа 1.

Углы наклона передних 13 и задних 14

кромок режущих зубьев 8, а также передних 11 и задних 12 граней этих зубьев по отношению продольной оси OiOa базовой маши- ны могут быть выбраны на основе существующих рекомендаций, касающихся

значений таких углов для поперечных и цепных пил

Учитывая, что угол а , определяющий направление линии образования режущих зубьев ef по отношению к направлению подЈчи Oi02 задается s задании нз проектирование ножа, то расположение кромок 13 и 14 и граней 11 и 12 режущих зубьев целесообразно выбирать относительно линии ef с

учетом угла «(значение которого принимается в пределах 8 - 15.

Так, передняя грань 11 и передняя кромка 13 (по отношению к линии ef могут располагаться под углом ц в пределах от (45° - а ) до (100° - а ). Оптимальным расположение передних кромок 13 и грани 11 будет при значении угла ц (90° - а ), когда передняя кромка 13 будет располагаться перпендикулярно волокнам древесины при спиливании стоящих деревьев ориентировочно ( 0 90°).

Задние кромка 14 и грань 12 могут располагаться относительно линии ef в плане под углом Я в пределах от (а+ 10°)до (а+ 45 ). При этом передняя кромка 13 и задняя кромка 14 и, соответственно, передняя 11 и задняя 12 грани образуют между собой в плане угла у, определяемые из условий прочности зуба.

Каждый скалывающий зуб 9 имеет переднюю грань 20, которая обращена в сторону, противоположную режущим зубьям 8. Плоскость, проходящая через линии 21 и 22 пересечения.этой грани 20 с внутренними плоскостями соответственно верхней 7 и нижней 6 пластин, пересекает продольную плоскость симметрии ножа (ее след на фиг.З показан линией ОзСМ) по линии 23 (обозначена штрихпунктирной линией с двумя точками), которая наклонена под острым углом Ј, к касательной 24, проведенной в указанной плоскости симметрии, параллельной плоскости чертежа (след которой ОзСМ) из точки N, соответствующей проекции на эту плоскость вершины одного из режущих зубьев 8 верхней 7 или нижней 6 пластины к дуге 25, описанной радиусом R , равным величине подачи на зуб Uz из точки М, соответствующей проекции на продольную плоскость симметрии вершины последующего режущего зуба той же пластины.

Касательная 24 (линия NN) параллельна продольной оси машины ОчОа, а следовательно, и направлению надвигания ножа.

На чертеже построение касательной 24 условно (из соображений упрощения чертежа) показано на верхней пластине 7, по: скольку такое построение в продольной плоскости симметрии будет аналогичным и точно совпадающим с показанным по месту расположения. Передняя грань 20 может быть прямолинейной или вогнутой, как показано на фиг.5, В последнем случае создаются наиболее благоприятные условия для плавного перемещения стружки. Линию 22 пересечения грани 20 с внутренней плоскостью нижней пластины 6 в дальнейшем будет называть передней кромкой скалывающего зуба. Позицией 26 обозначим заднюю грань каждого скалывающего зуба 9. Для удобства последующего изложения изобразим еще одну плоскость, обозначенную следом 27, перпендикулярную касательной 24 и продольной плоскости симметрии ножа (параллельные плоскости чертежа). След этой плоскости 27 на верхней 7 пластине

проходит через точки N и К.

Также как и линия 23 пересечения передняя кромка 22 располагается по отношению к плоскости, проходящей через касательную 24 (или ось ОЮ2) перпендикулярно продольной плоскости симметрии под углом Ј , а задняя грань 26 - по углом р . Плоскость, проходящая через линий пересечения передней грани 20 каждого скалывающего зуба с внутренними

плоскостями верхней 7 и нижней 6 пластин (а в случае с прямолинейной гранью 20, сама эта грань 20) наклонена в сторону задней части 16 ножа и пересекает при этом продольную плоскость симметрии ножа (ее след

на фиг.З обозначен ОзОз) под углом к ней, равным 6 .

