Многопильный блок с электромеханическим позиционированием пильных модулей
MULTI SAWING UNIT WITH ELECTROMECHANICAL POSITIONING OF SAW MODULES

Область техники
Изобретения относятся к области распиловки твердых материалов, преимущественно древесины, но также и металла, пластмасс, камня, кости, стекла и других.
Предшествующий уровень техники
Известно устройство для распиловки древесины, содержащее станину, на которой расположен пильный блок в виде ведущего и ведомого валов с параллельными осями вращения, на которых шарнирно закреплены на эксцентриках пильные модули, каждый из которых представляет собой пильное полотно, имеющее зубья, межзубовые впадины и заднюю кромку и закрепленное между двумя крепежными узлами (SU 146019, В27В 15/04, 1962). В этом устройстве пильные модули размещены на консольных участках валов, при этом передача движения от ведущего вала к ведомому осуществляется с помощью цепной передачи. Однако цепная передача ограничивает частоту вращения валов, а само устройство не решает задачу исключения эффекта формоизменения пильного полотна. При этом ширина распила недопустимо увеличивается.
Известны также устройства для распиловки древесины, содержащие станину, на которой расположены пильный блок в виде ведущего и ведомого коленчатых валов с параллельными осями вращения и с опорами на концах и пильных модулей с пильными полотнами, шарнирно закрепленных на одноименных шейках коленчатых валов (SU 1771443, В27В 3/00, 1992 г.; RU 2058884, В27В 3/10, 1996 г.; RU 2060872, В27В 3/00, 1996 г;). Во всех этих устройствах используется дополнительная сложная кинематическая связь между ведущим и ведомым валами для обеспечения синхронизации их вращения, что усложняет и утяжеляет конструкцию в целом, но не решает проблему уменьшения ширины распила и снижения энергозатрат на распиловку.
Из описаний изобретений к RU №2292259, В27В 3/00, B28D 1/06, B23D 49/00 RU, а также 2555798, В27В 3/00, 20013 г., а также (патенты на изобретение №2647274, №2555798) известны:
- пильный модуль, содержащий по меньшей мере одно пильное полотно (12), имеющее зубья (25), межзубовые впадины (26) и заднюю кромку (27) и закрепленное между двумя крепежными узлами (13), предназначенными для шарнирного соединения с ведущим (3) и ведомым (5) валами, оси вращения (6) которых параллельны друг другу, со смещением оси шарнира (14) каждого крепежного узла относительно оси вращения соответствующего ему вала, а центр масс каждой половины указанного модуля расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала, при этом пильное полотно установлено так, что ось нижнего шарнира (14) расположена относительно линии центра тяжести сечения несущей конструкции полотна на расстоянии, равном 0,5…0,75 ширины указанного полотна, а ось верхнего шарнира расположена относительно линии центра тяжести сечения несущей конструкции полотна на расстоянии, равном 0,1…0,4 ширины указанного полотна, измеряемой между задней кромкой указанного полотна и линией межзубовых впадин, при этом ширина полотна находится в пределах ОД…0,45 его свободной длины, в случае его установки на ведущем и ведомом эксцентриковых валах указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала, крепежный узел, предназначенный для установки на ведомом валу, содержит хомут (16), шарнирно связанный с указанным валом, и соединенную с хомутом скобу (17), снабженную средством подвижной фиксации (18) пильного полотна, средство подвижной фиксации (18) пильного полотна содержит по меньшей мере один штифт (19), размещенный как в отверстии (20), выполненном на конце пильного полотна, так и в соосных отверстиях (21), выполненных в противоположных стенках (22) и (23) скобы для установки в них указанного штифта с возможностью перемещения вдоль продольной оси пильного полотна, и пружину (24) для взаимодействия с указанным штифтом, закрепленную внутри скобы, при этом центр масс каждой половины указанного модуля, образованной частью полотна в пределах 0,2…0,4 свободной длины указанного полотна и соответствующим ей крепежным узлом, расположен в точке, находящейся на расстоянии от оси шарнира этого крепежного узла, не превышающем четырехкратной величины смещения указанной оси относительно оси вращения соответствующего вала.
- пильный блок, содержащий ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один указанный пильный модуль.
В известных технических решениях, с целью изменения расстояния межу полотнами или необходимого позиционирования пильных модулей (11) (фиг. 1), (патент на изобретение изобретение 2555798, В27В 3/00, 20013 г) в пильном блоке, используются разлучки (30). Одновременно с этим разлучки используются и для фиксации пильных модулей на нижнем и верхнем валах (3) и (5) при их установке между пильными модулями и опорными подшипниковыми узлами (8) и (7) (опорами).
