ЦЕПНАЯ ПИЛА С ПОВОРОТНЫМ ШИНОДЕРЖАТЕЛЕМ
CHAIN SAW WITH ROTARY BUS HOLDER

Группа изобретений относится к цепным пилам и может быть использована в лесной промышленности и деревообрабатывающей, в частности, при обработке и подготовке фанерного сырья для лущения шпона.
Известна цепная пила, включающая корпус, поворотный относительно вала шинодержатель с направляющей, установленную с возможностью перемещения вдоль направляющей шину, пильную цепь и гидросистему, содержащую гидромотор привода пильной цепи, гидроцилиндр поворота шинодержателя и натяжное устройство в виде гидроцилиндра. Присутствующий зазор между конструктивными элементами пилы допускает перемещение шины перпендикулярно ее плоскости. Подобные перемещения нежелательны, т.к. могут вызывать заклинивание и поломку пилы при работе. См. описание к авторскому свидетельству №745440, опубликовано 07.07.80, бюллетень №25. Кроме того, использование гидромотора предполагает наличие сложной, дорогостоящей и объемной гидросистемы, которая должна создавать гидравлический поток рабочей жидкости, в основном масла, 180-220 л/мин.
Известна, принятая за прототип, цепная пила, включающая корпус, поворотный относительно вала шинодержатель с направляющей, установленную с возможностью перемещения вдоль направляющей шину, пильную цепь и гидросистему, содержащую гидромотор привода пильной цепи, гидроцилиндр поворота шинодержателя и натяжное устройство в виде гидроцилиндра. При этом пила снабжена блокирующим элементом, который с зазором установлен на шинодержателе с внешней по отношению к плоскости шины стороны и имеет расположенный параллельно валу дополнительный гидроцилиндр, который вместе с гидроцилиндром натяжного устройства выполнен в блокирующем элементе, а их штоки взаимодействуют с шинодержателем. При этом усилие, создаваемое дополнительным гидроцилиндром, меньше усилия, создаваемого гидроцилиндром натяжного устройства. См. описание к патенту RU №2098945, опубликовано 20.12.1997. У данной пилы зазор между конструктивными элементами пилы не допускает перемещение шины перпендикулярно ее плоскости, что снижает риск заклинивания и поломки пилы при работе. Однако при этом в критической ситуации, когда происходит заклинивание цепи во время распила, данная цепная пила хотя и обеспечивает снятие возникающей критической нагрузки на работающий двигатель за счет использования гидропривода с гидросистемой, но в целом является сложной, дорогостоящей и объемной, как и у аналога. Дополнительные конструктивные элементы, обеспечивающие преимущества прототипа, сопровождаются большим количеством дополнительных узлов и деталей, что усложняет конструкцию цепной пилы прототипа в целом. Используемый гидропривод вращает вал со скоростью от восьми до одиннадцати оборотов в минуту и работает от трех до пяти тысяч часов, что недостаточно для многосменной работы деревообрабатывающих производств.
Известен поворотный шинодержатель, выполненный в виде двух сопряженных цилиндров, один из которых выполнен со штоком-рейкой и установлен неподвижно при помощи фланцевого соединения с неподвижным фланцем корпуса двигателя, а второй цилиндр, поворачивающийся вокруг оси вращения выходного вала двигателя, установлен с шестерней внутри первого цилиндра при помощи двух разнесенных подшипников. На второй цилиндр, поворачивающийся вокруг оси вращения выходного вала двигателя, установлен балансир с пильной шиной и механизмом натяжения. На конце выступающего вала двигателя установлена ведущая звездочка с пильной цепью. См. описание к авторскому свидетельству №455848, опубликовано 05.01.75, бюллетень №1, в котором поворотный шинодержатель называется механизмом надвигания. При этом в данном описании предполагается возможность навешивать механизм надвигания на двигатель внутреннего сгорания, гидродвигатель и электродвигатель. Однако на практике нашли применение цепные пилы с гидромотором потому, что они обеспечивают мягкую остановку вращения пильной цепи в критической ситуации. Но использование гидромотора в современных цепных пилах предполагает наличие сложной, дорогостоящей и объемной гидросистемы, которая должна создавать гидравлический поток рабочей жидкости, в основном масла, 180-220 л/мин. Надо отметить, что применение для поворота системы штока с рейкой и шестеренки требует не только специального оборудования для их изготовления, но и соблюдения монтажных зазоров, обеспечивающих надежность совместной работы. Все это негативно сказывается на конечной цене изделия.
