Безредукторная моторная пила

Безредукторная моторная пила

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано в безредукторных моторных пилах.

Известна безредукторная моторная пила Хускварна 254ХР, содержащая корпус двигателя с цилиндро-поршневой группой, цепной пильный аппарат с направляющей шиной, раму с рукоятками управления, топливный бак с нижним кронштейном, систему виброзащиты с передним и задними виброизоляторами, соединяющими топливный бак, его кронштейн с корпусом двигателя. По крайней мере, два задних виброизолятора, соединенные с топливным баком и корпусом двигателя, размещены за центральной осью коленчатого вала цилиндро-поршневой группы и соответственно слева и справа от плоскости движения шатуна двигателя, передний виброизолятор соединен с корпусом двигателя и кронштейном топливного бака и размещен перед центральной осью коленчатого вала (см.рис.7, стр.11, Каталог фирмы Husqvarna (Швеция) за 2002/2003 г.- приложение 1).

В системе виброзащиты известной бензиномоторной пилы продольные оси задних и переднего виброизоляторов горизонтально ориентированы и параллельны центральной оси коленчатого вала.

Известная бензиномоторная безредукторная пила Хускварна 254ХР выбрана в качестве ближайшего аналога заявляемого технического решения.

Однако выполнение бензопилы с системой виброзащиты, в которой продольная ось переднего виброизолятора ориентировочно параллельна центральной оси коленчатого вала, приводит к увеличению локальной вибрации на рукоятках управления мотопилы. Объясняется это тем, что воспринимаемая передним виброизолятором результирующая нагрузка от усилий резания и подачи при работе цепного пильного аппарата перпендикулярна к его продольной оси и в результате работы данного виброизолятора возникает режим нелинейных поперечных деформаций, снижающих стабильность виброзащитных свойств данного виброизолятора.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, относится к созданию безредукторной моторной пилы с улучшенными виброзащитными качествами за счет снижения локальных вибраций на рукоятках управления мотопилы при ее эксплуатации.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в безредукторной моторной пиле, содержащей корпус двигателя с цилиндро-поршневой группой, цепной пильный аппарат с направляющей шиной, раму с рукоятками управления, топливный бак с кронштейном, систему виброзащиты с передним и задними виброизоляторами, соединяющими топливный бак, его кронштейн с корпусом двигателя, по крайней мере, два задних виброизолятора соединены с топливным баком и корпусом двигателя, размещены за центральной осью коленчатого вала цилиндро-поршневой группы и соответственно слева и справа от плоскости движения шатуна цилиндро-поршневой группы, передний виброизолятор соединен с корпусом двигателя и кронштейном топливного бака и расположен перед центральной осью коленчатого вала, при этом, согласно изобретению, продольная ось переднего виброизолятора ориентировочно вертикальна и расположена в продольно-вертикальной плоскости между соответствующими плоскостями, проходящими через плоскость движения шатуна и плоскость направляющей шины пильного аппарата, причем кронштейн топливного бака в зоне размещения в нем переднего виброизолятора или элементы подсоединения последнего к кронштейну снабжены поперечно ориентированным к продольной оси указанного виброизолятора и направленным к плоскости шины пильного аппарата выступом, обращенная к выступу сторона корпуса двигателя имеет гнездо, охватывающее названный выступ с образованием между их поверхностями зазоров, размеры которых соответствуют 3-9 мм.

При реализации изобретения благодаря описанной выше ориентации переднего виброизолятора последний воспринимает при работе моторной пилы максимальную результирующую нагрузку от усилий резания и подачи, находясь в положении нормального восприятия деформации растяжения/сжатия. В результате снижаются локальные вибрации на рукоятки управления мотопилы, что улучшает их виброзащиту. Нежелательные поперечные деформации виброизолятора, возникающие в случае освобождения пильного аппарата из зажима в пропиле, исключаются, что обеспечивается благодаря выборке зазоров между наружной поверхностью выступа и охватывающей его поверхностью гнезда корпуса двигателя.

Анализ известного уровня техники показал, что заявляемое техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники и существенно отличается от известных в этой области технических решений. Указанные обстоятельства свидетельствуют о наличии в заявляемом техническом решении новизны и изобретательского уровня, что подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.

