Нож для силового резания древесины

 

Изобретение относится к устройствам для силового резания древесины и может быть использовано в лесной промышленности Целью изобретения является уменьшение усилий резания древесины Нож для силового резания содержит разнесенные относительно его продольной плоскости симметрии симметрично отна относительно дру

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1629182 A 1

151)5 В 27 В 33 12, А О1 G 23 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (54) НОЖ ДЛЯ СИЛОВОГО РЕЗАНИЯ

ДРЕВЕСИНЫ

Dvd A

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4626304/15 (22) 01.12.88 (46) 23.02.91. Бюл. № 7 (71) Центральный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт механизации и энергетики лесной промышленности (72) В. 3. Матюшкин и Р. Люманов (53) 621.93(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 114444441) 4455, кл. В 27 В 33/12. (57) Изобретение относится к устройствам для силового резания древесины и может быть использовано R лесной промып ленности. Целью изобретения является уменьшение усилий резания древесины. Нож для силового резания содержит разнесенные относительно его продольной плоскос-.и симметрии симметрично одна относительно дру1629182

10 гой и неподвижно соединенные пластины 1 и 2. При этом режущие зубья первой пластины расположены противоположно зубьям второй пластины, а между обеими пластинами с соблюдением промежутков для отвода стружки установлены скалывающие зубья

13, передняя грань каждого из которых обращена в сторону, противоположную режугцим зубьям, и ее боковая скалывающая кромка, лежащая на внутренней плоскости второй пластины, наклонена под острым углом к радиусу вращения вершины этого зуба.

Плоскость, проходящая через линии пересечения передней грани каждого скалывающего зуба 13 с внутренними плоскостями

Изобретение относится к устройствам для силового резания древесины и может быть использовано в лесной промышленности.

Цель изобретения — уменьшение усилий резания древесины.

На фиг. схематично изображен нож со стороны вала в исходном положении, общий вид, и расположение перерезаемого ствола древесины; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1; на фиг. 3 — вид А на фиг. 2; на фиг. 4 — участок одной пластины, аксонометрическая проекция с вырывом; на фиг. 5 — разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 6— схема образования и движения стружки.

Нож для силового резания древесины состоит из пластин 1 и 2, установленных на валу 3 при помощи муфты 4. На периферийной части пластин 1 и 2 расположены режущие зубья 5, вершины которых расположены на спиральной линии 6 относительно оси вращения вала 3. Вал 3 совместно с пластинами 1 и 2 при помощи известного привода (гидравлического, механического, электрического) может поворачиваться (или вращаться) относительно оси вращения вала 3, в результате чего происходит перерезание ствола 7 дерева. На пластинах 1 и 2 для прохода стружки выполнены окна 8, которые могут быть расположены, например, в шахматном порядке.

Разница между радиусами R и Иг, проведенными из центра вращения Oi через вершины двух смежных режущих зубьев, например, М1 и Мг, является подачей на режущий зуб U, (т. е. R> — R =U,), величина которой сохраняется постоянной для ножа.

Это означает, что при повороте ножа на определенный угол относительно геометрической оси вала каждый режущий зуб углубляется в древесину на одинаковую величину. При повороте ножа в направлении подачи вершины режущих зубьев Мь Мг, ..., М; описывают

55 первой 1 и второй 2 пластины, наклонена в сторону задней части ножа и пересекает пластины под углом 10...45, а расстояние между внутренними плоскостями пластин 1 и 2 определяется из следующей зависимости:

Ь )U,+2U, где U, — разность радиусов вращения вершин двух смежных скалывающих зубьев; U — величина упругого восстановления скалывающих волокон древесины. Передняя грань может быть выполнена вогнутой. Нож надвигается на ствол дерева в процессе поворота, т. к. режущие зубья расположены по спиральной линии.

При дальнейшем повороте ножа в работу включаются скалывающие зубья. 6 ил. окружности радиуса Ri, R, ..., R;, причем разница смежных радиусов Яг — Я|=Язв — R =R; i — R;= U,. Пересечение этих окружностей с линией 6 образования вершин зубьев 5 является местом расположения вершин режущих зубьев Мь Мг, ..., М;. При условии, когда принимается величина подачи на зуб U„ постоянной, а линия образования вершин зубьев представляет собой спираль Архимеда, то шаг между вершинами зубьев 1з не будет постоянным, а увеличивается по мере удаления от оси вращения ножа. Принципиально вершины режущих зубьев Мь Мг, ..., М; можно расположить на одинаковом расстоянии друг от друга при U„=const или можно принимать величину V, непостоянной, в этом случае величина шага 4 постоянна. Каждый режущий зуб 5, расположенный на периферийной части ножа, имеет переднюю режущую кромку 9, переднюю режущую грань 10, заднюю кромку 11 и заднюю грань 12. При пересечении кромок 9 и 11 образуется вершина М; зуба 5, например, Мь Для ножа рекомендуется заточку зубьев 5 производить с внутренней стороны соответственно пластин 1 и 2. Режущие зубья 5 своими режущими кромками 9 перерезают волокна древесины.