Известен поворотный шинодержатель, который состоит из поворотного рычага, выполняющего вместе с регулировочным элементом роль шинодержателя, гидроцилиндра, наконечник штока которого шарнирно соединен с вилкообразным выступом поворотного рычага. При этом поворотное кольцо поворотного рычага расположено на поверхности подшипника, установленного на вращающемся валу двигателя между упорных шайб. Крепится поворотный рычаг при помощи винтов и кольцевой пластины. См. патент SU №6032373 от 07.03.2000, фиг.1. По сравнению с аналогом данное техническое решение не требует специального оборудования для изготовления, но при этом его реализация не приводит к желаемым результатам. Все это негативно сказывается на конечной цене изделия.
Известен, принятый за прототип, поворотный шинодержатель, который состоит из поворотного рычага с цилиндрическим выступом на кольцевой части в виде пальца для установки гидроцилиндра, к которому крепится шинодержатель. Поворотный фланец с шинодержателем крепится к неподвижному фланцевому корпусу через подшипник с установочными кольцами. Шина крепится к шинодержателю и к поворотному фланцу при помощи монтажной пластины. При этом шинодержатель с поворотным фланцем образуют в сборе поворотный узел. См. патент SU №6345447 от 12.02.2002, фиг.1. По сравнению с аналогом поворотный узел имеет более жесткую и надежную конструкцию. Однако его реализация не приводит к желаемым результатам, т.к. для работы гидроцилиндра используется гидросистема гидромотора. Все это негативно сказывается на конечной цене изделия.
Задачей группы изобретений является исключение возможности передачи критической нагрузки на работающий двигатель и остановки вращения пильной цепи при таких нагрузках, а также исключить использование гидропривода с гидросистемой и повысить ресурс работы привода, улучшить условия пиления.
Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности работы цепной пилы и упрощении ее конструкции с одновременным снижением себестоимости и снижении затрат при эксплуатации.
Это достигается тем, что цепная пила, включающая поворотный шинодержатель с направляющей, установленную с возможностью перемещения вдоль направляющей шину, пильную цепь и привод, имеет пильный вал с выступом по внешнему диаметру, отделенный от выступающего вала привода муфтой, которые расположены на одной оси вращения вместе с осью вращения ведущей звездочки пильной цепи, расположенной на конце пильного вала, при этом муфта расположена внутри закрытого объема обечайки между ведущей звездочкой, установленной на выступающем конце вала привода, и неподвижным корпусом, установленным фланцевым соединением с обечайкой, при этом неподвижный корпус вместе с поворотным шинодержателем расположен на внешнем диаметре подшипника и прижат к его торцу наружным кольцом подшипника выступом пильного вала, на внешнем диаметре которого он расположен внутренним диаметром, при этом в качестве привода используется электродвигатель, а поворотный шинодержатель установлен под углом к вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения пильного вала.
Это достигается тем, что поворотный шинодержатель, состоящий из установленного на неподвижном корпусе с подшипником поворотного рычага с выступом на кольцевой части в виде цилиндрического пальца для установки гидроцилиндра и шинодержателя, имеет неподвижный корпус, состоящий из фланцевой и цилиндрической части, установлен на подшипнике, который прижат к торцу неподвижного корпуса цепи выступом пильного вала, на внешнем диаметре которого он расположен внутренним диаметром, а на цилиндрической части неподвижного корпуса, расположенного с зазором над наружной поверхностью пильного вала, установлен подшипник с цилиндрической опорой по его внешнему диаметру, при этом цилиндрическая опора соединена разъемным соединением с прижатыми с двух сторон по торцу наружного кольца подшипника и между собой установочным кольцом и поворотным рычагом, который имеет удлиненное плечо, на конце которого расположен шинодержатель, при этом они имеют сопрягаемые поверхности, позволяющие перемещение относительно друг друга только вдоль центральной линии шины.
На фиг.1 - представлен общий вид цепной пилы с поворотным шинодержателем.
На фиг.2 - вид слева со стороны установки поворотного шинодержателя.
На фиг.3 - сечение А-А.
Цепная пила включает электродвигатель 1 с ведущей звездочкой 2, установленной на выступающем конце вала 3 ее вращения, которая находится в зацеплении с муфтой 4 вращения пильного вала 5, установленного в подшипнике 6, размещенного в неподвижном корпусе 7 в виде фланца. Неподвижный корпус 7 соединен фланцевым соединением 8 с обечайкой 9, имеющей сверху отверстие 10 в патрубке 11. Второй конец обечайки 9 фланцевым соединением 12 соединен с корпусом электродвигателя 1.
