Универсальный привод деревообрабатывающих устройств

Универсальный привод деревообрабатывающих устройств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к оборудованию для продольной и поперечной распиловки, фрезерования, калибровки и сверления древесины в виде различных заготовок и может быть использовано в деревообрабатывающих производствах. При использовании сменных резцовых головок и насадок изобретение может быть использовано при обработке металла, пластмассы, грунта и других материалов.

Известен привод лесопильной рамы по а.с. 1121135 (см. книгу: Мазуркин П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования. - Саранск: Изд-во Сарат. ун-та. Саранский филиал, 1990. С.210-219), содержащий кривошипные валы, причем одноименные шейки валов, соединенные между собой тягами, имеющими основания для крепления пильных рамок и фрезерно-пильных рамок, а оси валов расположены поперечно направлению подачи.

Недостатком является невозможность использования данного привода в станках для поперечной распиловки древесины, а также при сверлении, калибровке фрезерованием и других технологических операциях деревообработки. Кроме того, недостатком является недостаточная модульность конструкции, что особенно значимо при изготовлении семейства модульных малогабаритных деревообрабатывающих станков. Таким образом, при малых объемах выпуска изделий из древесины необходимы универсальные деревообрабатывающие устройства (как стационарного, так и автономного исполнения) с высокоунифицированным приводом вращательно-поступательного движения инструментов.

Известен также универсальный привод четырех кривошипов шарнирных параллелограммов (см. книгу: Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том 1. Элементы механизмов. Простейшие рычажные и шарнирно-рычажные механизмы. - М.: Наука, 1979. С.306. ШР-600-Пл.), включающий ведущий кривошип и четыре ведомых кривошипов с общим шатуном в виде круглой шайбы.

Недостатком является невозможность применения в качестве модульного универсального механизма для приведения в рабочее движение многих видов режущих органов.

Технический результат - повышение технологических возможностей простейшего шарнирно-рычажного (ШР) механизма параллелограммов (Пл), описанного в вышеуказанном справочном пособии для инженеров, конструкторов и изобретателей, в качестве универсального привода разнотипных деревообрабатывающих станков.

Это достигается тем, что ведомые кривошипы относительно общего шатуна установлены в общем корпусе со стороны ведущего кривошипа, а общий шатун выполнен в виде монтажной площадки для закрепления режущих инструментов.

Общий корпус выполнен с картерной полостью для размещения жидкой смазки подшипников, установленных на валах ведущего и ведомого кривошипа. Причем на ведущем валу между подшипниками в картерной полости диаметрально противоположно кривошипам установлен эксцентриковый противовес.

На ведущем валу с противоположной от кривошипов стороны установлен маховик, выполненный в виде шкива клиноременной передачи, соединяющей ведущий вал с электродвигателем, установленном с помощью механизма натяжения клиноременной передачи на общей раме станка. При этом корпус кривошипных валов с основанием в виде плиты, закрепленной с помощью болтов к общей раме, а на верхней стороне корпуса кривошипных валов выполнена крышка картерной полости.

Валы ведомых кривошипов установлены с помощью подшипников в станках с открытым днищем, закрепленных к корпусу вокруг ведущего вала изнутри картерной полости.

Монтажная площадка выполнена в виде квадратной плиты с множеством отверстий для закрепления болтами сменных разнофункциональных режущих инструментов и закреплена на торцах стаканов, установленных на шатунных шейках ведущего и ведомых кривошипов.

Общий корпус в передней части выполнен в виде консольного ограждения, охватывающего ведомые кривошипы с их стаканами, с возможностью свободного скольжения по торцу консольного ограждения тыльной стороны монтажной площадки, выполненной с размерами, большими сечения ограждения на двойной радиус кривошипов.

Сущность заключается в том, что вращательно-поступательное движение монтажной площадки, являющейся общим шатуном всех пяти кривошипов, в различных плоскостях обработки древесины реализуется с помощью соответствующих сменных режущих инструментальных головок (органов). При одновременном закреплении всех инструментальных головок по пяти сторонам монтажной площадки (одна сторона занята кривошипами) образуется обрабатывающий центр, позволяющий реализовать многофункциональную обработку древесных заготовок. В итоге один универсальный привод с набором разнофункциональных инструментальных головок будет заменять несколько однофункциональных деревообрабатывающих станков. Такое модульное изготовление позволяет создать малогабаритные устройства, при хорошей балансировке инерционных сил первого рода, устанавливаемые в цехах деревообработки и мастерских умельцев без фундамента.

Совокупность признаков предлагаемого технического решения обладает существенной новизной и высокой практической полезностью. Универсальный деревообрабатывающий станок будет конкурентоспособен на международном рынке.

