Лесопильная рама
Владельцы патента RU 2557181:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Вятский государственный университет" (ВятГУ) (RU)
Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к конструкции лесопильных рам. Лесопильная рама содержит коленчатый вал (1), кривошипы (2), шатуны (3), соединенные с пильной рамкой (4), которая установлена в верхних (5) и нижних (6) рычагах. На коленчатом валу установлена звездочка цепной передачи (7) с передаточным отношением 2:1. Цепная передача передает движение на промежуточный вал (8). На промежуточном валу расположены дополнительные кривошипно-шатунные механизмы (9), которые шарнирно соединены с одним из концов нижнего двуплечего рычага (10) и с помощью тяги (11) кинематически связаны с одним из концов верхнего двуплечего рычага (12). На другом конце нижнего двуплечего рычага установлен эксцентриковый вал (13), жестко соединенный с зубчатым колесом (14). Зубчатое колесо (14) находится в зацеплении с другим зубчатым колесом (15) и вращается вместе со звездочкой цепной передачи (16), установленной на промежуточном валу. Эксцентриковые валы шарнирно соединены с нижними рычагами пильной рамки. На валу зубчатого колеса (15) установлена звездочка цепной передачи (17). Цепная передача (17) связана с верхней звездочкой и зубчатым колесом (18). Зубчатое колесо (18) находится в зацеплении с другим зубчатым колесом (19), расположенным на другом конце двуплечего рычага. На валу зубчатого колеса (19) расположен верхний эксцентриковый вал (20), который связан шарнирно с верхним рычагом пильной рамки. Улучшается качество поверхности пропила, снижается энергоемкость процесса пиления. 4 ил.
Изобретение относится к конструкции лесопильных рам и может быть использовано в лесопильной промышленности при раскрое пиловочника на пиломатериалы.
Известна лесопильная рама, содержащая станину, привод, кривошипно-шатунный механизм, пильную рамку с пилами, установленную на двуплечие рычаги шарнирно-рычажных четырехзвенных механизмов, и механизм качания пильной рамки, выполненный в виде антипараллелограмма, кривошип которого совмещен с кривошипом механизма возвратно-поступательного движения пилой рамки, а шатун посредством тяги связан с одним из двуплечих рычагов шарнирно-рычажных четырехзвенных механизмов (АС №1129071 от 15.08.1984, «Лесопильная рама», заявка №3530729, приоритет: 24.12.1982).
В данной лесопильной раме обеспечиваются хорошие условия пиления, так как пильная рамка перемещается по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки, ось симметрии которой представляет собой прямую вертикальную линию.
К недостаткам лесопильной рамы относится сложность конструкции, в которой имеется большое число шарнирных соединений, тяг, кривошипов и рычагов.
Известна лесопильная рама, содержащая станину, привод, кривошипно-шатунный механизм, пильную рамку с пилами, установленную в рычагах, и механизм качания пильной рамки, в котором дополнительный кривошипно-шатунный механизм связан с коленчатым валом механизма резания с помощью зубчатой передачи с передаточным отношением 2:1, а шатун его кинематически шарнирно соединен с рычагами пильной рамки посредством двуплечих рычагов (АС №1055640 от 22.07.1983, «Механизм резания лесопильной рамы», заявка №3448416, приоритет: 03.06.1982).
Такой вариант технического решения лесопильной рамы более прост в конструктивном исполнении и обеспечивает также качание пил по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки, однако ось симметрии этой траектории движения пильной рамки представляет собой дугу окружности, описываемую одним из шарниров рычажной подвески пильной рамки. В связи с этим изменяются условия пиления (работы пил) во время перемещения пильной рамки на протяжении всего рабочего хода. К тому же, при движении пильной рамки по дуге окружности возникают центробежные силы, которые оказывают отрицательно влияние, прежде всего, на шарнирные соединения.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в улучшении условий пиления за счет обеспечения перемещения пильной рамки по замкнутой самоперсекающейся кривой типа восьмерки, имеющей вертикальную прямолинейную ось симметрии.
Технический результат достигается тем, что на одно из шарнирных соединений двуплечих рычагов установлены эксцентриковые валы, которые шарнирно соединены с рычагами пильной рамки и кинематически связаны с коленчатым валом дополнительного кривошипно-шатунного механизма посредством цепных и зубчатых передач, причем радиус этого эксцентрикового вала (эксцентрика) определяется по формуле
где lρ - длина рычага пильной рамки,
R - радиус кривошипа механизма привода пильной рамки (половина хода пил).