Во всех известных технических решениях не представлены какие-либо устройства фиксации пильных модулей, кроме разлучек, позволяющие осуществлять позиционирование и фиксацию пильных модулей на валах пильного блока для изменения расстояний между полотнами или пильными модулями.
При рассмотрении особенностей функционального использования реальных образцов предлагаемых изобретений (многопильных блоков станков) необходимо отметить черту, характерную для малых и средних предприятий, использующих аналогичные устройства для распиловки двухкантных брусьев (бревен) на доски вблизи лесосеки или недалеко от мест предварительного складирования пиловочника. Это практическое отсутствие предварительной сортировки пиловочника (ограничение или отбор по диаметрам) для его дальнейшей распиловки на доски, что приводит к необходимости периодического прекращения работы для соответствующей перенастройки (регулировки) пильного блока (постава пил в пильной рамке).
Перенастройка ведется с целью обеспечения:
- изменяемого (нового) размера толщины выпиливаемых досок;
- изменяемой номенклатуры по ширине и толщине выпиливаемых досок.
Такая, часто возникающая, необходимая регулировка постава пил диктуется сохранением, а при возможности и повышением коэффициента использования деловой древесины с одновременным снижением себестоимости выпускаемой продукции. Выполнение упомянутых требующихся изменений (регулировок) на станке-прототипе вызывает затраты рабочего времени на:
- ручную разблокировку зафиксированных пильных модулей на валах пильного блока,
- ручное перемещение и фиксацию пильных модулей на валах пильного блока и их последующую блокировку.
Перечисленные операции, выполняемые вручную, усложняют работу оператора станка, вызывая непроизводительные временные затраты.
С целью сохранения и дополнительного повышения коэффициента использования деловой древесины, а также ускорения процесса заданного раскроя пиловочника (заготовки), в условиях практического отсутствия его сортировки, предлагается конструкция пильного блока, снабженная электромеханическими приводами позиционирования пильных модулей, расположенными на его валах. Предлагаемая конструкция значительно (в 5…10 раз и более) снижает непроизводительные затраты рабочего времени, затрачиваемые на изменение размеров между полотнами или пильными модулями на валах пильного блока, и одновременно снижает себестоимость изготовления пилопродукции. При этом отсутствует необходимость предварительной сортировки пиловочника, что является особенно актуальным при работе в условиях оперативного раскроя пиловочника на делянках или вблизи мест его временного складирования.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлены заявленные изобретения, является:
- снижение в 5…10 раз непроизводительных затрат рабочего времени на изменение размеров между полотнами или пильными модулями при их фиксации на валах пильного блока,
- повышение 1,2…1,5 раза суточной производительности пильного блока (фиг. 1, 2);
Задача в отношении пильного модуля решается тем, что эксцентрик (28) пильного модуля (11) (фиг. 1, фиг. 3) снабжен ходовым винтом (31) электромеханического привода (32) (фиг. 4), соединенным и проходящим через резьбовое отверстие эксцентрика (фиг. 3, фиг. 5), также имеет второе отверстие (фиг. 5) для свободного прохождения такого же ходового винта, установленного аналогичным способом в другом эксцентрике, повернутом относительно предыдущего эксцентрика на 120°.
В отношении пильного блока задача решается тем, что на валах пильного блока между опорными подшипниковыми узлами (опорами) и эксцентриками (пильными модулями) установлены электромеханические приводы для позиционирования, по меньшей мере, одного пильного модуля (пильных модулей), имеющие ходовые винты (31), соединенные по резьбе, по меньшей мере, с одним эксцентриком (эксцентриками) и установленными на них червячными колесами (33), входящими в зацепление с червяками (34) электромеханического привода, что обеспечивает перемещение и фиксацию (блокировку) эксцентриков на валах пильного блока с одновременным регулированием промежутков между полотнами или пильными модулями, при вращении соответствующих червяков и червячных колес с ходовыми винтами; а каждый электромеханический привод соединен ходовыми винтами не более чем с тремя пильными модулями (эксцентриками).
Расположение электромеханических приводов на валах пильного блока представлено фиг. 6. Последовательная синхронная подача крутящих моментов на концевики червяков (фиг. 4), воздействующих на соответствующие червячные колеса (например, с помощью гибких валов) вызывает вращение ходовых винтов, которые вынуждают эксцентрики одноименного пильного модуля перемещаться по валам пильного блока. Остановка эксцентриков происходит при отсутствии крутящих моментов на концевиках червяков или при упоре в контрольный образец пиломатериала.
