ДИСКОВАЯ ПИЛА ДИАМЕТРОМ ОТ 400 ДО 560 мм ДЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ РАСПИЛОВКИ ДРЕВЕСИНЫ

Полезная модель относится к области лесопиления и деревообработки, в частности к дисковым пилам, и может быть использована в различных фрезерно-пильных и пильных устройствах, предназначенных для продольной обработки древесины.
Известны круглые пилы, (ГОСТ 980-80 «Пилы круглые плоские для распиловки древесины»). Они изготовляются из легированной стали и при диаметрах от 400 до 560 мм имеют толщину от 2 до 2,8 мм и количество зубьев от 48 до 120.
Недостаток пил заключается в том, что они обладают небольшим ресурсом и требуют частой переточки зубьев, что при таком количестве зубьев является весьма трудоемким процессом и, особенно для многопильных станков.
Известны пилы дисковые с твердосплавными пластинками. (ГОСТ 9769-79 «Пилы дисковые с твердосплавными пластинами для обработки древесных материалов»). Толщина пил колеблется от 2 до 3 мм, а число зубьев находится в пределах от 56 до 72. Такие пилы более долговечны в работе и переточка их производится значительно реже.
Из приведенных аналогов видно, что известные пилы имеют достаточно большое количество зубьев от 48 до 72, которое создает некоторые проблемы в эксплуатации таких пил.
Во-первых, при таком количестве зубьев в процессе резания одновременно участвуют несколько зубьев пилы. Вследствие этого, повышаются усилия резания, по сравнению с тем как если бы участвовал в процессе резания, например, один зуб, и возрастает потребляемая мощность.
Во-вторых, большое количество зубьев требует достаточных затрат времени и потребляемой энергии при переточке таких пил.
Частично вопрос уменьшения зубьев на пилах, предназначенных для продольной распиловки древесины, и соответственно уменьшения трудозатрат на изготовление, эксплуатацию и переточку таких пил решен в конструкции пилы, описанной в Евразийском патенте «Дисковая пила диаметром от 400 до 560 мм для распиловки древесины хвойных
пород» (Евразийский патент №004150. Публикация 2004.02.26), которая выбрана за прототип заявляемого технического решения.
В конструкции этой пилы пильный диск толщиной S с режущим венцом, образованным четным числом зубьев, наплавленных износостойким сплавом типа «Stellite», с уширением рещущего венца на каждую сторону от 0,5 до 1,0 мм, высотой зубьев h=25±5 мм, углом заострения зубьев β=40±10°, и передним углом γ=35±10°, при этом количество зубьев Z пилы и толщина S пильного диска определяются зависимостью
Где D - наружный диаметр пилы.
Как показали исследования, в упомянутой конструкции пилы использованы далеко не все возможности повышения ее эксплуатационных и технических характеристик.
Целью полезной модели является создание новой конструкции дисковой пилы с малым количеством зубьев, позволяющей повысить ее технические и эксплуатационные возможности.
В этих целях авторами была проведена исследовательская и опытно-конструкторская работа по определению оптимальной конструкции дисковой пилы для продольной распиловки древесины хвойных и лиственных пород на многопильных станках с уменьшенным количеством зубьев.
В ходе проведения работы выяснилось, что для пил диаметром 400, 450, 500 и 560 мм, предназначенных для продольного раскроя и получения двухкантного бруса стандартной высоты 100, 125, 150 и 175 мм и получения пиломатериалов специфицированной ширины по ГОСТ 26002-83Э, необходим шаг зубьев соответственно 100, 125, 150 и 175, то есть чтобы в процессе резания предпочтительно участвовал один зуб пилы, но не более двух зубьев.
Исходя из этого условия, было определено необходимое количество зубьев Z для каждого диаметра пилы.
Z=L/шаг зубьев
Где, длина окружности L пилы, соответствующая каждому диаметру D пилы, выражается L=(D.
где π=3,14 математическая константа, обозначающая отношение длины L окружности к диаметру D окружности.
D - диаметр окружности пилы в мм.
В итоге виде получаем количество зубьев Z, соответствующее каждому диаметру пилы D и заявляемой пилы.
⌀=400
Z=L/100=12,56,
округляем до Z=12
⌀=450
Z=L/125=11,3,
округляем до Z=12
⌀=500
Z=L/150=10,04,
округляем до Z=10
⌀=560
Z=L/175=10,04,
округляем до Z=10
У прототипа количество зубьев по отношению к соответствующему диаметру заявляемой пилы почти в 1,4 раза выше:
D=400 мм
Z=22
D=450
Z=24
D=500
Z=26
D=560
Z=28
Кроме того, обоснование рационального выбора необходимого минимального количества зубьев заявляемой пилы в сравнении с пилой по патенту №00415, на примере пил ⌀=400, подтверждается и следующими математическими формулами:
Подача на один зуб для обеих пил определяется формулой:
U - скорость подачи, м/мин
Uz - подача на зуб, мм
n - число оборотов пилы в минуту
z - количество зубьев,
при этом, для пилы по патенту №004150 она составляет
Uz 1=12×1000/3000×22=0,18 мм (Rzmax=120 мкм)
Для заявляемой пилы она составит
Uz 2=12×1000/3000×12=0,33 мм (Rzmax=220 мкм)
Мощность резания для обеих пил определяется формулой:
N - мощность резания, кВт
2
К - удельное сопротивление резанию, кгс/мм
b - ширина пропила, мм
Н - высота пропила
n - число оборотов пилы в минуту
z - количество зубьев
при этом, для пилы по патенту №004150 она составляет
N1=5,95×4,2×100×0,18×22×3000/60×102×1000=4,9 квт
Для заявляемой пилы она составит
N2=4,3×4,2×100×0,33×1×23000/60×102×1000=3,5 квт
(3) Усилие резания для обеих пил определяется формулой
P=KbHUz×zn/60V1000 кгс, где
Р - сила резания, кгс
N - мощность резания, кВт
2
К - удельное сопротивление резанию, кгс/мм
b - ширина пропила, мм
Н - высота пропила, мм
Uz - подача на зуб, мм
n - число оборотов пилы в минуту
z - количество зубьев
V - Скорость резания, м/сек,
где V=πDn/60×1000 м/сек, где
(- математическая константа, обозначающая отношение периметра к диаметру окружности.
