БЕНЗИНОМОТОРНАЯ ПИЛА

Полезная модель относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил.
Бензиномоторная пила является мощным источником динамических нагрузок,которые в зависимости от режима работы полностью или частично воспринимаются руками оператора.
В связи с этим одной из важнейших задач при создании ручных бензиномоторных пил является достижение максимального снижения уровня вибрации на наружных поверхностях рукояток управления, охватываемых руками оператора при работе с пилой.
Сложность решения данной проблемы заключается в том, что в зависимости от режима работы (холостой ход на раскряжевке, раскряжевка, валка леса) на руки оператора воздействуют вибрационные нагрузки в широком диапазоне частот (30-1000 Гц).
Широкий диапазон частот вибрационных нагрузок обусловлен также и присутствием в пиле различных источников вибрации: двигатель внутреннего сгорания; шина и цепь пильного аппарата; зубчатые колеса редуктора.
Наиболее интенсивным источником вибрации в бензиномоторной пиле является двухтактный двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень и кривошипно-шатунный механизм, состоящий из шатуна и коленчатого вала с подшипниками.
При работе двигателя при возвратно-поступательном движении поршня в полости цилиндра протекают газодинамические процессы с импульсом знакопеременным характером изменения давления от -0,5 до 30 атм. Эти изменения давления вызывают вибрацию поршня двигателя и кривошипно-шатунного механизма, которая через стойку и опорную раму бензиномоторной пилы передается на рукоятки управления. В соответствии с патентно-информационными исследованиями в течение последних лет разработано большое количество механических демфирующих устройств, обеспечивающих частичное гашение вибрации на рукоятках управления бензиномоторных пил.
Известны переносные моторные пилы (см. заявку СССР №2331564 по классу В 27 В 17/00 за 1976 г., патент ФРГ 2043708 по классу В 27 В 17/02 за 1977 г., патент ФРГ 2525116 по классу В 27 В 17/02, патент США 3698455 по классу В 27 В 17/02 за 1972 г., патент США 3945119 по классу В 27 В 17/02 за 1976 г., патент США 4141143 по классу В 27 В 17/02 за 1979 г.) в которых опорная рама с рукоятками управления непосредственно
крепится к корпусу двигателя через эластичные элементы. Крепление опорной рамы с рукоятками управления к двигателю пилы, через податливые эластичные элементы существенно ухудшает управляемость пилой, что небезопасно для оператора при его работе.
Известны также конструкции бензиномоторных пил с жесткими механическими демпферами, где основными виброгасящими элементами являются металлические цилиндрические и плоские пружины.
Известна переносная моторная пила (SU, авт. св.№286188, кл. В 27 В 17/00, 1971 г.), принятая авторами за прототип. Она включает двигатель жестко соединенный с пильным аппаратом и стойкой, бензобак и рукоятки управления, жестко соединенные с опорной рамой.
Для снижения уровня вибрации в рукоятках управления пила имеет виброизолирующее устройство между стойкой и опорной рамой, выполненное в виде плоской пружины и шарнира с цилиндрическими пружинами. Данная пила достаточно проста по конструкции и обеспечивает хорошую управляемость пилой, но не обеспечивает эффективной виброизоляции рукояток управления во всем диапазоне рабочих частот. Замеряемые на стенде виброскорости рукояток управления в октавных полосах рабочих частот (31,5; 63; 125; 250 Гц) превышают на 3-5 Дб допустимые согласно ГОСТ 17770-72 уровня вибраций. Ограничение диапазона частот по эффективности виброизоляции обусловлено заданной жесткостью плоской пружины и цилиндрическими пружинами шарнира.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение указанных недостатков и создание конструкции пилы, в которой обеспечивается эффективное гашение вибрации в диапазоне низких частот 30-250 Гц. Эти частоты наиболее опасны для здоровья человека.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в том, что камера глушителя выполнена с объемом, равным 5,5 объемам цилиндра двигателя внутреннего сгорания пилы.
На фиг.1 изображена бензиномоторная пила - общий вид.
Пила содержит одноцилиндровый двухтактный двигатель внутреннего сгорания 1, жестко соединенный с пильным аппаратом 2 и стойкой 3, бензобак 4, рукоятки управления 5, опорную раму 6, виброизолирующее устройство, выполненное как у прототипа в виде плоской пружины 7 и шарнира 8, глушитель 9.
На фиг.2 представлен двигатель 1,содержащий цилиндр 10 и поршень 11, шатун 12, коленчатый вал 13 с опорными подшипниками 14 и 15, маховик с системой зажигания 16.
Работа бензиномоторной пилы осуществляется следующим образом.
Двигатель 1 с пильным аппаратом 2 генерирует пространственную вибрацию, передающуюся через стойку 3 и опорную раму 6 на рукоятки управления 5. Размещение между опорной рамой б и стойкой 3 плоской пружины 7 и шарнира 8 с цилиндрическими пружинами (как у прототипа) позволяет исключить прямую передачу вибрационной энергии от двигателя 1 к опорной раме 6, что обеспечивает частичную изоляцию рукояток управления 5. Это механическое демпфирование вибрации.
Вибрация на низких частотах 30-250 Гц генерируемая двигателем при возвратно-поступательных движениях поршня в полости цилиндра связана с выхлопом отработанных газов из цилиндра через выпускное отверстие в газовую полость глушителя. Выпускное отверстие в цилиндре связующее газовые полости цилиндра и глушителя работает как реактивное сопло, создавая импульсную силу с доминирующими частотами 30-250 Гц.
Основное снижение уровня вибрации на рукоятках управления в предложенной авторами конструкции пилы обеспечивается за счет снижения самого уровня генерируемой вибрации основным источником вибрации на пиле - двигателем.
На основе экспериментальных данных (пиление на стенде в режиме холостого хода с замером уровней вибрации на наружной поверхности рукояток) авторами было установлено, что большое значение на уровень вибрации, генерируемой двигателем на частотах 30-250 Гц, в предложенной конструкции пилы оказывает соотношение объемов газовых полостей цилиндра двигателя и глушителя пилы. Изменяя это отношение в экспериментальных запилах было установлено, что при отношении объема камеры глушителя равным 5,5 объемам газовой полости цилиндра двигателя датчики виброускорений на рукоятках управления фиксировали значительное снижение уровня вибрации (3-4 Д6) в диапазоне частот 30-250 Гц.
При выхлопе газов из цилиндра двигателя в газовую полость глушителя поток продуктов сгорания в выпускном отверстии цилиндра сильно поджат (адиабатически недорасширен) и обладает большой энергией, в результате чего создается реактивная импульсная сила, вызывающая существенную вибрацию двигателя на частотах 30- 250Гц.
При установленных экспериментально авторами соотношениях объема камеры глушителя равных 5,5 объемам цилиндра двигателя пилы продукты сгорания в глушителе, проходя через выпускное отверстие в цилиндре расширяются по адиабатическому процессу, в результате чего обладают малой энергией и реактивная импульсная сила на частотах 30 - 250Гц мала. Тем самым практически исключается источник вибрации от двигателя на низких частотах.