Угол 1 наклона передней режущей кромки 9 и угол наклона а задней кромки 11 каждого режущего зуба 5 по отношению к перпендикуляру, опущенному из вершины зуба на ось вращения ножа, могут быть выбраны на основе существующих рекомендаций, касающихся значений таких углов для поперечных и цепных пил. Так углы а и у могут быть приняты в пределах 10 — 45, причем сумма углов =а+у, называемая углом заострения зуба, принимается по условиям прочности зуба 5. Между пластинами 1 и 2 расположены скалывающие зубья 13, которые прикреплены неподвижно к пластинам 1 и 2 при помощи известных механических

1629182 соединений, например, заклепок 14. Скалывающие зубья 13 имеют переднюю грань 15 с передней 16 и боковой 17 скалывающими кромками, заднюю грань 18, две боковые грани 19 и 20, лежащие на внутренних поверхностях 21 и 22 соответственно пластин и 2. Пересечение передней 15, задней 18 и боковой 20 граней образует вершину N; скалывающего зуба 13. Вершины N; скалывающих зубьев расположены по линии 23, параллельной линии 6 образования вершин М; режущих зубьев, причем разница между радиусами-векторами R и Rq, соединяющими ось вращения ножа соответственно с вершинами М режущего зуба 5 и последующего за ним вершиной N2 скалывающего зуба 13, принимается равной или больше величины упругого восстановления волокон U древесины, наблюдающегося после прохождения режущих зубьев 5, где 14 — Я )У р.

Боковая скалывающая кромка 17 скалывающего зуба 13 наклонена в сторону, противоположную направлению подачи под острым углом к радиусу N;Oi вращения вершины

N; относительно оси вала О .

Плоскость, проходящая через линию пересечения передней грани 15 с внутренними поверхностями 21 и 22 пластин 1 и 2, наклонена в сторону задней части ножа и пересекает пластины 1 и 2 под углом б.

Величины углов и 6 выбираются из соображений обеспечения минимального механического момента, необходимого на поворот ножа, а также обеспечения поворота, образующихся при резании элементов стружки на 90 после взаимодействия их с гранями 15 скалывающих зубьев 13 за относительно короткое время. Указанный поворот элементов стружки при обеспечении толщин этих эле/ / ментов, равных R;+ — R; с учетом упругого восстановления U è равных или меньших по величине расстоянию b между внутренними поверхностями 21 и 22, гарантирует значительное снижение усилия проталкивания стружки между пластинами 1 и 2. Расстояние Ь между внутренними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2 берется значительно больше, чем толщина элементов стружки с учетом ее увеличения после упругого восстановления.

Рассмотрим зависимость между усилиями, возникающими в продольной плоскости ножа, параллельной пластинам, при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней гранью !5 скалывающего зуба 13.

Усилие Р rp, действующее на грань 15 скалывающего зуба 13, раскладывается на составляющие, одна из которых действует в направлении подачи ножа P„, т. е. параллельной продольной плоскости симметрии ножа, изображенной следом ее OiOz, другое

A действует в направлении, перпендикулярном линии OiO . Исходя из указанного, значение Р/ можно определить через усилия

Р„и Ру.Р/р=Рн1ятб; Ргр=Р )сорб. При значении угла 6=90 усилие Р/р равно усилию надвигания Рн, при значении угла 6=45 составляющие усилия Р и Рг равны между

5 собой, так как Рiр . sin45 =Ргр cos45 .

Исходя из этого, верхний предел угла 6 следует принимать 45 . В этом случае хсилия отрыва стружки и усилие надвигания ножа оказывают одинаковое влияние на движение стружки. По мере снижения угла б величина составляющей Р// уменьшается, а величина боковой составляющей РД увеличивается (эффект клина) . Эффект отрыва струж ки увеличивается с уменьшением угла 6, однако опыт показывает, что при углах 6 до 10 до15 стигается минимальное уменьшение усилия

Рн и дальнейшее уменьшение этого угла не оказывает заметного снижения величины усилия Р /. Таким образом, величина нижнего предела угла б может быть принята равной 10 .

По аналогии может быть обоснован оптимальный диапазон выбора угла с при рассмотрении зависимости между составляющими усилиями Р// и Р при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней

25 гранью 15 скалывающего зуба 13 в продольной плоскости ножа.

Уменьшение величин углов и б меньше

l0 приводит к уве. ичению габаритов ножа в целом за счет удлинения скалывающих зубьев, кроме того, такое уменьшение указанных углов приводит к увеличению времени поворота волокон древесины.

Величины углов и б целесообразно выбирать в диапазоне 10 — 45 .