Пильный вал 5 на диаметре под внутреннее отверстие подшипника 6 имеет выступ 13, которым прижимает подшипник 6 к неподвижному корпусу 7 с выходом части поверхности наружного диаметра 14 подшипника 6 из торцевой части 15 неподвижного корпуса 7. На эту часть поверхности наружного диаметра 14 подшипника 6 устанавливается неподвижный корпус 16 поворотного рычага 17 с направляющим пазом 18 на конце для установки шинодержателя 19. На выступающий конец пильного вала 5 из поворотного рычага 17 установлена ведущая звездочка 20 пильной цепи 21 с прижимной втулкой 22.
Поворотный шинодержатель состоит из поворотного рычага 17 (см. фиг.2) с шинодержателем 19, гидроцилиндра 23, наконечник 24 штока 25 которого шарнирно соединен с выступом 26 поворотного рычага 17. При этом кольцевая часть 27 поворотного рычага 17 расположена со стороны подшипника 28, а поверхность внутреннего диаметра подшипника 28 (см. фиг.1) расположена на цилиндрической части 29 наружного малого диаметра неподвижного корпуса 16.
Основные детали цепной пилы и поворотного шинодержателя изготавливаются из стали разнообразных марок с использованием готовых серийных основных узлов и механизмов. Так, в качестве привода 1 можно использовать электродвигатель 5АМХ160М2 1М2081 с частотной регулировкой, в качестве муфты 4 используется сцепление типа ИЖ планета 5, а в качестве подшипника для установки муфты на пильном валу 5 - подшипник 105 ГОСТ 82338-75 (на фиг.1 отдельной позицией не обозначен).
Для поворотного шинодержателя в качестве гидроцилиндра 23 можно использовать гидроцилиндр типа ГТЦ 16-1-2-2-50-32.000-32.100.
Патрубок 9 изготавливается из отрезка трубы, к которой с двух сторон привариваются кольцевые фланцы. Сверху вырезается прямоугольное отверстие, в которое вставляется прямоугольный патрубок 11 с фланцем наверху для установки крышки. Снизу патрубка 9 формируется основание, конструкция и размеры которого зависят от конструкции и размеров места установки. Со стороны двигателя патрубок 9 в сборе фланцевым соединением 12 герметично крепится к электродвигателю 1. При этом кольцевой фланец, к которому крепится неподвижный корпус 7, имеет внутренний диаметр привариваемого кольца, превышающий внешний диаметр ведущей звездочки 2 и муфты 4, и через отверстие этого фланца на выступающий конец вала 3 электродвигателя 1 устанавливается ведущая звездочка 2 со шпонкой.
Далее цепная пила с поворотным шинодержателем собирается и работает следующим образом. На отдельном монтажном столе на пильный вал 5 со стороны установки муфты 4 до выступа 13 насаживается подшипник 6. Затем с этой же стороны на наружный диаметр 14 подшипника 6 надвигается неподвижный корпус 7 до выступа на внутреннем его диаметре. Таким образом, на наружном диаметре 14 подшипника 6 в сборе с неподвижным корпусом 7 образуется выступ для установки поворотного шинодержателя. При этом остается свободной часть наружного диаметра вала расточенного под подшипник 6, размер которой определяется расточкой пильного вала 5 меньшего диаметра под установку муфты 4 в сборе с подшипником, расположенным в корпусе внутреннего барабана муфты 4. Хвостовая часть пильного вала 5 соответствует посадочным размерам муфты 4. Затем пильный вал 5 в сборе с подшипником 6, неподвижным корпусом 7 и муфтой 4 через свободное отверстие обечайки 9 вставляется в нее и устанавливается таким образом, чтобы продольная ось пильного вала 5 совпадала с продольной осью выступающего конца вала 3 электродвигателя 1, и неподвижный корпус 7 крепится к обечайке 9 фланцевым соединением 8. При этом звездочка наружного барабана муфты 4 сближается с ведущей звездочкой 2 и на эти звездочки устанавливается одна двойная цепь типа ПВ-9,525-13,0, которая соответствует ГОСТу 13568-97.