На фиг. 1 изображена кинематическая схема лесопильной рамы; на фиг. 2 - вид А фиг. 1; на фиг. 3 представлены положения эксцентрикового вала, когда пильная рамка вместе с рычагами 5 и 6 находится в верхней мертвой точке (ВМТ) (α=0), в середине хода (α=90°) и в нижней мертвой точке (НМТ); на фиг. 4 показана траектория движения пильной рамки с прямолинейной осью симметрии.
Лесопильная рама состоит из коленчатого вала 1, кривошипов 2, шатунов 3, соединенных с пильной рамкой 4, которая установлена в верхних 5 и нижних 6 рычагах. На коленчатом валу 1 установлена звездочка цепной передачи 7 с передаточным отношением 2:1. Цепная передача 7 передает движение на промежуточный вал 8, на котором расположены дополнительные кривошипно-шатунные механизмы 9, которые шарнирно соединены с одним из концов нижнего двуплечего рычага 10 и с помощью тяги 11 кинематически связаны с одним из концов верхнего двуплечего рычага 12. На другом конце нижнего двуплечего рычага 10 установлен эксцентриковый вал 13 с радиусом r. На этом же валу установлено зубчатое колесо 14, которое находится в зацеплении с зубчатым колесом 15 и вращается вместе со звездочкой цепной передачи 16, установленной на промежуточном валу 8. Эксцентриковые валы 13 шарнирно соединены с нижними рычагами 6 пильной рамки. На валу зубчатого колеса 15 установлена звездочка цепной передачи 17, которая связана с верхней звездочкой и зубчатым колесом 18, находящимся в зацеплении с другим зубчатым колесом 19, расположенным на другом конце двуплечего рычага 12. На валу зубчатого колеса 19 расположен верхний эксцентриковый вал 20 с радиусом r, который связан шарнирно с верхним рычагом 5 пильной рамки 4.
Лесопильная рама работает следующим образом. Коленчатый вал 1, установленный в подшипниковых опорах на станине, получает вращение от привода и передает движение кривошипам 2 и шатунам 3, которые перемещают пильную рамку 4, установленную в рычагах 5 и 6. Рычаги 5 и 6 качают пильную рамку 4 с помощью дополнительных кривошипно-шатунных механизмов 9, кривошипы которых установлены на промежуточном валу 8, получающем вращение от коленчатого вала 1 через зубчатую передачу 7 с передаточным отношением 2:1. Далее от дополнительных кривошипно-шатунных механизмов 9 движение (качание) передается на один конец нижних двуплечих рычагов 10, на другом конце которых расположен эксцентриковый вал 13, с радиусом r, который жестко соединен с зубчатым колесом 14. Вращение на зубчатое колесо 14 передается от промежуточного вала 8 через цепную передачу 16 на зубчатое колесо 15, которое находится в зацеплении с зубчатым колесом 14.
Движение верхним рычагам 5 пильной рамки 4 передается тягами 11 и зубчатой передачей 17. Тяга 11 осуществляет качание верхнего двуплечего рычага 12, а цепная передача 17 передает вращение на зубчатые колеса 18 и 19. Колесо 19 выполнено совместно с эксцентриком 20, который шарнирно соединен с верхним рычагом 5 пильной рамки 4.
Качание пильной рамки по самопересекающейся замкнутой кривой осуществляется от дополнительного кривошипно-шатунного механизма 9, а выравнивание оси симметрии этой кривой производится эксцентриковыми механизмами 13 и 20.
Для обеспечения движения пильной рамки (перемещения пил) по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки, имеющей прямолинейную вертикальную ось симметрии, необходимо установить эксцентриковый вал таким образом, чтобы законы перемещения эксцентрикового вала и пильной рамки были идентичными. Движение пильной рамки по вертикали описывается уравнением
где R - радиус кривошипа привода пильной рамки,
l - длина шатуна,
α - угол поворота кривошипа,
β - угол между шатуном и вертикалью.
Угол поворота шатуна относительно вертикали можно определить по формуле
Движение шарнирного соединения рычага с пильной рамкой по горизонтали определится уравнением при отсутствии эксцентрика
где lρ - длина рычага пильной рамки,
φ - угол поворота этого рычага от горизонтали, который можно определить по формуле
где φв - угол, определяющий верхнее крайнее положение рычага 5 пильной рамки, который определяется по формуле
Когда пильная рамка находится в верхней мертвой точке (ВМТ), рычаги пильной рамки занимают верхнее крайнее положение, а шарнир эксцентрика А занимает крайнее левое горизонтальное положение на эксцентрике (фиг. 3). При перемещении пильной рамки от верхней мертвой точки (ВМТ) до середины хода пил рычаг длиной lρ займет горизонтальное положение в точке (
), но с учетом отвода этого рычага эксцентриком путем поворота его на 180° эта точка переводится в точку Bс, и тем самым перемещение пильной рамки будет осуществляться по прямой линии. При перемещении пильной рамки от середины хода пил до нижней мертвой точки (НМТ) с учетом поворота эксцентрика на 180° пильная рамка займет положение Bн, при возвратном перемещении пильной рамки процесс повторяется.