Из теории резания древесины известно, что волокно древесины после прохождения резца упруго восста на вл и вается. Поэтому расстояние b между внугрснними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2 должно быть равным или большим толщины элемента стружки с учетом его упругого восстановле4О ния после прохода скалывающего зуба 13, т. е.

b ) U,+2U„, где U, — разность радиусов врагцения вершин N; двух смежных скалывающих зубьев (например, К вЂ );

45 U, — величина упругого восстановления скалываемых волокон древесины после прохождения скалывающих зубьев 13.

Если из центра вращения Oi провести окружность радиусом Р, равным расстоянию от центра О до вершины М режущего зуба 5, и радиусом Rq, равным расстоянию от вершины N последующего за этим режущим зубом 5 скалывающего зуба 13 до центра вращения Oi, то разность этих радиусов

R — Ri должна быть равна или больше величины упругого восстановления волокон древесины после прохождения режущего зуба 5, т. е. R2 1х2) Уу р где У, р — упругое вос1629182 становление волокон древесины после прохождения режущего зуба 5.

Таким образом, сначала обеспечивается перерезывание волокон древесины режушими зубьями 5, затем скалывание древесины скалывающими зубьями 13, в противном случае значительно увеличиваются усилия резания.

Частота расположения скалывающих зубьев 13 зависит от величины подачи U, и условия свободного пропуска стружки между скалывающими зубьями. Для плавного схода стружки с передней грани 15 скалывающего зуба 13 последняя может быть выполнена вогнутой поверхностью.

Нож силового резания древесины работает следуюшим образом.

Нож надвигается на ствол 7 дерева поворотом вокруг своей оси 010 . Так как режушие зубья расположены по спиральной линии, то при повороте ножа со стволом 7 дерева встречаются в первую очередь ближайшие к оси поворота режущие зубья 5, которые перерезают волокна в двух местах на расстоянии, равном расстоянию Mi М; между вершинами зубьев, измеренному в направлении, перпендикулярном продольной плоскости симметрии ножа. На фиг. 6 схематично показаны траектории прохода зубьев 5 пластин 1 и 2 (пластины не показаны). Таким образом, зубья 5 пластин 1 и 2 формируют неотделенный ломоть 24 древесины.

При дальнейшем повороте ножа на ломоть 24 надвигается скалываюший зуб 13, который своей вершиной N внедряется сбоку в ломоть 24 и начинает его отрывать от основного ствола 7 дерева. Расщепление ломтя начинается с одного из боков в зависимости от направления наклона б передней грани 15 к внутренним плоскостям 21 и 22 пластин 1 и 2. Так как передняя грань 15 скалывающего зуба 13 одновременно наклонена под углом E к радиус-вектору К, проведенному из вершины скалывающего зуба

N; на ось вращения ножа Oi и к продольной плоскости симметрии ножа под углом б, то отрезанные элементы стружки принудительно поворачиваются на 90 в такое положение при котором волокна древесины располагаются параллельно продольной плоскости симметрии ножа, вдоль одной из внутренних плоскостей пластин 1 и 2. Направление движения волокон древесины (стружки) обозначено позицией 25. Один из режущих зубьев 5, например, зуб 26 произведет торцевое резание на участке 27. Противолежащий

5 зуб 28 аналогичным образом перережет волокна на участке 29. Отколотые частицы (стружки) 30 передней гранью 15 строгающего зуба 13 проталкиваются от периферийной части ножа к его центральной части, а затем через окна 8 наружу.

Наименьшее расстояние между пластинами 1 и 2 принято такой величины, чтобы не было заклинивания стружки в пространстве между этими пластинами. Это условие соблюдается, если толщина стружки 30 с

15 учетом ее упругого восстановления меньше, чем расстояние b между внутренними плоскостями 21 и 22 пластин 1 и 2.

Если стружку. толшинои U,=R — R2 повернуть скалывающим зубом на 90, то своей толщиной она заполняет пространство между пластинами 1 и 2. В действительности толщина стружки больше на величину упругого восстановления плоскостей скалывания стружки кромками 16 двух смежных ска25 лываюших зубьев 13, т. е. на величину 2U„.

Таким образом, расстояние Ь между пластинами 1 и 2 принимается равным или большим чем величина U,+2U Соблюдение этого условия позволяет стружке 30, направленной своими волокнами вдоль пластин 1 и 2, свободно проходить между ними в направлении, показанном стрелкой 25.

При дальнейшем повороте ножа под действием напора последующих откалываемых частиц предшествующие элементы стружки выталкиваются в окна 8.

Формула изобретения

Нож для силового резания древесины, содержащий режущую пластину и соединен4р ный с ней скалывающий зуб, отличающийся тем, что, с целью уменьшения усилий резания нож оборудован дополнительной режушей пластиной, параллельной первой, зубья обеих пластин расположены зеркально друг другу, а между режущими пластинами вы45 полнены дополнительные скалывающие зубья, при этом передняя грань скалываюших зубьев расположена к режущим пластинам под углом 10 — 45 .

1629182

1629182

11 12 5 2

5-6 (поВерндто)

1629182

Сост а в и тел ь Н. Сереги н

Редактор О. Головач Техред А. Кравчук Корректор И. Эрдейи

Заказ 403 Тираж 334 Поди и сное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О!