Величина углов Ј и б выбираются из соображений обеспечивая минимального усилия надвигания ножа, а также сбеспечения поворота, образующихся при резании,элементов на 90° (т.е. na envui их на бок) после взаимодействия с передними гранями 20 скалывающих зубьев 9 за относительно короткое время. Указанный поворот элементов стружки на бок при обеспечении толщин этих элементов, с учетом упругого восстановления, равными или меньшими по величине минимального расстояния b между внутренними плоскостями

пластин 6 и 7 гарантирует значительное снижение усилия протаскивания стружки через каналы 28 для отвода стружки между скалывающими зубьями. Эти каналы значительно больше по ширине высоты элементов стружки с учетом ее увеличения после упругого восстановления.

Для обеспечения соответствия указанным условиям рассмотрим зависимость между усилиями, возникающими в продольной плоскости ножа, параллельной пластинам, при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней гранью 20 скалывающего зуба.

Усилие РГр, действующее на грань 20,

раскладывается на составляющие, одна из которых действует в направлении подачи ножа, т.е. параллельно линии NN или Oi02 (Рн), а другая (F&-J действует в направлении, перпендикулярном этой линии или паралтогда Ргр

ельно плоскости 27, проходящей через лиию NK. Исходя из указанного, значение РГр ожно определить через усилие Рн:Ргр РН/ЗИ . а также через д PJj /cosЈ.

При значении угла Ј 90 усилие РГр равно усилию надвигания Рн. При значении гла Ј 45° (составляющие Р$ и Рн равны между собой, так как Рф sln45° Prp,cos45°. Исходя из этого за верхний предел угле Ј следует принять угол 45°, В этом случае усилия отрыва стружки и усилие надвигания ножа оказывают одинаковое влияние на движение стружки.

По мере снижения угла Ј величина со- етавлякадей Рн уменьшается, а величина боковой составляющей Рд увеличивается (эффект клина). Эффект струпа- уаа- личывзе С5 с углемниеняс угла g спнако спьгг показывает, что прм углах § до 10° достигается минимальное снижение усилии л дальнейшее уменьшение эгоги угла че оказывает заметного уменьшения усилие

Рн

По аналогии может быть обоснован оп|ммзл:.,ный пмдпазоч выбора угла д при рас смотренми зависимости между усилиями, возникающим1/ при взаимодействии кгждо- го из /элементов стружки с переднее гранью 20 вкалывающего зуба г продольной пьо- скости ножа, перпендикулярней его пластинам, Усилие ргр , действующее в n of; плоскости, игскладывается на состоалню- щме Р1 ни {см.фиг. 3.).

Уменьшение углов с и б ниже 10° привоцмт к узеличению гзбармтов но : . иелспу аз Счет удлинения г.кзпк ающи1.: зубьев, кроме того, такое умены енмз y:: S- оЭ 4ыхугпов приводит к воличе:-п- ио времена поворота волокон дрееесины (т.е. поворота элементов стружки на бок).

Величине углов д, равно как и g , целесообразно выбирать Е диапазоне от 10 до 45°,

Из теории резания известно, что волокна древесмны после прохождения резце упруго восстанавливаются, Поэтому, KSK было указано, минимальное расстояние (b J между внутренними поверхностями пластин 6 и 1 должно быть большим толщины элемента стружки с учетом.его упругого восстановления после прохода скалывающего зуба 9.

Ь1

U с +0,02 Б

+ 2иу

где Uc - расстояние между проекциями вершин (например, К и Кг смежных скалывающих зубьев на плоскость, перпендикулярную продольной плоскости симметрии ножа (слег

ОзО на фиг.З) и лежащей в ней касательной 24, проведенной из точки, соответствующей пооекции на эту плоскость симметрии вершины одного из режущих зубьев верхней

или нижней пластины к дуге, описанной радиусом R, равным величине подачи на зуб Uz из точки, соответствующей проекции на продольную плоскость симметрии ножа вершины последующего режущего зубатой

же пластины (направление надвигания ножа);

Uy - величина упругого восстановления скалываемых волокон древесины, зависящая от породы древесины и микрорадиуса

вершины К передней кромки KL задней грани 26 скалывающего зуба 9. Эта кромка задней грани 26 зуба обозначена позицией 29. Она образуется пересечением передней П)ани 20 с задней гранью 26, участвующей

v формировании дн пропила.

