РАБОЧИЙ ОРГАН КОЛУНА

Предлагаемое устройство в виде рабочего органа колуна относится к устройствам для расщепления древесины с использованием клиньев, ножей или распорок в соответствии с МПК B27L 7/06 и может быть использовано для раскалывания круглых или иных лесоматериалов при их подготовке для получения топливной или технологической щепы, а также дров для котельных, колотой дранки и в других целях.
Известен топор-колун по патенту на полезную модель RU 45327 [1], содержащий обух, полотно с режущей кромкой, рукоятку и металлическую пластинку, закрепленную на обухе, полотне и рукоятке. Однако данное устройство недостаточно эффективно, поскольку при раскалывании не используется дополнительный эффект от принудительного поворота раскалывающего органа вокруг продольной оси лесоматериала.
Известно устройство и способ раскалывания короткомерных лесоматериалов вращательным движением раскалывающего органа по патенту RU 2484953 [2], предусматривающий внедрение раскалывающего органа в торец лесоматериала, другой торец которого неподвижно закреплен. После указанного внедрения раскалывающий орган совершает вращательное движение относительно продольной оси лесоматериала, раскалывая его путем разрушения связей между волокнами древесины. Однако данный способ и устройство для его осуществления являются сложными и трудоемкими в технической реализации, поскольку требуют фиксации одного из торцов раскалываемого лесоматериала. Кроме того, необходимо дополнительное устройство для осуществления вращательного движение раскалывающего органа относительно продольной оси лесоматериала.
Известен дровокольный топор (Wood Splitting Axe) по патенту US 4300606 [3], в котором полотно с лезвием выполнено асимметричным, а именно, продольная ось имеет параллельное смещение относительно плоскости полотна с лезвием. Однако данное устройство недостаточно эффективно и недостаточно безопасно, поскольку его использование сопровождается кручением топорища относительно его продольной оси, что оказывает также небезопасное механическое воздействие на суставы и мышцы рук пользователя данного устройства.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения, принятого в качестве прототипа, является раскалывающий орган механического колуна по патенту RU 2486052 [4], изготовленный из вертикально расположенного прямоугольного клина путем поперечного деления его пополам, разворота одной части в горизонтальной плоскости на 180 градусов и соединения этих частей по вертикальному ребру с созданием общей режущей кромки. Наклонные стороны обеих частей противоположны друг другу, и усилия воздействия наклонных боковых щек на древесину направлены в противоположные стороны.
Однако данное устройство недостаточно надежно, поскольку не обеспечивает прочного соединения его частей по указанному выше вертикальному ребру прямоугольного клина. Кроме того, каждый клин имеет пять граней, поперечное сечение каждого из клиньев имеет форму прямоугольника, а периметр поперечного сечения раскалывающего органа имеет форму многоугольника с двумя внутренними углами, вершины которых находятся на указанном выше вертикальном ребре. По этим причинам увеличивается площадь контактного взаимодействия раскалывающего органа и раскалываемого лесоматериала, возрастает возможность заклинивания, уменьшается техническая эффективность данного устройства при его использовании. Как следствие, известное устройство не обеспечивает получение достаточного дополнительного механического воздействия в виде кручения относительно продольной оси раскалываемого лесоматериала.
Технический результат от применения предлагаемого рабочего органа колуна заключается в повышении надежности рабочего органа колуна, в получении дополнительного механического воздействия в виде кручения относительно продольной оси раскалываемого лесоматериала за счет уменьшения площади контактного взаимодействия раскалывающего органа и раскалываемого лесоматериала, а также сил трения и, как следствие, уменьшения возможности заклинивания. В итоге, по совокупности признаков, повышается надежность предлагаемого устройства и эффективность его функционирования.
Данный технический результат достигается за счет того, что рабочий орган колуна, содержащий клин с боковыми гранями в форме прямоугольных треугольников и режущую кромку, расположенную на пересечении щек клина, деталь узла крепления на верхней грани клина, причем каждая из щек клина выполнена в виде винтовой поверхности, образованной поступательным движением условной прямой в направлении от режущей кромки клина к верхней грани клина, и поворота этой прямой в горизонтальной плоскости, а причем максимальный угол поворота этой прямой в плоскости верхней грани находится в интервале от 2 до 30°.