Изобретение поясняется чертежами, где на

фиг.1 изображен общий вид безредукторной моторной пилы, вид сбоку со стороны пильного аппарата, в варианте исполнения ее с рамой управления, имеющей низкорасположенные рукояти;

фиг.2 - то же, что на фиг.1, общий вид сверху;

фиг.3 - вид А, фиг.2;

фиг.4 изображен общий вид безредукторной моторной пилы, вид сбоку со стороны пильного аппарата, в варианте исполнения ее с рамой управления, имеющей высокорасположенные рукояти.

Безредукторная моторная пила, согласно изобретению, может быть выполнена в варианте с низкорасположенными и высокорасположенными рукоятями управления. Независимо от указанных вариантов исполнения безредукторной моторной пилы она содержит корпус 1 двигателя с цилиндро-поршневой группой (не показаны); цепной пильный аппарат с направляющей шиной 2; раму управления 3 с рукоятями; топливный бак 4 с нижним кронштейном 5; систему виброзащиты. Система виброзащиты включает передний и задние виброизоляторы, которые соединяют топливный бак 4, его кронштейн 5 с корпусом 1 двигателя.

Рама управления может иметь (см.фиг.1 и 2) переднюю низкорасположенную рукоять 6, охватывающую корпус двигателя и соединенную с топливным баком и его кронштейном, а также заднюю низкорасположенную рукоять 7, соединенную с задней (по отношению к пильному аппарату) стенкой топливного бака.

При варианте выполнения моторной пилы с высокорасположенными рукоятями, последние размещены (см.фиг.4) на высокорасположенной раме 8 с наклоном ее в сторону пильного аппарата и фиксируемой на поворотном механизме 9, размещенном на основании рамы 8 и соединенным с задней стенкой топливного бака, что известно и соответствует варианту конструктивного исполнения моторной пилы по патенту RU №2032530.

Независимо от варианта исполнения моторной пилы с низкорасположенными или высокорасположенными рукоятями система виброзащиты пилы имеет

по крайней мере, два задних виброизолятора 10 и 11, которые соединены с топливным баком 4 и корпусом 1 двигателя и расположены за центральной осью 12-12 коленчатого вала его цилиндро-поршневой группы и соответственно слева и справа от плоскости движения 13-13 шатуна названной группы;

передний виброизолятор 14, который соединен с корпусом 1 двигателя и кронштейном 5 топливного бака 4 и расположен перед центральной осью 12-12 коленчатого вала.

Конструктивно передние и задние виброизоляторы, предпочтительно, выполняют в виде пружин сжатия 15, концы которых имеют втулки-закладки с болтами 16, соединяющие корпус 1 двигателя с кронштейном 5 (передний виброизолятор) или корпус 1 двигателя с топливным баком 4 (задние виброизоляторы).

Продольная ось переднего виброизолятора 14 ориентировочно вертикальна и расположена в продольно-вертикальной плоскости 17-17 между соответствующими плоскостями, проходящими через плоскость движения 13-13 шатуна и плоскость направляющей шины 2 пильного аппарата. Отклонение продольной оси названного виброизолятора от вертикали может составлять ±(7-15)°, что связано с конструктивными особенностями цепных пильных аппаратов стандартных моторных пил, предусматривающих возможность отклонения продольной оси пильной шины от горизонтальной плоскости в направлении вверх (к рукояткам) для лучшего натяжения пильной цепи. Названный угол отклонения для известных мотопил находится в пределах 7-15°. Кронштейн 5 топливного бака 4 в зоне размещения переднего виброизолятора 14 или элементы подсоединения (втулка-закладка) указанного виброизолятора к кронштейну имеют выступ 18, который поперечно ориентирован к продольной оси виброизолятора 14 и в направлении к плоскости шины пильного аппарата. Обращенная к выступу 18 сторона корпуса 1 двигателя имеет гнездо 19. Внутренняя поверхность гнезда 19 охватывает названный выступ 18 с образованием между их поверхностями (соответственно наружной поверхностью выступа 18 и внутренней поверхностью гнезда 19) гарантированных зазоров “а” и “в”, размеры которых не превышают заданных величин поперечных деформаций переднего виброизолятора в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси.

