ДИСКОВАЯ ПИЛА ДЛЯ ПРОДОЛЬНОЙ РАСПИЛОВКИ ДРЕВЕСИНЫ ДИАМЕТРОМ 710 мм С ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ ЗУБЬЯМИ

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 диаметре 710 мм имеют толщину от 2,5 до 3,2 мм и количество зубьев от 48 до 60,
Недостаток упомянутых пил заключается в том, что такие пилы обладают небольшим ресурсом. При таком количестве зубьев в процессе резания одновременно участвуют несколько зубьев пилы. Вследствие этого возрастает потребляемая мощность.
Кроме того, большое количество зубьев требует достаточных затрат времени и потребляемой энергии при переточке таких пил, а на многопильных станках эти недостатки многократно возрастают.
По этой причине в современном лесопилении и деревообработке стараются применять пилы с меньшим количеством зубьев, напайкой на них твердосплавных пластин и групповым расположением зубьев на секторах, между которыми имеются пазы. Наличие пазов уменьшает площадь трения и нагрев пилы и обеспечивает вынос опилок, как, например, «Дисковая пила для продольной распиловки древесины», патент RU №4849.
Известна французская дисковая пила, состоящая из двух секторов, «Blade for circular saw - has inner and outer inlets with bar gutters on different diameter former with coaxial sector shape», патент FR 2499895 (A1) - 1982-08-20.
Дисковая пила имеет два сектора, по венцам которых расположены режущие зубья.
Кроме того, в пильном диске между центральным крепежным отверстием и венцом с зубьями выполнены два или четыре дополнительных диаметрально противоположных трапецеидальных отверстия с режущими кромками.
Известна другая французская дисковая пила «Circular saw blade for cutting wood, has teeth subdivided into identical sectors each having teeth with specific face angles, where each tooth has hook type sector breaking chips at level of back part and micro-teeth crushing chips», патент FR 2886194 (A1) - 2006-12-01.
Дисковая пила имеет крючкообразные зубья с углом атаки и углом конусности, расположенные на одинаковых секторах с одинаковым числом зубьев. Угол атаки зубьев в каждом секторе имеет прогрессивное изменение.
Недостаток упомянутых французских пил заключается в том, что они имеют большое количество зубьев, которые повышают трудоемкость изготовления пил и их эксплуатацию, в частности при заточке зубьев пилы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой пиле, выбранной в качестве прототипа, является «Пила дисковая GASS диаметром D 710 мм» для бревнопильного оборудования, приведенная в таблице «Пилы для бревнопильного оборудования с твердосплавными /стеллитовыми зубьями», «Каталог инструмента», лист 2.
Упомянутая дисковая пила выполнена в виде девяти секторов, на каждом из которых размещено по три зуба с твердосплавными пластинками, выполненными с прямой заточкой по граням зубьев. Толщина диска b=4,7 мм, ширина твердосплавной пластины B=7,2 мм, посадочный диаметр пилы d=50 мм, число зубьев 3×9=27. Кроме того, на диске пилы выполнены освобождения для удаления опилок, одновременно уменьшающие поверхность пилы и вероятность ее нагрева от сил трения.
Параметры пилы прототипа определяют возникновение сразу несколько проблем:
- увеличенная ширина твердосплавной пластины в 7,2 мм и соответственно увеличенная толщина пильного диска, а следовательно, и увеличенный расход металла на изготовление пилы;
- сниженный выход пиломатериалов из-за сравнительно большой ширины твердосплавной пластины в 7,2 мм, образующей широкий пропил;
- увеличенный расход электроэнергии в связи увеличением мощности резания из-за ширины пропила 7,2 мм.
При описанных параметрах пилы прототипа она имеет на сторону достаточно большое уширение h=l,25 мм (7,2 мм-4,7 мм):2=1,25 мм.
Величина уширения пилы прототипа является завышенной, поскольку по результатам научных исследований, проведенных ЦНИИМОД для пил диаметром 700-900 мм, работающих в наиболее жестких условиях по древесине хвойных пород, при абсолютной влажности более 30%, оптимальным уширением зуба пилы на сторону рекомендована величина 0,9 мм («Руководящие технические материалы по определению режимов пиления древесины круглыми пилами», стр. 52, таблица П.3.2, третья строка снизу. ЦНИИМОД, Архангельск 1988 г.).
Известно, что «Увеличение ширины пропила на каждый миллиметр уменьшает выход пиломатериала на 0,33% («Справочник по лесопилению», стр. 122, раздел 2, пункт 3).
Таким образом, общее уширение h зуба, а соответственно и пропила в прототипе составляет (1,25×2=2,5 мм), а по рекомендации ЦНИИМОД должно составлять (0,9×2=1,8 мм). Разница составит h=2,5-1,8=0,7 мм.
Это означает, что при распиловке одной пилой прототипа происходит снижение выхода «В» пиломатериала В=(0.33×0,7)=0,231% а при использовании 8 пил в ряду потери составят уже 0,231×8=1,48%.
При продольном пилении уширение пропила влияет не только на уменьшение выхода пиломатериала, но и увеличивает мощность резания и соответственно увеличивает расход электроэнергии.
«При продольном пилении с увеличением ширины пропила b сила и мощность резания также возрастают почти прямо пропорционально b («Резание древесины», стр. 103, третий абзац снизу. Изд. «Высшая школа». Минск. 1975).
Кроме того, пила прототипа содержит не четное число зубьев, а именно 27 (три зуба на секторе, помноженные на девять секторов), что не позволяет осуществить на зубьях пилы косую заточку.
Известно, что «Для пил продольной распиловки косая заточка зуба пилы способствует уменьшению мощности (до 30%), расходуемой на пиление» («Подготовка пил к работе и эксплуатация круглых пил», стр. 414, второй абзац снизу». Московский государственный университет леса. Москва - 2000.).