На фиг. 1 изображен рабочий орган колуна, в котором каждая из щек клина выполнена в виде винтовой поверхности, образованной поступательным движением условной прямой в направлении от режущей кромки клина к верхней грани клина, и поворота этой прямой в горизонтальной плоскости по часовой стрелке при взгляде сверху на верхнюю грань клина.
На фиг. 2 изображен рабочий орган колуна, в котором каждая из щек клина выполнена в виде винтовой поверхности, образованной поступательным движением условной прямой в направлении от режущей кромки клина к верхней грани клина, и поворота этой прямой в горизонтальной плоскости против часовой стрелки при взгляде сверху на верхнюю грань клина.
Техническая реализация устройства. Предлагаемое устройство в виде рабочего органа колуна может быть изготовлено из стали на станке с числовым программным управление. Рабочий орган колуна состоит из держателя 1, соединенного верхней гранью 2 клина, содержит клин с боковыми гранями 3 в форме прямоугольных треугольников и режущую кромку 4, расположенную на пересечении щек 5 клина. Каждая из щек 5 клина выполнена в виде винтовой поверхности, образованной поступательным движением условной прямой 6 в направлении от режущей кромки 4 клина к верхней грани 2 клина, и поворота этой прямой в горизонтальной плоскости на угол α, а причем максимальное значение угла поворота α этой прямой 6 в плоскости верхней грани 2 находится в интервале от 2 до 30°. В начале указанного перемещения условная прямая 6 совпадает с режущей кромкой 4.
Все детали предлагаемого устройства могут быть выполнены из стали на станке с числовым программным управлением.
Если максимальное значение угла поворота α меньше 2°, то эффект от искривления поверхности щек пренебрежимо мал. Если максимальное значение угла поворота α больше 30°, то существенно затрудняется внедрение клина в раскалываемый материал.
Ширина клина B связана с длиной A режущей кромки 4 соотношением B=Atgα.
Высота клина H связана с длиной A режущей кромки 4 клина и находится в интервале от H=0,2A до 5A.
Наклонное ребро боковой грани 3 клина может быть прямолинейным или криволинейным. Если данное ребро прямолинейное, то его длина .
Длина A режущей кромки 4 является базовым размером, т.е. размером, с которым связаны другие размеры устройства. Конкретное значение длины A зависит от назначения колуна и может составлять от 1 до 50 см.
Форма и соотношение размеров рабочего органа колуна, имея существенные отличия от прототипа и аналогов, известных в данной области, обеспечивает получение заявляемого технического результата.
Функционирование устройства. Функционирование рабочего органа колуна в процессе раскалывания лесоматериалов происходит следующим образом.
При внедрении клина в раскалываемый лесоматериал режущая кромка 4 перемещается поступательно. Щеки 5 клина, имея винтовую поверхность, создают передаваемый на раскалываемый лесоматериал крутящий момент в горизонтальной плоскости. Этот крутящий момент, в соответствии с принципом равенства действия и противодействия, стремится вызвать поворот как клина, так и раскалываемого материала. Однако повороту клина препятствует его режущая кромка 4, которая при внедрении в раскалываемый материал движется поступательно. Прочность стального клина существенно больше прочности древесины при раскалывании. Поэтому при внедрении клина в раскалываемый материал происходит его разрушение режущей кромкой 4 и, кроме того, появляется дополнительное воздействие в виде кручения, вследствие чего раскалываемый материал разрушается. Тем самым достигается повышение надежности рабочего органа колуна, а также получение дополнительного механического воздействия в виде кручения относительно продольной оси раскалываемого лесоматериала за счет уменьшения площади контактного взаимодействия раскалывающего органа и раскалываемого лесоматериала, а также сил трения и, как следствие, уменьшения возможности заклинивания.
Библиография
1. Топор-колун. Патент на полезную модель RU 45327. МПК B26B 23/00. Опубликовано 10.05.2005.
2. Способ раскалывания короткомерных лесоматериалов вращательным движением раскалывающего органа. Патент на изобретение RU 2484953. МПК B27L 7/02; A01G 23/06. Опубликовано: 20.06.2013.
3. Wood Splitting Axe. United States Patent 4300606. МПК B26B 23/00. Подано 21.04.1980. http://www.freepatentsonline.com/4300606.pdf
4. Раскалывающий орган механического колуна. Патент на изобретение RU 2486052. Опубликовано 27.06.2013.