В пильном блоке, содержащем ведущий и ведомый валы с параллельными осями вращения и опорами на концах, стойки для размещения опор и, по меньшей мере, один указанный пильный модуль.
Ведущий и ведомый валы могут быть выполнены коленчатыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между осью шейки колена и осью вращения вала.
Ведущий и ведомый валы могут быть выполнены эксцентриковыми, при этом указанное смещение равно расстоянию между геометрической осью эксцентрика и осью вращения вала.
Кроме того, эксцентрики эксцентрикового вала могут быть выполнены с возможностью их установки в заданном осевом положении для регулирования промежутков между пильными модулями, что позволяет изменять толщину выпиливаемого материала.
Это можно осуществить, например, путем выполнения эксцентриков съемными с фиксацией их на валах с помощью шпонок, а между эксцентриками могут быть установлены дополнительные распорные элементы (разлучки).
Кроме того, пильные модули могут быть установлены на указанных валах с определенным угловым смещением друг относительно друга. При этом центробежные силы, возникающие при круговом поступательном движении пильных полотен, сами себя уравновешивают, в результате чего работа опорных подшипников осуществляется под нагрузкой сил резания только одного пильного модуля и общего усилия натяжения пильных полотен пильного блока. При этом сила резания практически постоянна в своем направлении и изменяется только по величине в зависимости от размера и свойств распиливаемого материала. Это исключает массивную станину и увеличивает ресурс работы пильного блока.
Краткое описание чертежей.
Более подробно предлагаемые изобретения раскрываются со ссылками на представленные чертежи: а
на фиг. 1 изображен многопильный блок прототипа с общими элементами;
на фиг. 2 - пильный блок (устройство для распиловки), вид сбоку;
на фиг. 3 - пильный модуль, вид сбоку;
на фиг. 4 - электромеханический привод с подачей вращающего момента на концевики червяков каким-либо устройством: дрель, шуруповерт, вручную, гибкий вал, иным способом;
на фиг. 4а - электромеханический привод с микроэлектродвигателями, укомплектованными узлами электропитания и радиоуправления микроэлектродвигателями;
на фиг. 4б - электромеханический привод с микроэлектродвигателями и электроконтактами, выводимыми на внешнюю поверхность электромеханических приводов;
на фиг. 5 - местный вид углового расположения эксцентриков на валах пильного блока со стороны подшипниковых узлов (опор); а
на фиг. 6 - пильный блок, общий вид расположения электромеханических приводов на валах и связи ходовых винтов с эксцентриками, а также показана принципиальная схема возможных позиций пильных модулей в пильном блоке (показано условно);
на фиг. 7 - пильный модуль, местный вид с местным разрезом в области средства подвижной фиксации пильного полотна;
на фиг. 8 - пильный модуль, местный вид и сечение в области средства подвижной фиксации пильного полотна;
на фиг. 9 -, пильный модуль, вид спереди.
Примеры осуществления изобретения.
Предлагаемый пильный блок для распиловки (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 6) содержит станину (1), на которой расположены сам пильный блок (2) и средства подачи и отвода распиливаемого материала (механизм подачи - не показан). Пильный блок содержит ведущий вал (3), связанный шкивом (4) с электродвигателем (не показан), ведомый вал (5), при этом оси вращения (6) обоих валов параллельны и оба вала закреплены по концам в опорах (7) и (8) соответственно. Опоры размещены на стойках (9), каждая из которых имеет направляющие (10), закрепленные в станине. На валах размещены пильные модули (11), каждый из которых содержит, по меньшей мере, одно пильное полотно (12) с зубьями (25), межзубовыми впадинами (26) и задней кромкой (27) (в примерах осуществления пильного блока, показанных на фиг. 1, 2, и 6, пильный модуль имеет два пильных полотна), которое закреплено между двумя крепежными узлами (13), шарнирно соединенными с валами, т.е. каждый крепежный узел образует с валом (3) или (5) соответственно подвижное соединение, допускающее вращение вокруг их общей оси, являющейся осью вала (6). Ось шарнира (14) каждого крепежного узла смещена относительно оси вращения (6) вала (3) или (5). Если валы выполнены эксцентриковыми, то осью шарнира (1)4 является геометрическая ось эксцентрика, а если валы выполнены коленчатыми, то осью шарнира является ось шейки колена вала.
С целью обеспечения заданного положения центра масс каждой половины пильного модуля на крепежном узле установлен компенсатор (15) в виде инерционного груза, способствующего минимизации эффекта инерционного формоизменения пильного полотна.