Размеры величин гарантированных зазоров соответственно “а” и “в” определяют экспериментально с учетом следующих конструктивно-технологических особенностей моторных пил:

мощности двигателя, заданной жесткости пружины виброизолятора, определяющих параметры вибрации на рукоятях и управляемость (жесткость) моторной пилы;

конструктивных особенностей пильного аппарата, скорости резания и усилия надвигания.

При экспериментальной оценке стандартных безредукторных моторных пил классов мощности: 1,8-2,2 кВт; 2,5-2,9 кВт; 3,0-3,7 кВт, в которых была использована система виброзащиты по заявляемому изобретению, установлено, что величина гарантированных зазоров соответственно “а” и “в” составляет:

3-5 мм для моторных пил класса мощности 1,8-2,2 кВт;

5-6 мм для моторных пил класса мощности 2,5-2,9 кВт;

6-9 мм для моторных пил класса мощности 3,0-3,7 кВт.

При эксплуатации безредукторной моторной пилы имеют место три основных режима работы: холостой ход, работа под нагрузкой (пиление), разгон, возможны также экстремальные ситуации, возникающие при зажиме пильной шины в пропиле и ее освобождении из пропила.

Работа моторной пилы на холостом ходу (цепь не вращается) имеет место при переходах оператора от одного реза к другому (или от одного дерева к другому на валке леса). В этом случае источник генерации виброэнергии от двигателя перемещается к центру вращающихся масс, т.е. к месту пересечения плоскости 13-13 движения шатуна и плоскости 12-12, проходящей через центральную ось коленчатого вала. В то же время центр тяжести мотопилы имеет смещение в сторону пильного аппарата, масса которого создает ассиметричную нагрузку справа. Благодаря ориентации продольной оси переднего виброизолятора ориентировочно вертикально и расположению этой оси в продольно-вертикальной плоскости между соответствующими плоскостями, проходящими через плоскость 13-13 движения шатуна и плоскость направляющей шины 2 пильного аппарата, названный виброизолятор воспринимает силовые нагрузки (виброгенерацию от двигателя и от массы пилы) в направлении ориентации его продольной оси, совпадающим с направлением “Z”, при этом результирующие вибронагрузки передаваемые на рукояти пилы будут ориентированы в направлении “Z”, что снижает вибрацию на рукоятках в пределах допустимых норм.

При работе мотопилы в режиме пиления передний виброизолятор 14 находится в зоне действия результирующей нагрузки от усилий резания и подачи. Направление действия результирующей нагрузки ориентировано под углом к продольной оси данного виброизолятора и гашение генерируемой вибрации будет происходить в виброизоляторе 14 в нормальном режиме работы - с упругой деформацией растяжения/сжатия вдоль его оси и при выборке зазоров “а” и “в”, заданных в пределах величин поперечных деформаций виброизолятора 14 в плоскостях, перпендикулярных его продольной оси, что не допустит нарушений нормальной работы виброизолятора 14 при заданной характеристике его центрально-осевого сжатия.

При освобождении из пропила направляющей шины 2 путем приложения соответствующих усилий к рукояткам пилы (прием, применяемый операторами) произойдет смыкание (контактирование) наружной поверхности выступа 18 с внутренней поверхностью гнезда 19, в результате произойдет поперечная деформация виброизолятора 14 в допустимо заданных пределах величин его поперечных деформаций и при этом не нарушатся упругие свойства виброизолятора 14, он восстановится в нормальное исходное положение после снятия нагрузки с рукояток мотопилы.

Таким образом, расположение переднего виброизолятора 14 ориентировочно вертикально в продольно-вертикальной плоскости 17-17 между плоскостями 13-13 движения шатуна и направляющей шины 2 и смещение наружной поверхности выступом 18 кронштейна 6 по отношению к обращенной к ней стороне гнездом 19 корпуса 1 двигателя на зазор “а” и/или “в”, заданных в пределах величин допустимых поперечных деформаций виброизолятора 14, приведет к улучшению виброзащитных свойств и к снижению локальной вибрации на рукоятках безредукторной мотопилы.