Не использование таких потенциальных возможностей по снижению мощности резания и снижению энергопотребления с косой заточкой зубьев у пилы прототипа объясняется тем, что пила имеет три зуба на секторе. В этом случае два зуба пилы сектора будут иметь заточку в одну сторону и только один в другую. Вследствие этого каждый сектор начнет смещаться в сторону двух зубьев с одно направленной заточкой. Смещение сектора дестабилизирует процесс пиления, поскольку каждый сектор по разному смещается в боковую сторону, что приведет к увеличению сил трения, нагреву пилы, повышению потребляемой мощности и не равномерной величине пропила обрабатываемой древесины.
Задачей полезной модели являются увеличение выхода пиломатериалов и снижение мощности резания.
Поставленная задача достигается за счет того, что в дисковой пиле для продольной распиловки древесины диаметром 710 мм с твердосплавными зубьями, размещенными группами на венце секторов, согласно полезной модели каждый сектор пилы содержит 2 зуба.
Диаметр пилы 710 мм предусматривают возможность распиловки бревен в комле до 350 мм при одновальной установке пил и до 500 мм при двухвальной установке пил.
Групповое расположение зубьев позволяет перераспределять режущие кромки зубьев, уменьшить усилие резания и увеличить глубину реза. По этой причине пила содержит широко применяемое количество секторов, а именно 9, но с двумя зубьями.
Наличие двух зубьев на одном секторе позволяют снизить мощность резания по сравнению с прототипом, при одном и том же числе оборотов пилы и одной и той же скорости подачи, за счет увеличения величины подачи на зуб.
Следует иметь в виду, что при этом возрастает касательная сила резания, для минимизации которой в заявляемой пиле зубья выполнены с косой заточкой по задней грани, при этом соседние зубья имеют разнонаправленную заточку. Такая заточка, как было сказано выше, позволяет снизить величину потребляемой мощности до 30%.
Расстояние между соседними секторами в открытом пазу больше шага между зубьями в секторе, что обеспечивает эффективное удаление стружки и опила.
Толщина S диска заявляемой пилы составляет S=4,5±0,l мм., уширение зуба пилы на одну сторону составляет 0,9±0,05 мм, которые определена опытным путем.
Согласно ГОСТ 980-80 «Пилы круглые плоские для распиловки древесины» диаметром 710 мм имеют число зубьев Z=48-60 и толщину диска пилы В=2,8-3,2, однако такие параметры предусмотрены для пил, не оснащенных твердосплавными пластинами.
В то же время «Пилы дисковые с твердосплавными пластинами для обработки древесных материалов» ГОСТ 9769-61 ограничены диаметром 450 мм и толщиной 2,0-2,8 мм. В них отсутствуют данные, необходимые для заявляемой пилы диаметром 710 мм.
В целях определения оптимальной толщины пильного диска были изготовлены и опробованы пилы с толщиной 4,0 и 4,5, а также 5 мм. По результатам испытаний был выбран оптимальный вариант толщины пильного диска, обеспечивающий минимальные потери пиломатериала и максимально возможную жесткость и устойчивую работу пилы, а именно толщина 4,5 мм.
Уширение зуба пилы на одну сторону 0,9±0,05 мм взято как наиболее рациональное, в соответствии с рекомендациями ЦНИИМОД.
Достигнутый технический результат заключается в том, что заявляемая пила по сравнению с прототипом позволяет увеличить выход пиломатериалов, снизить мощность резания и соответственно снизить энергозатраты на пиление, а также снизить массу и стоимость пилы и снизить затраты на переточку зубьев. Это обеспечивается тем, что заявляемая пила имеет 18 зубьев по 2 зуба на секторе вместо 27 по 3 зуба на секторе, как у прототипа, а также имеет меньшую толщину пильного диска 4,5 мм вместо 4,7 и меньшее уширение зуба 0,9 вместо 1,25 мм.
Снижение потребляемой мощности заявляемой пилы, связанное с уменьшением числа зубьев пилы, подтверждается таблицей «Результатами расчетов для всех значений Z приведена в таблице» («Руководящие технические материалы по определению режимов пиления древесины круглыми пилами», и далее «Таким образом, при уменьшении числа зубьев, например, с 48 до 24 при постоянной скорости подачи 30 м/мин мощность резания уменьшается на 26,5%», стр. 46, ЦНИИМОД, Архангельск 1988 г.).
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
- Фиг. 1 - Общий вид пилы;
- Фиг. 2 - Сечение А-А с фиг. 1.
Дисковая пила для продольной распиловки древесины диаметром 710 мм содержит пильный диск 1 толщиной S=4,5±0,1 мм, выполненный в виде девяти секторов 2, с групповым расположением зубьев на каждом секторе по два зуба 3, оснащенных твердосплавными пластинками 4, с уширением зуба пилы на одну сторону на величину 0.9±0,05 мм. В целях снижения мощности резания зубья 3 выполнены с косой заточкой 6 по задней грани, при этом соседние зубья имеют разнонаправленную заточку.
Для обеспечения удаления стружки и опилок расстояние L между соседними секторами 2 в открытом пазу 5 выполнено больше шага Н между зубьями в секторе.
Дисковая пила работает следующим образом.
Древесный материал подается на вращающуюся пилу, при этом в процессе резания участвуют только два зуба одного сектора, а косая разнонаправленная заточка на соседних зубьях одного сектора исключает возможность увода сектора в какую-либо сторону. Это обеспечивает неизменность ширины пропила и снижение усилия резания.
Образующиеся опилки беспрепятственно удаляются через впадины между зубьями и пазы между секторами.
Опытные образцы пил успешно прошли испытания.