D - диаметр пилы, мм
n - число оборотов пилы в минуту
при этом, для пилы по патенту №004150 она составляет
Р1=5,95×4,2×100×0,18×22×3000/60×62,8×1000=7,88
Для заявляемой пилы она составит
P2=4,3×4,2×100×0,3312×3000/60×62,8×1000=5,69
Из выше сказанного следует, что, с уменьшением количества зубьев пилы снижается мощность резания и усилие резания на таких пилах и по сравнению с прототипом эти показатели снижаются примерно в 1,4 раза.
При этом, величина шероховатости поверхности пиломатериалов, полученная после распиловки (Rzmax) заявляемыми пилами, не превышает 750 мкм и соответствует требованиям ГОСТ 26002-83Э.
Поставленная цель достигается за счет того, что в дисковой пиле диаметром от 400 до 560 мм, толщиной S=(2,8-4.0) мм для продольной распиловки древесины, предпочтительно на многопильных станках, включающей пильный диск с уширением рещущего венца на каждую сторону от 0,5 до 1,0 мм, высотой зубьев h=25±5 мм, углом заострения зубьев β=40±10°, и передним углом γ=25±10°, согласно полезной модели количество зубьев Z пилы определяются зависимостью
Где D - наружный диаметр пилы.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
Фиг.1 - пильный диск;
Фиг.2 - пильный диск, вид сбоку с фиг.1;
Фиг.3 - выносной элемент I с фиг.1.
Дисковая пила (фиг.1) предназначена для продольной распиловки древесины хвойных и лиственных пород предпочтительно на многопильных станках, так как именно на этих станках замена и переточка пил являются весьма трудоемким процессом.
Диаметр пилы выбран в пределах от 400 до 560 мм в соответствии с рядом диаметров пил, предусмотренных ГОСТ 980-80, как наиболее приемлемый для продольной распиловки древесины на многопильных станках.
Пила имеет пильный диск 1 толщиной S=(2,8-4.0) мм с режущим венцом 2, образованным четным числом Z зубьев 3, с уширением режущего венца на каждую сторону от 0,5 до 1,0 мм (фиг.2).
В целях применения общеизвестного и зарекомендовавшего себя в работе профиля зубьев пил (фиг.3) с углом заострения β, передним углом (и высотой зуба h, эти размеры были выбраны в соответствии с рекомендациями ГОСТ 980-80 равными β=40±10°, γ=25±10(и h=25±5 мм. Кроме того, такие размеры позволяют использовать серийно выпускаемое оборудование для заточки зубьев пил. Кроме того, пильный диск 1 может быть оснащен на конце зуба 3 твердосплавным элементом 4.
Экспериментальным путем, с учетом различных режимов резания, нагрева, деформации пил и вышеприведенных обоснований, было определено и выше приведено оптимальное количество зубьев Z пильного диска для каждого диаметра пил.
Отсюда определяем некий коэффициент К, который охватывает весь диапазон заявляемых пил, и выражается отношением D к Z
1
Так для пилы min ⌀=400 K составит
2
А для пилы min ⌀=560 K составит
Таким образом, оптимальное количество зубьев Z заявляемой пилы в общем случае, охватывающем весь диапазон пил можно выразить зависимостью
,
1
2
1
где коэффициент К с учетом вышеприведенных K и K и округлении коэффициента K с 33,33 до 30,0 составит К=(30-56)
Таким образом, в окончательном виде оптимальное количество зубьев Z заявляемой пилы, в общем случае, охватывающем весь диапазон пил можно выразить зависимостью D
Конструкция заявляемой пилы позволяет почти в полтора раза снизить усилия и затрачиваемую мощность резани. Уменьшенное количество зубьев, значительно снижает затраты при их изготовлении, снижает возможности перегрева пил и повышает их стойкость между переточками, а также снижает затраты на переточку пил при их эксплуатации.
Вместе с тем такие пилы обеспечивают необходимую чистоту обработки получаемых пиломатериалов, соответствующую требованиям ГОСТ 26002-83Э. Работоспособность пил была проверена на опытных образцах на деревообрабатывающих предприятиях Кировской области. Ведется подготовка серийного производства таких пил.
Список использованной литературы.
(1). Якунин Н.К. Подготовка к работе и эксплуатация круглых пил. М. МГУЛ 2000 стр.341, формула (1.8).
(2). Манжос Ф.М. Деревообрабатывающие станки. Гослесбумиздат.стр.71, формула (71).
(3). Манжос Ф.М. Деревообрабатывающие станки. Гослесбумиздат.стр.71, формула (72).