На свободную часть наружного диаметра 14 подшипника 6 устанавливается неподвижный корпус 16 и соединяется болтовым или другим разборным соединением с неподвижным корпусом 7. Неподвижный корпус 16 имеет фланцевую и цилиндрическую части. Со стороны цилиндрической части фланцевая часть по внешнему диаметру имеет проточку под установочное кольцо 30 для фиксации цилиндрической опоры 31 и поворотного рычага 17 от продольного смещения. Внутренний диаметр неподвижного корпуса 16 со стороны фланцевой части имеет проточку под выступ 13 пильного вала 5 и имеет такие размеры, чтобы обеспечить гарантированный зазор между пильным валом 5 и внутренним диаметром неподвижного корпуса 16. После установки неподвижного корпуса 16 на проточку под установочное кольцо 30 навешивают установочное кольцо 30 и на наружный диаметр цилиндрической части неподвижного корпуса 16 устанавливают подшипник 28, фиксируя его от продольного смещения пружинной шайбой, установленной по наружному диаметру неподвижного корпуса 16. Затем на наружный диаметр подшипника 28 устанавливается цилиндрическая опора 31, а к торцевой части цилиндрической опоры 31 крепится поворотный рычаг 17. Цилиндрическая опора 31 представляет собой полый толстостенный цилиндр, высота которого равна ширине подшипника 28 со сквозными отверстиями в стенке цилиндра, расположенными по средней окружности стенки. Аналогичные отверстия расположены на кольцевой части 27 поворотного рычага 17 и на установочном кольце 30. В нашем случае таких отверстий было сделано по пять на каждой упомянутой детали. Поэтому для стыковки цилиндрической опоры 31, поворотного рычага 17 и установочного кольца 30 в одно из пяти отверстий поворотного рычага 17 вставляется болт, который затем продвигают насквозь через одно из отверстий цилиндрической опоры 31, а затем через одно из отверстий установочного кольца 30, и на выступающий конец болта наживляют гайку со стопорящимся элементом. При этом эти отверстия, в которые вставлен болт, имеют одну общую совпадающую ось. Затем аналогичным образом вставляется второй болт, и на выступающий конец болта наживляют вторую гайку. При этом все отверстия, в которые вставлены или будут вставляться болты, имеют одну общую совпадающую ось, в которые и вставляются следующие три болта и наживляются с последующей предварительной затяжкой всех пяти болтов. Теперь если вращать поворотный рычаг 17 в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси вращения пильного вала 5, то он будет вращаться на подшипнике 28 вокруг этой оси, а сам пильный вал 5 будет оставаться неподвижным. Убедившись, что поворотный рычаг 17 свободно вращается и его вращению ничто не мешает, окончательно затягивают все пять болтов по определенной схеме.
Поворотный рычаг 17 - это двуплечий рычаг, между плечами которого расположено поворотное кольцо 27, который, по сути, является балансиром. Он поворачивается на подшипнике 28 на угол, равный 72°, вокруг оси вращения этого подшипника, ось вращения которого совпадает с осью вращения пильного вала 5. На конец малого первого плеча устанавливается гидроцилиндр 23.
На конец второго плеча, более длинного, с направляющим пазом 18 устанавливается шинодержатель 19 с шиной 32. Шинодержатель 19 с одной стороны имеет сопрягаемые поверхности с направляющим пазом 18 и поверхностью законцовки второго плеча, а с другой, противоположной стороны, паз для установки шины 32. Шина 32 расположена в плоскости реза и соединена с соответствующей плоскостью шинодержателя 19 двумя болтами, расположенными вдоль центральной линии. Сопрягаемые поверхности второго плеча поворотного рычага 17 и шинодержателя 19 выполнены таким образом, чтобы при их сопряжении перемещение шинодержателя 19 осуществлялось только вдоль центральной линии шины, проходящей между осями ведущей звездочки 20 и ведомой звездочки шины. В глухом отверстии поворотного рычага 17 устанавливается пружина 33 (см. фиг.3) в капсуле (на фиг. отдельной позицией не обозначен), выступающий конец которой упирается в глухое отверстие шинодержателя 19. Эти два глухих отверстия расположены на одной продольной оси, параллельной центральной линии шины.
На проточку выступающего конца пильного вала 5 с глухим резьбовым отверстием устанавливается ведущая звездочка 20 с прижимной втулкой 22 разъемным соединением. Между торцом проточки выступающего конца и торцом ведущей звездочки 20 устанавливаются регулирующие прокладки в виде шайб для установки ведущей звездочки 20 и ведомой звездочки шины с шиной 32 в одной плоскости реза, перпендикулярной оси вращения пильного вала 5. Затем, нажимая на шину 32 в сборе с шинодержателем 19, перемещают их в плоскости реза вдоль центральной линии шины в сторону пильного вала 5 и устанавливают цепь 21 на ведущую звездочку 20 и ведомую звездочку шины. После чего отпускают шину 32 в сборе с шинодержателем 19 и она, перемещаясь в противоположную сторону под действием пружины 33, натягивает цепь 21, осуществляя предварительную натяжку. Потом производится окончательная натяжка цепи 21, создаваемая дополнительным воздействием на перемещение шинодержателя 19 в сторону от пильного вала 5 до рабочего натяга цепи 21. Затем закрепляют это положение двумя болтами, расположенными по разные стороны центральной линии, соединяющими между собой сопрягаемые поверхности шинодержателя 19 и поворотного рычага 17, фиксируя это положение от смещения. Гидроцилиндр 23 устанавливается так, чтобы его шток 25 находился на вертикальной линии, и соединяют наконечник 24 шарнирным соединением через выступающий из отверстия в выступе 26 цилиндрический палец (на фиг. отдельной позицией не обозначен). При этом цилиндрический палец является осью шарнирного соединения и выступает из отверстия в выступе 26 в сторону неподвижного корпуса 7. Второй конец гидроцилиндра 23 шарнирным соединением установлен на опоре, которая неразъемным соединением соединена с обечайкой 9. Необходимо отметить, что второй конец гидроцилиндра 23 может быть установлен и на неподвижном элементе находящейся рядом конструкции, например, установки поперечного раскроя ствола.