Крепежный узел имеет хомут (16) (элементы шарнирного соединения крепежных узлов с валами), а крепежный узел, установленный на ведомом валу, имеет соединенную с хомутом скобу (17), при этом последняя снабжена средством подвижной фиксации (18) пильного полотна. Указанное средство подвижной фиксации содержит, по меньшей мере, один штифт (19), установленный с возможностью перемещения вдоль продольной оси пильного полотна.
На фиг. 7 и 8 показан вариант выполнения средства подвижной фиксации с двумя штифтами, которые размещены как в отверстиях (20), выполненных на конце пильного полотна, так и в соосных отверстиях (21), выполненных в противоположных стенках (22) и (23) скобы. Штифты имеют возможность перемещения в отверстиях вдоль продольной оси пильного полотна, так как отверстия (21) выполнены удлиненными в указанном направлении. Со штифтами взаимодействует закрепленная внутри скобы пружина (24), обеспечивающая заданное усилие натяжения полотна при холостом ходе и при нагреве полотна во время распиловки.
На фиг. 3 показан пильный модуль с определенным расположением пильного полотна, где В - ширина указанного полотна, измеряемая расстоянием между линией межзубовых впадин и задней кромкой полотна, при этом масса компенсатора обеспечивает равновесие крепежного узла относительно оси (14) с учетом массы пильного полотна в пределах 0,2…0,4 его свободной длины Lсв (фиг. 9).
Пильное полотно установлено так, что ось нижнего шарнира, расположена относительно линии центра тяжести сечения несущей конструкции полотна на расстоянии равном (0,5…0,75)В, а ось верхнего шарнира расположена относительно линии центра тяжести сечения несущей конструкции полотна на расстоянии равном (0,1…0,4)В, где В - ширина указанного полотна, измеряемая между задней кромкой указанного полотна и линией межзубовых впадин.
Величиной внецентренного растяжения полотна принято называть величину расстояния от линии сил растяжения до линии, проходящей через центр тяжести сечения несущей конструкции пильного полотна. При этом ширина полотна В=(0,1…0,45)Lсв, где Lсв - свободная длина полотна (см. фиг. 9).
Такое расположение пильного полотна, при прочих известных параметрах пильного модуля, увеличивает частоту собственных колебаний первой формы, минимизируя эффект резонансного формоизменения пильного полотна и его последствий.
При выполнении ведущего (3) и ведомого (5) валов эксцентриковыми (как показано не фиг. 3 и 6) их эксцентрики (28) могут быть выполнены съемными с фиксацией их на валах с помощью шпонок (29) или шлицев. Для регулировки промежутков между полотнами и пильными модулями каждый эксцентрик пильного модуля снабжен ходовым винтом (31) электромеханического привода (32), соединенным и проходящим через резьбовое отверстие эксцентрика, а также имеет второе отверстие для свободного прохождения такого же ходового винта электромеханического привода, установленного аналогичным способом в другом эксцентрике, повернутом относительно предыдущего эксцентрика на 120°, прни этом на валах пильного блока (3) и (5) между опорными подшипниковыми узлами (опорами) (8) и (7) и эксцентриками (пильными модулями) установлены электромеханические приводы для позиционирования, по меньшей мере, одного пильного модуля (пильных модулей), имеющие ходовые винты, соединенные по резьбе, по меньшей мере, с одним эксцентриком (эксцентриками) и установленными на них червячными колесами (33), входящими в зацепление с червяками (34) электромеханического привода (32), что обеспечивает перемещение и фиксацию (блокировку; эксцентриков на валах пильного блока с одновременным регулированием промежутков между полотнами или пильными модулями, при вращении соответствующих червяков (34) и червячных колес (33) с ходовыми винтами; а каждый электромеханический привод соединен ходовыми винтами не более чем стремя пильными модулями (эксцентриками (28)).
Расположение эксцентриков на валах пильного блока, обеспечивающих указанное условие, представлено на фиг. 5. При этом динамическая балансировка пильного блока осуществлена без использования дополнительных корректирующих масс.
В случае использования в устройстве для распиловки пильного блока только с одним пильным модулем целесообразно связать ведущий вал и ведомый гибкой кинематической связью, например, клиновым ремнем для синхронизации их вращения.
Если же в пильном блоке установлено два и более пильных модулей, то в этом случае сами пильные модули являются синхронизаторами вращения обоих валов. В примере осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, используются шесть пильных модулей, что является оптимальным как для обеспечения динамической устойчивости пильного блока, так и для энергопотребления при распиловке.