Для подтверждения вышеприведенных доводов была произведена экспериментальная проверка по определению уровней вибрации на рукоятках безредукторных моторных пил, конструктивное исполнение которых соответствует заявляемому техническому решению и бензиномоторной пилы модели Хускварна 254 ХР, которая выбрана в качестве ближайшего аналога заявляемой пилы. Исследуемые пилы соответствуют классу мощности двигателя 2,5-2,9 кВт и имеют систему виброзащиты с виброизоляторами пружинного типа. Для экспериментальной проверки была использована моторная пила с системой виброзащиты, соответствующей заявляемому изобретению, в которой использованы двигатель мощностью 2,9 кВт, а также конструктивные узлы и элементы, аналогичные узлам и элементам мотопилы модели Хускварна 254ХР, при этом при выполнении узла виброзащиты переднего виброизолятора была задана величина зазоров “а” и “в” между поверхностями выступа 18 и гнезда 19 в пределах 5,5 мм.

Испытания проводились с использованием традиционной методики по определению виброускорений на рукоятях бензиномоторных пил по ГОСТ 12.1.012.90 и ГОСТ Р 50060-98. Определение вибрсускорений на рукоятях производилось по трем направлениям (X, Y, Z) в режимах:

холостой ход (при устойчивых оборотах коленчатого вала, исключающих автоматическое включение муфты сцепления с ведущей звездочкой пильного аппарата);

максимальная рабочая нагрузка (пиление);

в режиме максимальных оборотов коленчатого вала без нагрузки на пильный аппарат (режим разгона).

При испытаниях использовалось виброакустическая аппаратура фирмы “Брюэль и Къер” (Дания), включающая датчики (акселерометры), устанавливаемые на рукоятках бензопилы в трех направлениях (X, Y, Z), усилители сигнала и магнитограф.

Получаемые результаты соответствуют взвешенному суммарному ускорению “а” на рукоятках, определяемому по выражению

.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

№ п/п	Режимы работы безредукторной моторной пилы	Взвешенное суммарное ускорение (α) на рукоятках бензопилы, м/с2
Заявляемая моторная пила	Моторная пила Хускварна 254ХР
Передняя рукоятка	Задняя рукоятка	Передняя рукоятка	Задняя рукоятка
1	Холостой ход	4,6	3,9	7,4	11,99
2	Пиление	3,7	3,6	3,5	8,03
3	Разгон	1,15	1,46	8,0	2,39

Как видно из приведенных данных, фактическое виброускорение на рукоятках заявляемой моторной пилы значительно ниже, чем у известной мотопилы.

Изобретение промышленно реализуемо в конструкциях безредукторных моторных пил различного класса мощности как с низкорасположенными рукоятями, так и с высокорасположенными рукоятками и при выполнении системы виброзащиты с виброизоляторами, соединяющими корпус двигателя с топливным баком и его кронштейном.

Безредукторная моторная пила, содержащая корпус двигателя с цилиндро-поршневой группой, цепной пильный аппарат с направляющей шиной, раму с рукоятками управления, топливный бак с нижним кронштейном, систему виброзащиты с передним и задним виброизоляторами, соединяющими топливный бак, его кронштейн с корпусом двигателя, по крайней мере два задних виброизолятора соединены с топливным баком и корпусом двигателя и расположены за центральной осью коленчатого вала цилиндропоршневой группы и соответственно слева и справа от плоскости движения шатуна названной группы, передний виброизолятор соединен с корпусом двигателя и кронштейном топливного бака и расположен перед центральной осью коленчатого вала, отличающаяся тем, что продольная ось переднего виброизолятора ориентировочно вертикальна и расположена в продольно-вертикальной плоскости между соответствующими плоскостями, проходящими через плоскость движения шатуна и плоскость направляющей шины пильного аппарата, причем кронштейн топливного бака в зоне размещения в нем переднего виброизолятора или элементы подсоединения последнего к кронштейну снабжены поперечно ориентированным к продольной оси указанного виброизолятора и в направлении к плоскости шины пильного аппарата выступом, а обращенная к выступу сторона корпуса двигателя имеет гнездо, охватывающее названный выступ с образованием между их поверхностями зазоров, размеры которых соответствуют 3÷9 мм.