Что касается Uy, то ее величина на практике может быть охарактеризована через минимальное значение коэффициента Пуассона г, вал1/ чин8 которого для древесины

может иметь значения в пределах 0,02... и 83. Через зтот коэффициент величина Uy может быть выражена следующей зависимостью

)

где b и b - расстояние между пластинами соответственно по мх плоскостям симметрии и внутренними плоскостями, з

яалмчина 7J- {Ь - b ) характеризует толщину

«

каждой пластины ножа.

Учитывая, что минимальное значение коэффициента г 0,02. подставляем найденное значение Uy в формулу длл о предо ления Ь :

b1 UC -2--g- (b-bVo.02

.1. Дс +0.028 В итоге b fo2

Расстояние Uy между проекциями на плоскость 27 вершин скалывающего зуба и предшествующего ему ближайшего режущего зуба а направлении, параллельном продольной плоскости симметрии ножа, необходимо принимать большим величины упругого восстановления волокном после прохождения режущего зуба. Это в равной степени относится в зубьям как верхней, так и нижней пластин, так как одни располагаются над другими, являются противолежащими. Если через линию ef провести плоскость, перпендикулярную продольной плоскости симметрии ножа, то она пересечет плоскость 27 по линии, след которой проходит через точку N, Если спроектйровть

на плоскость 27 вершину скалывающего зуба К и вершины предшествующих ему ближайших режущих зубьев верхней и нижней пластин, то можно увидеть, что проекция вершины скалывающего зубз отстоит от линии пересечения плоскости 27 с плоскостью, проходящей через линию ef на большем расстоянии, чем проекции вершины указанных режущих зубьев. Разницы в этих расстояниях составляет Uy

Таким образом обеспечивается сначала перерезание, а затем скалывание, в противном случае значительно увеличиваются усилия резания.

Для уменьшения трения задней грани 26 скалывающего зуба о дно пропила последняя наклонена под углом. р к плоскости подачи (т.е. плоскости, проходящей через точки NN1 перпендикулярно продольной плоскости симметрии ножа). Величина этого угла обычно принимается в диапазоне от 5 до 10°.

Для уменьшения трения пластин 6 и 7 о стенки пропила и снижения усилия трения стружки в канале 28 внутренняя и наружная плоскости каждой пластины могут быть выполнены сходящимися относительно продольной плоскости ее симметрии 30 и 31

(ОбОб, ) под углом в направлении, противоположном смонтированным на этих пластинах режущим зубьям и перпендикулярном линии, проходящей через вершины этих зубьев. Согласно теории резания значение угла / может быть принято в пределах 3...6°.

Для наглядности на фиг.4 нож показан в аксонометрической проекции, где штрих- пунктирной линией с двумя точками условно показан след продольной плоскости симметрии ножа. По отношению к этой плоскости передняя грань 20 скалывающего зуба наклонена под углом д .

Нож для силового резания древесины работает следующим образом.

Нож 1 надвигается на ствол дерева 17 при помощи базовой машины 3 (или любого привода) поступательным движением в направлении стрелки, указанном на чертеже. При этом в первую Очередь в соприкосновен ние со стволом 17 входят режущие зубья 8 нижней б и верхней 7 пластин. Режущие зубья 8 перерезают волокна древесины поперек ее волокон на расстоянии друг от друга, равном расстоянию между вершинами зубьев, измеренному в направлении, перпендикулярном продольной плоскости симметрии ножа. На фиг.7 схематически показаны траектории (линии) прохода зубьев нижней и верхней пластин 6 и 7 (сами

пластины 6 и 7 условно не показаны). Таким образом, зубья 8 нижней и верхней пластин формируют неотделенный ломоть 2 древесины При дальнейшем движении ножа 1 нэ 5 ломоть 32 надвигается скалывающий зуб 9, который своей вершиной внедряется в ломоть с нижнего конца и начинает его отрывать от основного ствола 17 дерева. Расщепление ломтя 32 начинается снизу и

0 одновременно воздействием передних кромок 29 и 22 частицы древесины начинают отходить от ломтя 32, Так как передняя грань 20 скалывающего зуба 9 наклонена по отношению к двум плоскостям: под углом Ј и к