На фиг.1 показан привод универсального деревообрабатывающего станка, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.2; на фиг.5 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.6 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.7 приведена конструкция привода с консольным ограждением; на фиг.8 - сечение В-В на фиг.7. На фиг.9 показана схема поперечной распиловки заготовок древесины ножовкой. На фиг.10 - вид по стрелке В на фиг.9 (заменяет наши авторские свидетельства 843859, 997631, 1246945 и поэтому предлагаемый привод может быть использован, при замене электродвигателя на гидромотор, в рабочих органах заземления, пнеобрабатывающих, валочных, сучкорезных, кусторезных и иных машинах). На фиг.11 показана схема срезания древесно-кустарниковой растительности при использовании гидромотора вместо электродвигателя. На фиг.12 изображена схема формирования кроны декоративного кустарника. На фиг.13 показана схема срезания сучьев плодовых деревьев и деревьев вдоль просек, мешающих высоковольтным проводам воздушных линий электропередачи. На фиг.14 показана схема продольной распиловки бревен однопильной рамкой, закрепленной на монтажной площадке (конструкции однопильной рамки описаны в книге: Мазуркин П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования. - Саранск: 1990. С.216-217). На фиг.15 проведена схема продольной распиловки брусьев и пластин полурамкой с несколькими рамными пилами. На фиг.16 изображена схема продольного раскроя бруса на доски пильной рамкой от существующих лесопильных рам. На фиг.17 - то же с двумя проводами на одну общую пильную рамку. На фиг.18 показана схема контурной обработки круглых лесоматериалов при окорке, зачистке остатков сучьев и оцилиндровке (то есть в общем случае при калибровке бревен). На фиг.19 - вид по стрелке Г на фиг.18 (схемы обработки контурными инструментами приведены в книге: Мазуркин П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования. - Саранск: 1990. С.226). На фиг.20 приведена схема контурного фрезерования бревен на щепу для изготовления фасонных брусьев (на режущий инструмент получено положительное решение). На фиг.21 приведена схема фрезерования бревна (возможно с двух сторон двумя идентичными деревообрабатывающими устройствами) на щепу для образования бруса. На фиг.22 - вид по стрелке Д на фиг.21. На фиг.23 показана схема изготовления продольного паза в бревне для изготовления сруба, а на фиг.24 - схема изготовления выемки в бревне для соединения в срубе. На фиг.25 показана схема изготовления пазов и боковых выемок в заготовках древесины при изготовлении столярно-строительных изделий в виде окон, дверей и других деталей (момент врезания в начале процесса изготовления паза). На фиг.26 - вид по стрелке Е на фиг.25 при удлинении паза или выемки продольной подачей заготовки. В обоих случаях используются известные гнездовые фрезы.

Предметно-функциональный анализ показал, что путем исключения отдельных конструктивных элементов возможны различные схемы. На рис. 27 показан круглопильный станок, полученный из универсального привода после снятия монтажной площадки, кривошипов со стаканами. Вместо ведущего кривошипа устанавливается опорная шайба для закрепления дисковой пилы или фрезы, а также диска с ножами от рубильной машины. Путем дополнения новыми конструктивными элементами можно получить сверлильные станки. На фиг.28 показана конструкция многопозиционного сверлильного станка, у которого на монтажной площадке устанавливаются большое количество сверлильных головок на различных расстояниях по осям сверл друг от друга, что позволяет за одно движение рассверлить все отверстия на данной заготовке древесины.

Примечание: Фиг.9-28 отображает варианты технологического применения предлагаемого универсального привода как базового модуля в различных конструкциях деревообрабатывающих устройств. При этом принципы действия, показанные на фиг.11-14 и фиг.18-20, частично защищены авторскими свидетельствами или опубликованы в наших книгах. Поэтому их мы рекомендуем экспертизе, при необходимости, поместить в описание патента. Остальные принципы действия, показанные на фиг.9, 10, 15-17, 21-28, являются принципиально новыми по совокупностям признаков (с использованием универсального привода) и будут защищены отдельными заявками на конструктивные решения новых деревообрабатывающих устройств.

Возможны и другие случаи технологического применения универсального привода в условиях лесного хозяйства, лесозаготовки, первичной обработки лесоматериалов и механической обработки древесины при изготовлении мебели, жилья, столярно-строительных и иных изделий. Принцип действия параллелограммного привода, возможно, использовать также при строгании, изготовлении тарных дощечек, калибровке по толщине брусьев и других технологических операциях. Поэтому предлагаемый привод является высокоуниверсальным.