Сборка завершается заливкой трансмиссионного масла в полость патрубка 11 через отверстие 10, поверхность которого на одну треть покрывает муфту. Сверху патрубок закрывается крышкой (на фиг. не показана).
Цепная пила с поворотным шинодержателем готовы к работе. Работа будет раскрыта на примере использования группы изобретений при поперечном раскрое ствола на линии подготовки фанерного сырья. В этом случае пила с поворотным шинодержателем устанавливается на кронштейне таким образом, чтобы плоскость реза пилы была перпендикулярна движению ствола и находилась эта плоскость в пространстве между подающим и принимающим конвейерами. При остановке ствола для отрезки торцевой части или отрезки чурака от ствола движение ствола останавливается и ствол фиксируется захватным механизмом установки поперечного раскроя. При этом центральная линия шины 32 находится в плоскости реза. Включается электродвигатель 1 и ведущая звездочка 2 начинает вращаться вместе с выступающим концом вала 3, которая при помощи двойной цепи вращает звездочку наружного барабана муфты 4. Муфта 4 передает вращение пильному валу 5, который вращает ведущую звездочку 20. Цепь 21 начинает вращение и готова делать намеченный пропил. Для этого надвигают шину 32 на ствол с помощью поворотного шинодержателя, подавая давление в гидроцилиндр 23 снизу. Шток 25 поднимается кверху, увлекая за собой цилиндрический палец, установленный в выступе 26. Поворотный рычаг 17 вместе с шиной поворачивается на подшипнике 28 и при соприкосновении средней части шины с вращающейся цепью 21 начинается процесс пиления, который заканчивается при горизонтальном расположении центральной линии шины 32. В это время нижний край шины находится внизу ствола и процесс отпиливания заканчивается. Давление в гидроцилиндре перепускается на его верхнюю часть и шток 25 гидроцилиндра 23 опускается, выводя шину из плоскости реза, и устанавливает ее в исходное положение. В исходном положении производится впрыск масла на ведомую звездочку шины от внешнего источника. Ствол перемешается и останавливается в плоскости следующего реза и процесс повторяется. В процессе пиления оператор может перепускать давление в гидроцилиндре 23 несколько раз, поднимая и опуская работающую пилу, поддерживая определенную ширину пропила, препятствуя заклиниванию пилы и ее остановке вследствие превышения допустимых нагрузок, воздействующих на процесс пиления. Но в случае возникновения таких нагрузок и остановки процесса пиления в результате заклинивания внутренний барабан муфты 4 выходит из зацепления с наружным барабаном муфты 4 и вращение пильного вала 5 электродвигателем 1 прекращается, тем самым, избегая разрыва цепи 21 и деформации шины. На непредвиденный случай разрыва цепи 21 предусмотрена втулка 22, которая имеет форму и размеры, позволяющие использовать ее в качестве цепеуловителя. Горизонтальный выступ с накладкой на конце, установленный сверху опоры верхнего второго конца гидроцилиндра 23, служит тем же целям.
При наклонном расположении центральной линии шины уменьшается боковая нагрузка на элементы фиксации ствола и сокращается сектор пиления, в нашем случае, по сравнению с прототипом с девяносто градусов до семидесяти двух градусов, тем самым сокращается время работы пилы на 20% при одном распиле. При этом за счет удаления плоскости реза от оси вращения характер реза имеет более распределенную нагрузку, что положительно влияет на работу пилы.
Таким образом, реализация предложенной группы изобретений позволяет исключить возможность передачи критической нагрузки на работающий двигатель, исключить использование гидропривода с гидросистемой, улучшить условия пиления и повысить надежность и ресурс работы цепной пилы с упрощением ее конструкции и одновременным снижением себестоимости при ее изготовлении и затрат при эксплуатации.