5 плоскости подачи, т.е. плоскости, проходящей через касательную 4, перпендикулярно к продольной плоскости симметрии ножа, и под углом 5 к продольной плоскости симметрии ножа, го отрезанные элементы

0 стружки принудительно поворачиваются на 90° (на бок) в положение, при котором волокна древесины располагаются параллельно продольной плоскости симметрии ножа или вдоль внутренней плоскости ниж5 ней пластины. Наименьшее расстояние b между пластинами 6 и 7 по их внутренним плоскостям принято такой величины, чтобы не было заклинивания стружки в канале 28. Зт е условие соблюдается, если толщина

0 стружки 33 (Uc) с учетом ее уг-р тсгс восстановления будет меньше, чем расстояние b .

Математически это условие выражено указанной формулой для определения зна5 чения b .

Если стружку толщиной Uc повернуть скалывающим зубом на 90°, то осевой толщиной она заполняет пространство между внутренними плоскостями пластин 6 и 7, В

0 действительности толщина стружки Uc больше на величину упругого восстзнозле- ния плоскостей резания кромками 29 двух смежных скалывающих зубьев, т.е. на величину 2 Uy.Таким образом, расстояние b

5 между пластинами 6 и 7 должно быть равно или больше, чем величина Uc - 2Uy. Соблюдение этого условия позволяет стружке 33, направленной своими волокнами вдоль пластин 6 и 7, свободно проходить между ними

0 в направлении, показанном стрелкой 34.

При дальнейшем движении ножа под действием напора последующих откалываемых частиц предшествующие элементы стружки будут выпадать или в окно 4, или

5 чарез заднюю часть 16 ножа 1.

Формула изобретения

Нож для силового резания древесины, содержащий разнесенные симметрично относительно продольной плоскости симметрии и неподвижно соединенные между собой нижнюю и верхнюю пластины с противолежащими рядами смонтированных на них режущих зубьев, а также установленные между пластинами с образованием промежутков скалывающие зубья, передняя грань каждого из которых обращена в сторону, противоположную режущим зубьям, отличающийся тем, что, с целью уменьшения усилий резания, плоскость, проходящая через линии пересечения передней грани каждого скалывающего зуба с внутренними плоскостями верхней и нижней пластин, наклонена в сторону задней части ножа и пересекает продольную плоскость симметрии ножа под углом 10 - 45°,

й

а наименьшее расстояние между внутренними плоскостями пластин определяется из зависимости

5, Uc -f 0,02В

b -щ-

где ис - расстояние между проекциями вершин смежных скалывающих зубьев на пло- 10 скость, перпендикулярную продольной плоскости симметрии ножа и направлению надвигания;

В - расстояние между плоскостями сим- 15 метрии верхней и нижней пластин.

Изобретение относится к срезающим устройствам для лесозаготовительных машин и может быть использовано в лесной промышленности. Целью изобретения является уменьшение усилия резания древесины. Нож для силового резания содержит разнесенные относительно продольной плоскости симметрии ножа симметрично друг относительно друга и неподвижно соединенные между собой нижнюю 6 и верхнюю 7 пластины с противолежащими рядами смонтированных на них режущих зубьев 8, а также установленные между пластинами с соблюдением промежутков для отвода стружки скалывающие зубья 9, передняя грань 20 каждого из которых обращена в сторону, противоположную режущим зубьям, и плоскость, проходящая через линии пересечения этой грани с внутренними плоскостями верхней 7 и нижней 6 пластин, пересекает продольную плоскость симметрии ножа под острым углом и наклонена в сторону задней части ножа, а наименьшее расстояние между внутренними плоскостями пластин 7 и 6 определяется из следующей зависимости: B¹*98(U_с + 0,02B)/1,02, где B - расстояние между плоскостями симметрии пластин 6 и 7

U_с - расстояние между проекциями вершин смежных скалывающих зубьев на плоскость, перпендикулярную продольной плоскости симметрии ножа и направлению надвигания. 7 ил.

.;

Вид А

Ь-у

rv

В - 8 подернуто

№

30

/Off

Фиг. 6

23 22

34