Универсальный привод деревообрабатывающих устройств содержит раму 1, на которой смонтированы электродвигатель 2 с натяжным устройством 3 и клиноременной передачей 4, а также общий корпус 5 с крышкой 6. Напротив клиноременной передачи относительно торца корпуса расположены ведущий кривошип 7 и ведомые кривошипы 8. В них с одинаковым эксцентриситетом установлены шатунные шейки 9, на которых с помощью стаканов 10 закреплены общий шатун в виде монтажной площадки 11.

Внутри общего корпуса провода установлен ведущий вал 12, на конце которого закреплен маховик 13, выполненный в виде шкива клиноременной передачи и одновременно противовеса. На ведущем валу внутри общего корпуса установлен эксцентриковый противовес 14. При этом общая дебалансная масса маховика 13 и противовеса 14 равна, с учетом разницы в радиусах центров тяжести, дебалансной массе кривошипов 7 и 8, шатунных шеек 9 со стаканами 10 и монтажной площадки 11 с закрепленной на ней инструментальной головкой. Эксцентриковый противовес выполнен в виде множества пластин 15, дополнительно устанавливаемых при изменении массы режущего инструмента, устанавливаемого на монтажную площадку.

Ведомые кривошипы закреплены на валах 16, которые установлены с помощью подшипников в стаканах 17 с открытым днищем 18.

Внутреннее пространство общего корпуса 5 выполнено в виде картерной полости 19, снизу которой до определенного уровня расположено масло 20 для смазки всех подшипников. По каналам (не показаны), выполненным в ведущем 12 и ведомых 16 валах, а также в кривошипах 7, 8 и шатунных шейках 9, смазочное масло поступает ко всем подшипникам привода. В стаканах 17, расположенные в верхней части картерной полости, смазочное масло поступает через открытое днище 18 способом разбрызгивания при вращении эксцентрикового противовеса 14 с пластинами 15.

Монтажная площадка 11 выполнена с отверстиями 21 для закрепления болтами различных режущих инструментов и инструментальных головок различного функционального назначения.

Для безопасности работы деревообрабатывающего устройства общий корпус в передней части выполнен с консольным ограждением 22, охватывающим вращающиеся части кривошипных соединений к монтажной площадке. При этом монтажная площадка выполнена с размерами сторон, большей или равной полости ограждения. Кроме того, между торцом ограждения и тыльной стороной монтажной площадки может быть размещены прокладки, выполненные в виде сальников. Такое исполнение позволяет ввести интенсивную принудительную смазку и в полость ограждения, что превращает привод в полностью закрытую от попадания опилок и древесной пыли конструкцию.

При серийном изготовлении целесообразно выполнить универсальный привод в виде мотор-привода, что значительно повышает компактность конструкции и снижает ее металлоемкость. Для удовлетворения потребностей в изготовлении разнообразия деревообрабатывающих устройств рекомендуется мотор-приводы со следующим параметрическим рядом мощностей (на основе асинхронных короткозамкнутых двигателей серии 4А):

столярные - 0,25; 0,56; 1,1; 2,2; 4,0 кВт;

обработка пиломатериалов - 2,2; 4,0; 7,5; 15,0; 22,0; 30;

обработка бревен - 7,5; 15,0; 22,0; 30; 45; 75.

В соответствии с мощностью подбираются размеры обрабатываемых сечений древесных заготовок и значения эксцентриситетов кривошипов по ряду предпочтительных чисел. С увеличением размера зоны обработки необходимо увеличить и значение эксцентриситета кривошипов.

На одном и том же универсальном приводе, возможно, использовать несколько комплектов кривошипов с различными эксцентриситетами, что позволяет оптимизировать процесс обработки различными сменными деревообрабатывающими инструментами.

Расстояние между валами ведущего и ведомых кривошипов может быть выполнен также различным. Минимальное расстояние обеспечивает компактность универсального привода по сечению, однако, затрудняет балансировку инерционных сил первого рода. Поэтому компактные сечения привода рекомендуются для универсальных приводов, предназначенных для модульной комплектации столярных деревообрабатывающих устройств. С увеличением мощности привода и радиусов кривошипов, определяемых по рациональной кинематике стружкообразования, целесообразно увеличить и расстояние между валами кривошипов так, чтобы кривошипы одновременно выполняли функцию противовесов. В этом случае кривошипы 7 и 8 выполняются с хвостовиками (не показаны) по аналогии с противовесами щек шатунных шеек коленчатых валов. При этом вращающиеся детали изготовляются из магниевых или других легких сплавов.

