Переносная моторная пила

 

Изобретение - переносная моторная пила - относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил. Переносная моторная пила включает двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с трубчатой частью, прикрепленной к корпусу двигателя через пружины, переднюю и заднюю рукоятки, упор. Передняя рукоятка, расположенная на трубчатой части опорной рамы, содержит три равновеликие составные цилиндрические трубки, толщина которых составляет 0,15-0,20 диаметра трубчатой части опорной рамы. Часть опорной рамы, на которой установлена задняя рукоятка, имеет окна с ребрами жесткости между ними, а задняя рукоятка - форму усеченной трапецеидальной призмы с боковыми ребрами в форме дуг окружностей, толщина которой составляет 0,30-0,35 ширины окон опорной рамы пилы. Рукоятки управления выполнены из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками сферической формы разного диаметра. Это позволит снизить уровень вибрации в 2-3 раза по сравнению с серийно выпускаемыми пилами. 4 ил.

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил.

В предлагаемом изобретении разработана бензиномоторная пила, в которой обеспечивается эффективная виброзащита рук оператора в широком диапазоне частот (30-1000 Гц).

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).

В соответствии с патентно-информационными исследованиями в течение последних лет разработано достаточно большое количество механических демпфирующих устройств, обеспечивающих частичное гашение вибрации на рукоятках управления бензиномоторных пил.

Известна переносная моторная пила (см. например, заявку СССР 2031894 по классу В 27 В 17/00 за 1974 г.), в которой рукоятки управления жестко соединены с обоймами, имеющими с внутренней стороны упругие элементы в виде внешнего и внутреннего кольца, соединенные с перемычками. Вибрация, передаваемая от двигателя и пильного аппарата, гасится при передаче на рукоятки за счет поглощающих свойств эластичного материала упругих элементов, которые закреплены на двигателе. Как отмечают авторы наличие упругих элементов снижает вибрацию, обеспечивает хорошую виброустойчивость и управление пилой в любом положении. Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что эффективная виброизоляция рукояток управления обеспечивается в ограниченном диапазоне частот вибрации. Ограничение диапазона частот по вибрации обусловлено конкретно заданными жесткостными свойствами упругих элементов. Кроме того, сама пила имеет достаточно сложную конструкцию и повышенную массу за счет наличия обойм.

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, которые обеспечивают эффективное гашения вибрации в области высоких частот. Для снижения уровня вибрации в области низкочастотного спектра применяются различные конструкции жестких гасителей.

Крепление опорной рамы с рукоятками управления к двигателю пилы через податливые эластичные элементы существенно ухудшает управляемость пилой, что небезопасно для оператора при его работе.

Известна также переносная моторная пила (см. заявку СССР 3249074 по классу В 27 В 17/00 за 1981 г.), принятая авторами за прототип. Она включает двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с передней и задней рукоятками управления, прикрепленную к корпусу двигателя через три жесткие пружины, частично выполняющих роль амортизаторов на высоких частотах (500-1000 Гц). Достаточно жесткие пружины обеспечивают хорошую управляемость пилой, при этом для снижения вибрации на рукоятках управления упор связан с корпусом двигателя посредством амортизаторов. При пилении упор прижат к древесине и амортизаторы выполняют роль гасителей колебаний.

В настоящее время данная конструкция пилы находится в серийном изготовлении. Это пилы "Тайга - 245" и "Крона - 202", у которых передняя рукоятка изготовлена из жесткого поливинилхлоридного пластиката ГОСТ 19034-82, а задняя рукоятка из резины ТУ 005.1166-87. Как и в выше приведенных конструкциях-аналогах основным недостатком пилы - прототипа является не эффективная виброизоляция рукояток управления во всем диапазоне рабочих частот. Замеряемые на стенде виброскорости рукояток управления на серийных пилах "Тайга-245" и "Крона-202" в октавных полосках рабочих частот: 31,5 Гц; 63 Гц; 125 Гц; 250 Гц превышают на 3-5 Дб допустимых уровней вибраций согласно ГОСТ 17770-72 "Машины ручные. Допустимые уровни вибрации". Ограничение диапазона частот по эффективной вибрации обусловлено заданной жесткостью амортизаторов. Поэтому пилы "Тайга-245" и "Крона-202" имеют уравновешивающий механизм, который в качестве динамического демпфера предназначен для гашения рабочих вибраций. Конструкция уравновешивающего механизма достаточна сложна и имеет массу 1,2 кг при общей массе пилы 6,8 кг (4,4% от общей массы).