Таким образом, при повороте рычага lρ по дуге окружности, получаемое смещение по горизонтали xρ можно компенсировать эксцентриком. При этом эксцентрик необходимо расположить таким образом, чтобы начало рабочего хода пил совпадало с началом отвода их по горизонтали. Эксцентрик необходимо расположить в крайнее левое положение, когда пильная рамка будет находиться в начале рабочего хода, в верхнем крайнем положении. Только в этом случае будет происходить выравнивание дуги окружности путем движения шарнирного соединения рычага с пильной рамкой, получаемого от эксцентрикового вала.
Движение эксцентрика по горизонтали необходимо осуществлять по уравнению
где r - радиус эксцентриков 13 и 20.
За половину рабочего хода пильной рамки (y=R) пилы необходимо отвести по горизонтали на максимальную величину искривления оси движения рычага по горизонтали, которое должно быть равно 2r. В этом случае за половину хода пил (α=90°) эксцентрик должен повернуться на 180°, и тогда перемещение по горизонтали будет равно 2r. За вторую половину рабочего хода пил эксцентрик снова повернется на 180° и обеспечит возврат пильной рамки в исходное положение на величину 2r. Следовательно, скорость вращения эксцентрика должна быть в два раза больше, чем скорость вращения кривошипа привода пильной рамки.
При использовании эксцентрика перемещение пильной рамки по горизонтали определится по формуле
Следовательно, необходимо, чтобы при работе такого механизма обеспечивалось равенство
Используя это равенство и подставляя численные значения в это равенство при φ=0 и α=180°, получим величину радиуса эксцентрика, при котором обеспечивается прямолинейная ось симметрии перемещения пилы по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки. В этом случае радиус эксцентрика определится по формуле
Таким образом, выравнивание оси движения пильной рамки самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки в прямую линию будет наблюдаться только лишь в том случае, когда радиус эксцентрика будет определяться по формуле (9).
Качание пил по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки осуществляется от дополнительного кривошипно-шатунного механизма и определяется уравнением
где rк - радиус дополнительного кривошипно-шатунного механизма качания пил.
Величина радиуса дополнительного кривошипно-шатунного механизма качания пил рассчитывается с учетом хода пильной рамки R, подачи на один оборот коренного вала Sо, шага зубьев пил t3, а также соотношений плеч двуплечего рычага по обычным методикам.
Таким образом, предлагаемое техническое решение лесопильной рамы обеспечивает движение пил по самопересекающейся замкнутой кривой типа восьмерки, у которой осью симметрии является прямая линия. Этим самым создаются оптимальные условия пиления древесины зубьями пилы. Пиковые нагрузки на пилы исключаются, качество поверхности пропила улучшается, и толщину пилы в этом случае можно уменьшить. Кроме того, при использовании такого закона перемещения пильной рамки угол резания зубьев пил целесообразно уменьшить с 75° до 60°, что позволяет снизить энергоемкость процесса. Опытная проверка показала, что при реализации такого закона перемещения пил производительность лесопильных рам возрастает в 1,5 раза, энергоемкость процесса пиления снижается на 40%, а толщину пил вместо 2,2-2,5 мм можно использовать равной 1,6-1,8 мм. Данное техническое решение, по сравнению с аналогом, решает задачу оптимизации процесса пиления на лесопильных рамах, позволяющую получить положительный эффект роста производительности на 20-25%.
Лесопильная рама, содержащая станину, привод, кривошипно-шатунный механизм, установленную в рычагах пильную рамку с пилами и механизмом качания пильной рамки, в котором дополнительный кривошипно-шатунный механизм связан с коленчатым валом привода пильной рамки посредством механических передач с передаточным отношением 2:1 и шатун которого соединен шарнирно с одним концом двуплечего рычага, а другой шарнир этого рычага кинематически связан с рычагами пильной рамки и с коленчатым валом дополнительного кривошипно-шатунного механизма механическими передачами и эксцентриковыми валами, отличающаяся тем, что на шарниры двуплечих рычагов установлены эксцентриковые валы, которые соединены с рычагами пильной рамки и кинематически связаны с коленчатым валом дополнительного кривошипно-шатунного механизма посредством цепных и зубчатых передач, причем радиус кривошипа эксцентрикового вала определяется по формуле:
,
где 1ρ - длина рычага пильной рамки;
R - радиус кривошипа механизма привода пильной рамки - половины хода пил.