Четыре ведомых кривошипа являются наиболее оптимальными (по И.И. Артоболевскому) для универсального привода. Они расположены симметрично по всем осям, находящимся в плоскости вращения кривошипов, и, тем самым, обеспечивают равномерное распределение внешней нагрузки на все узлы универсального привода, независимо от вида и пространственного расположения сменных деревообрабатывающих инструментов. Достоинством пятикривошипного привода является также и то, что вал ведущего кривошипа полностью освобождается от ударных внешних нагрузок, если предусмотреть конструкцию ведущего кривошипа с амортизаторами, передавая их пространственно ориентированным ведомым кривошипам.

Таким образом, по мере изготовления опытно-промышленных образцов и установочных серий множества типоразмеров универсальных приводов появляется возможность поиска новых технических решений высокоскоростных мотор-приводов для машин и оборудования для множества отраслей промышленности, строительства, сельского хозяйства и топливно-энергетического комплекса. Компактные и мощные мотор-приводы могут быть использованы и в движителях принципиально новых транспортных и транспортно-обрабатывающих средств (см. книгу: Мазуркин П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования. - Саранск: 1990. С.268-276), сортировочных и сортировочно-обрабатывающих устройств (там же, с.234-243) и других технических средств.

Универсальный привод деревообрабатывающих устройств работает следующим образом.

Включается электродвигатель 2 и через клиноременную передачу 4 вращение передается ведущему валу 12. Далее ведущий кривошип 7 вращается и с помощью четырех ведомых кривошипов 8 передает вращательное поступательное движение монтажной площадке 11.

Вместе с монтажной площадкой совершает плоско-параллельное вращательное движение режущий инструмент, резцовая или инструментальная головка. Таким образом, инструмент любой формы и функционального назначения получает плоско-параллельное вращение со скоростью инструмента (показано кольцевой стрелкой на рисунках). При подаче обрабатываемого материала (показано прямой стрелкой) совершается процесс обработки заготовки из древесины или иного материала, а также предметы обработки в виде деревьев, кустов, почвы и др.

При использовании различных схем взаимодействия заготовки с инструментом возможно большое число вариантов конкретных типов деревообрабатывающих устройств в виде станков, автономных или полустационарных машин, рабочих и рабочих оборудовании существующих лесозаготовительных машин.

1. Универсальный привод деревообрабатывающих устройств, включающий ведущий кровошип и расположенные вокруг него ведомые кривошипы с общим шатуном и валами, отличающийся тем, что ведомые кривошипы установлены в общем корпусе относительно общего шатуна со стороны ведущего кривошипа, а общий шатун выполнен в виде монтажной площадки для закрепления сменных деревообрабатывающих инструментов.

2. Универсальный привод по п.1, отличающийся тем, что общий корпус выполнен с картерной полостью для размещения жидкой смазки подшипников, установленных на валах ведущего и ведомых кривошипов, при этом общий корпус выполнен снизу с основанием в виде плиты, закрепленной с помощью болтов к общей раме деревообрабатывающего устройства, а на верхней стороне общего корпуса выполнена крышка картерной полости.

3. Универсальный привод по п.2, отличающийся тем, что на валу ведущего кривошипа между его подшипниками в картерной полости общего корпуса диаметрально противоположно кривошипам установлен эксцентриковый противовес, причем последний снабжен дополнительными противовесами в виде пластин, добавляемых или снимаемых с ведущего вала через крышку картерной полости при изменении дебаланса сменяемого деревообрабатывающего инструмента.

4. Универсальный привод по п.1 или 2, отличающийся тем, что на валу ведущего кривошипа с противоположной от ведущего кривошипа наружной стороны общего корпуса установлен маховик, выполненный в виде шкива клиноременной передачи, соединяющий вал ведущего кривошипа с электродвигателем, установленным с помощью механизма натяжения клиноременной передачи на общей раме деревообрабатывающего устройства.

5. Универсальный привод по п.2, отличающийся тем, что валы ведомых кривошипов установлены к общему корпусу изнутри картерной полости с помощью подшипников в стаканах с открытым днищем.

6. Универсальный привод по п.1, отличающийся тем, что монтажная площадка выполнена в виде квадратной плиты с множеством отверстий для закрепления болтами сменных разнофункциональных режущих инструментов и закреплена на торцах стаканов, установленных на шатунных шейках ведущего и ведомых кривошипов.

7. Универсальный привод по п.6, отличающийся тем, что общий корпус передней части выполнен в виде консольного четырехстороннего ограждения, схватывающего ведомые кривошипы с их стаканами с возможностью свободного скольжения по торцу консольного ограждения тыльной стороны монтажной площадки, выполненный с размерами квадратных сторон, большими сечениями ограждения на двойной радиус кривошипов.