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции переносной моторной пилы, в которой обеспечивается двукратная эффективность виброзащиты рук оператора по сравнению с серийно изготовленными пилами "Тайга-245" и "Крона-202" (прототип) в широком диапазоне частот (30-1000 Гц), без использования уравновешивающего механизма и амортизаторов между упором пилы и ее корпусом двигателя.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что передняя рукоятка, расположенная на трубчатой части опорной рамы, содержит три равновеликие составные цилиндрические трубки, толщина которых составляет 0,15-0,20 диаметра трубчатой части опорной рамы, часть опорной рамы, на которой установлена задняя рукоятка, имеет окна с ребрами жесткости между ними, а задняя рукоятка - форму усеченной трапецеидальной призмы с боковыми ребрами в форме дуг окружностей, толщина которой составляет 0,30-0,35 ширины окон опорной рамы пилы, при этом рукоятки управления выполнены из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками сферической формы разного диаметра.

На фиг. 1 изображена переносная моторная пила, общий вид. Она содержит двигатель 1, пильный аппарат 2, опорную раму 3 с трубчатой частью 4, закрепленную к корпусу двигателя 1 через жесткие пружины 5, переднюю рукоятку 6, расположенную на трубчатой части 4 опорной рамы 3, заднюю рукоятку 7 и упор 8.

Передняя рукоятка 6 содержит три равновеликие цилиндрические трубки 9, представленные на фиг.2 - вид по А на фиг.1. Одна из трубок 9 в продольном разрезе показана на фиг.3 - разрез В-В на фиг.2. Задняя рукоятка 7 в продольном разрезе показана на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1. Она установлена на части опорной рамы 3, которая имеет окна 10 с ребрами жесткости 11.

Работа переносной моторной пилы осуществляется следующим образом.

Двигатель 1 с пильным аппаратом 2 генерирует пространственную вибрацию, передающуюся через опорную раму 3 на рукоятки управления 6, 7. Размещение между корпусом двигателя 1 и опорной рамы 3 жестких пружин 5, обеспечивает хорошую управляемость пилой и позволяет исключить прямую передачу вибрационной энергии от двигателя 1 с пильным аппаратом 2 на опорную раму 3, что обеспечивает частичную вибрацию рукояток управления 6, 7.

Основное гашение вибрации в предложенной авторами конструкции осуществляется в самих рукоятках 6, 7 за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупругого материала рукояток и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек при воздействии вибрационной нагрузки. Таким образом в самих рукоятках совмещаются два механизма рассеивания вибрационной энергии. При этом наличие в рукоятках газовых ячеек различных диаметров обеспечивает эффективное виброгашение в широком диапазоне частот. Передняя рукоятка 6, состоящяя из трех равновеликих составных трубок 9, полностью закрывает трубчатую часть 4 опорной рамы 3, что обеспечивает надежную виброизоляцию рук оператора при работе с пилой в режиме валки и раскряжевки леса. Размещение задней рукоятки 7 только на ребрах жесткости 11 опорной рамы 3, а не на всей ее поверхности дополнительно обеспечивает виброизоляцию между рукояткой и рамой пилы. Таким образом здесь совмещаются два механизма рассеивания вибрационной энергии - это виброизоляция рукоятки и поглощение вибрации в самой рукоятке.