Как показали испытания, устройству для распиловки, имеющему вышеописанный пильный блок с шестью пильными модулями, достаточно общей потребляемой мощности 8,1…12,1 кВт для роспуска на доски пиловочника с характерным диаметром до 460 мм (фиг. 6) при скорости подачи (производительности) 1…3 м/мин и частоте вращения ведущего и ведомого валов около 3000 об/мин, что не является пределом. Габариты всего устройства для распиловки бревен диаметром до 340 мм не превышают 1000×1240×1590 мм при общей массе устройства около 750 кг.
Выполнение пильного полотна с твердосплавными режущими элементами (не показаны) или из специальных стеллитоподобных сплавов позволяет обрабатывать материалы различной твердости при ширине распила не более 2,0…2,1 мм. При этом пильное полотно не нуждается в частой перезаточке и практически не меняет своих геометрических параметров в процессе эксплуатации. Разнотолщинность досок хвойных пород толщиной 50 мм, при их ширине 150 мм и длине 6,2 м, составляет 0,1…0,3 мм, а разность размеров толщин досок, выпиливаемых пильным блоком между моментами замены полотен, не превышает 0,5 мм.
Изменение позиции пильных модулей на валах пильного блока осуществляется при подаче крутящего момента на концевики червяков каким-либо устройством (дрель, шуруповерт, вручную, иным способом). Шпонки передают крутящий момент от червячных колес ходовым винтам (31).
Следует отметить возможность установки в электромеханические приводы микроэлектродвигателей (37) (фиг. 4а, фиг. 4б), вращающих червяки с червячными колесами и обеспечивающих заданное направление вращения ходовых винтов. При этом микроэлектродвигатели, укомплектованные узлом электропитания (38) (фиг. 4а) и узлом радиоуправления (39), позволяют позиционировать пильные модули дистанционно как в индивидуальном режиме, так и в режиме программного управления. Это дает возможность вести регулировку ширины постава пильных полотен или изменение размеров между полотнами или пильными модулями на валах пильного блока в пределах 1…2-х минут при снижении времени регулировки у прототипа в 5…10 раз.
Управление позиционированием пильных модулей с помощью программного обеспечения позволяет оптимизировать полноту использования древесины с одновременным увеличением коэффициента ее использования на 10…15%%.
Одним из вариантов конструкторского исполнения приводов является подача напряжения микроэлектродвигателям через электроконтакты (41) (фиг. 4б), выводимые на внешнюю поверхность электромеханических приводов, что также позволяет осуществлять дистанционное управление позиционированием пильных модулей.
Микроэлектродвигатели и сопрягаемые с ними элементы функционального назначения фиксируются в электромеханическом приводе пробкой (36) (фиг. 4а, 4б).
Упомянутые варианты исполнения пильного блока, укомплектованного электромеханическими приводами позиционирования пильных модулей увеличивают производительность работы пильного блока (станка) в 1,2…1,5 раза.
Регулируя электромеханическим приводом промежутки между пильными модулями 11 из пиловочника (бревна), можно получать тес, половую доску, лафет, паркетную доску или брус.
Количество выпиливаемых досок с возможной толщиной и возможной номенклатурой представлены на фиг. 6. При этом максимальное общее количество досок может быть равно 17 с четырьмя вариантами по толщине (А, Б, В, Д).
-0,3
-0,3
Принципиальная схема пильного блока позволяет вести его изготовление в габаритах и целевом назначении для выпуска паркетной доски толщиной 16 мм и ламели толщиной 8,0 мм. При этом их толщины могут быть изменены в зависимости от потребностей рынка.
Разработанный механизм подачи станка снабжен устройствами для дозированной подачи жидкости (ПАВ) в каждый пропил, что является актуальным при обработке смолосодержащих пород древесины, например, таких как лиственница. Одновременно, в процессе работы, обеспечивается целевой продув каждого пропила сжатым воздухом с целью своевременного удаления опилок из зоны резания (перед пильными полотнами) и одновременного повышения производительности пильного блока.
Предлагаемое устройство (пильный блок) для распиловки может найти применение во всех отраслях, где требуется распиливание твердых материалов. Наиболее перспективно использовать его для распиловки древесины в качестве станка второго ряда. При этом устройство (станок или его отдельный пильный блок) обеспечивает энергосбережение при распиловке, является экономичным при изготовлении (обладает малой металлоемкостью), а также удобно для использования в труднодоступных районах при малом автономном энергоснабжении.