Рабочий орган колуна

Полезная модель относится к устройствам для расщепления древесины и может быть использована в промышленном оборудовании и ручных инструментах при производстве технологической щепы, дров для котельных и т.п.
Из анализа современного уровня развития техники известно, что во многих случаях целью создания устройств данного класса является снижение потерь от взаимодействия рабочих поверхностей инструмента и обрабатываемого материала. Среди известных аналогов можно выделить две группы рабочих органов колунов: с осевой симметрией, и без нее. При этом симметричные органы преимущественно имеют гладкую поверхность щек, что уже позволяет уменьшить потери на преодоление сил трения.
Рассмотрим несколько известных устройств указанных групп инструментов. Для начала два примера рабочих органов колуна не обладающих осевой симметрией.
Известно лезвие для грубых работ (Патент РФ №2129058, B26B 23/00, опубл. 20.04.1999),
на боковых поверхностях, которого выполнены выемки для уменьшения площади соприкосновения и соответственно трения между лезвием и обрабатываемым материалом.
Однако под воздействием сил направленных перпендикулярно плоскости раскалывания выемки могут заполняться древесиной, поскольку она обладает на порядок меньшей твердостью, в направлении поперек волокон. В результате такого взаимодействия с инструментом возможно увеличение трения и заклинивание лезвия.
Известно лезвие с выступами (Патент РФ №2143336, B26B 23/00, опубл. 27.12.1999), содержащее выступы и выпуклости в виде ребер и гребней, суммарная площадь которых меньше общей площади боковой поверхности.
Недостатком устройства является недостаточная эффективность снижения трения.  Это происходит при заполнении древесиной пазов и уступов между ребрами за счет большей пластичности в направлении поперек волокон. Наличие выемок также препятствует легкому внедрению лезвия в материал.
Теперь рассмотрим несколько устройств обладающих осевой симметрией.
Известен раскалывающий орган механического колуна (Патент РФ №2486052, B27L 7/06, опубл. 27.06.2013), содержащий два прямоугольных клина выполненных симметрично  относительно оси перпендикулярной режущей кромки. Ось симметрии второго порядка проходит через общее  ребро клиньев.
Недостатком органа является затруднение врезания лезвия в древесину до образования опережающей трещины за счет возникающего момента пары сил вращения от встречно направленных прямоугольных клиньев. В результате, направление движения режущей кромки отклоняется от более легкого по направлению волокон. Кроме того, конструкция имеет недостаточную прочность в окрестности оси симметрии.
Прототипом полезной модели является рабочий орган колуна (Патент РФ №161288, B27L 7/06, опубл. 20.04.2016), содержащий клин осевой симметричной формы с боковыми гранями в форме прямоугольных треугольников и с режущей кромкой, образованной пересечением щек клина. При этом, щеки клина выполнены в виде винтовой поверхности в направлении от режущей кромки.
Недостатком данного устройства является паразитный момент вращения, оказывающий отрицательное влияние на процесс врезания. Причиной возникновения вращающего момента вращения является конфигурация органа.
Задачей полезной модели является создание высокопроизводительного и надежного инструмента для раскалывания древесины с малыми потерями на трение.
Технический результат полезной модели состоит в снижении усилия врезания рабочего органа колуна и повышении производительности переработки древесины за счет устранения паразитного момента вращения.
Результат достигается тем, что у рабочего органа колуна, содержащего клин осевой симметричной формы с боковыми гранями и с режущей кромкой, образованной пересечением щек клина, боковые грани выполнены в форме четырехугольника с одним прямым углом, а часть клина в области режущей кромки выполнена в сечении в форме равнобедренного треугольника.
Выполнение части клина в области режущей кромки с сечением в форме равнобедренного треугольника позволяет на начальном этапе врезания, до образования опережающей трещины, исключить возникновение вращающего момента. Этот паразитный эффект отсутствует в связи с тем что точка приложения разнонаправленных раскалывающих усилий лежит на оси симметрии. Таким образом, нет плеча сил относительно оси симметрии.
Сущность полезной модели поясняется чертежами и фото опытного образца, где изображено:
на фиг.1-вид сбоку рабочего органа колуна;
на фиг.2-вид А рабочего органа колуна на фиг.1;
на фиг.3-вид Б рабочего органа колуна на фиг.1;
на фиг.4-фото общего вида топора-колуна созданного на основе полезной модели;
на фиг.5-фото топора-колуна фиг.4 со стороны режущей кромки;
Рабочий орган колуна выполнен симметрично относительно оси 1 с боковыми гранями  2 и с режущей кромкой 3 образованной пересечением щек 4 клина. Боковые грани 2 имеют форму четырехугольника с одним прямым углом, при этом в области острого угла (режущей кромки 3) выполнены в сечении в форме равнобедренного треугольника 5.
Изготовление предлагаемого инструмента возможно резанием, ковкой или литьем.
Проведенные испытания опытного образца топора-колуна с массой головки 2,5 кг (фиг.4, фиг.5) подтвердили успешное решение поставленной задачи.
Легкое врезание рабочего органа колуна по направлению волокон до образования опережающей трещины с последующим ее расширением щеками уменьшенной площади повышает производительность переработки древесины. Конструкция устройства учитывает меняющиеся в процессе цикла раскалывания требования к инструменту. Эффективное врезание до образования опережающей трещины и малые потери на трение на завершающем этапе.
Применение полезной модели увеличивает срок службы инструмента и снижает необходимые затраты энергии.