На основе многочисленных экспериментальных данных (пиление на стенде в режиме холостого хода, раскряжевки и валки леса с замером уровней вибрации на наружных поверхностях рукояток) авторами было установлено, что большое значение на уровни вибрации в предложенной конструкции оказывает соотношение толщины цилиндрических трубок 9 передней рукоятки 6 от диаметра трубчатой части 4 опорной рамы 3 и толщины задней рукоятки 7 от ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы 3.

При толщине трубок 9 передней рукоятки 6 более 0,20 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 и толщине задней рукояти 7 более 0,35 ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы пилы 3 возрастают вибрационные нагрузки на руки оператора в режиме холостого хода и эти нагрузки превышают уровни вибрации на рукоятках управления серийных пил - прототипов "Тайга-245" и "Крона-202". При данном режиме работы пила находится в подвешенном состоянии в руках оператора и представляет собой некую массу с виброисточником (двигатель пилы, работающий на холостом ходу). Руки оператора, сжимающие эластичные рукоятки управления 6, 7 и удерживающие пилу, представляют собой некую присоединенную массу к пиле через эластичные рукоятки. В данном случае эластичные рукоятки 6, 7 представляют собой упругие элементы (типа пружины), и таким образом образуется динамическая система, в которой присоединенная масса (руки оператора) и упругий элемент (эластичные рукоятки) становятся динамическим демпфером для бензопилы, в результате чего идет мощный отбор энергии от виброисточника (двигателя пилы) и передача ее на руки оператора. При толщине трубок 9 более 0,20 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 зазор между наружной поверхностью передней рукоятки 6 и корпусом двигателя 1 становится меньше предельно допустимого, предусмотренного ГОСТ Р 50060-98 "Пилы бензомоторные цепные. Требования безопасности. Методы испытаний". Кроме того, при толщинах, рукояток более указанных в формуле изобретения ограничений, оператору при работе (пилении) трудно удерживать пилу в руках, в результате чего ухудшается управляемость пильным аппаратом 2.

При толщине трубок 9 передней рукоятки 6 менее 0,15 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 и толщине задней рукоятки 7 менее 0,30 ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы пилы 3 резко снижается эффективность гашения вибрации в режиме валки и раскряжевки. Это связано с тем, что в режиме пиления за счет создания оператором надвигающего усилия пильным аппаратом 2 на древесину, руки оператора сжимают эластичные рукоятки 6, 7 и при их малой толщине происходит продавливание (смыкание) оболочек газовых ячеек, в результате чего исключается работа их деформирования от воздействия вибрационной нагрузки. Диссипация вибрационной энергии в данном случае происходит только за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупругого материала рукояток 6, 7 и уровень вибрации на наружной поверхности рукояток резко возрастает.

В настоящее время проведены стендовые и натурные (в леспромхозах России) испытания предложенной конструкции пилы без использования уравновешивающего механизма и амортизаторов между упором пилы и ее корпусом двигателя. Достигнуто двукратное гашение вибрации на рукоятках управления по сравнению с серийными пилами "Тайга-245" и "Крона-202" в октавных полосах рабочих частот 31,5; 63, 125; 250; 500 и 1000 Гц.

Формула изобретения

Переносная моторная пила, включающая двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с трубчатой частью, прикрепленную к корпусу двигателя через пружины, упор, переднюю и заднюю рукоятки управления, отличающаяся тем, что передняя рукоятка, расположенная на трубчатой части опорной рамы, содержит три равновеликие составные, цилиндрические трубки, толщина которых составляет 0,15-0,20 диаметра трубчатой части опорной рамы, часть опорной рамы, на которой установлена задняя рукоятка, имеет окна с ребрами жесткости между ними, а задняя рукоятка - форму усеченной трапецеидальной призмы с боковыми ребрами в форме дуг окружностей, толщина которой составляет 0,30-0,35 ширины окон опорной рамы пилы, при этом рукоятки управления выполнены из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками сферической формы разного диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4