SU1665956A1 - Нож дл силового резани древесины - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к срезающим устройствам дл  лесозаготовительных машин и может быть использовано в лесной промышленности. Целью изобретени   вл етс  уменьшение усили  резани  древесины. Нож дл  силового резани  содержит разнесенные относительно продольной плоскости симметрии ножа симметрично друг относительно друга и неподвижно соединенные между собой нижнюю 6 и верхнюю 7 пластины с противолежащими р дами смонтированных на них режущих зубьев 8, а также установленные между пластинами с соблюдением промежутков дл  отвода стружки скалывающие зубь  9, передн   грань 20 каждого из которых обращена в сторону, противоположную режущим зубь м, и плоскость, проход ща  через линии пересечени  этой грани с внутренними плоскост ми верхней 7 и нижней 6 пластин, пересекает продольную плоскость симметрии ножа под острым углом и наклонена в сторону задней части ножа, а наименьшее рассто ние между внутренними плоскост ми пластин 7 и 6 определ етс  из следующей зависимости: B¹*98(U_с + 0,02B)/1,02, где B - рассто ние между плоскост ми симметрии пластин 6 и 7

U_с - рассто ние между проекци ми вершин смежных скалывающих зубьев на плоскость, перпендикул рную продольной плоскости симметрии ножа и направлению надвигани . 7 ил.

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  силового резани  древесины и может быть использовано s лесной промышленности .

Цель изобретени  - уменьшение усилий резани .

На фиг.1 схематически изображен нож силового резани , навешенный на базовой машине, план; на фиг.2 -узел I ка фиг,1; на фиг.З - вид А на фиг.2: ка фиг.4 - часть предлагаемого ножа с вырывом участка верхней пластины, аксонометрическа  проекци ; на .5 - разрез Б - Б на ,2, (один из вариантов); на фиг.8 - разрез В -В на фиг.1 (один из вариантов выполнени  пластин ); на фиг.7 - схема образовани  и движени  стружки.

Нож силового резани  при помощи подвески 2 устанавливаетс  сбоку или спереди от базовой машины 3, служащей приводом его надвигани . Нож может быт1 использован дл  силового резани  древеси ны и в стационарных услови х. При этом его устанавливают в продольные направл ющие основани , относительно которых нож перемещают любым общеизвестным приводом принудительного перемещени , надвига  на неподвижный относительно основани  лесоматериал.

Дл  уменьшени  усилий проталкивани  образующейс  при резании стружки в ноже может быть предусмотрено, по крайней мере , одно сквозное окно 4. Нож 1 состоит из разнесенных по высоте симметрично относительно продольной плоскости симметрии 5 параллельных между собой нижней 6 и верхней 7 пластин с противолежащими р дами режущих зубьев 8, смонтированных на их боковых сторонах, Зубь  8 могут быть съемными и закрепленными посредством разъемных соединений на пластинах 6 и 7, Зубь  8 могут быть выполнены м заодно с пластинами 6 и 7, Между пластинами 6 и 7

с соблюдением промежутков дл  отвода стружки установлены скалывающие зубь  9. Каждый скалывающий зуб 9 св зан посредством соединительных элементов 10с каждой

из пластин 6 и 7 (и тем самым одновременно соедин ет эти пластины между собой) посредством , например, заклепочного, резьбового или иного известного соединени .

Режущие зубь  8 имеют переднюю 11 и

заднюю 12 грани, переднюю 13 и заднюю 14 кромки. Вершины режущих зубьев обозначены позицией 15.

Лини  образовани  режущих зубьев, котора  обозначена ef, соедин ет вершины

15 режущих зубьев 8. Ширина ножа 1 определ етс  размером по ширине его задней части 16 (фиг.1) и зависит от максимального диаметра Омакс срезаемого (перерезаемого) дерева 17. Кроме св зи между собой через

соединительные элементы 10 скалывающих зубьев, пластины 6 и 7 соединены между собой на участках 16 и 18 соединительными злементами 19 посредством заклепочно го, резьбового или иного соединени . Лини  ef

образовани  зубьев 8 находитс  под углом cf. и продольной оси ОЮа базовой машины 3, совпадающей с направлени ми ее движени  и надвигани  ножа 1.

Углы наклона передних 13 и задних 14

кромок режущих зубьев 8, а также передних 11 и задних 12 граней этих зубьев по отношению продольной оси OiOa базовой маши- ны могут быть выбраны на основе существующих рекомендаций, касающихс 

значений таких углов дл  поперечных и цепных пил

Учитыва , что угол а , определ ющий направление линии образовани  режущих зубьев ef по отношению к направлению подЈчи Oi02 задаетс  s задании нз проектирование ножа, то расположение кромок 13 и 14 и граней 11 и 12 режущих зубьев целесообразно выбирать относительно линии ef с

учетом угла «(значение которого принимаетс  в пределах 8 - 15.

Так, передн   грань 11 и передн   кромка 13 (по отношению к линии ef могут располагатьс  под углом ц в пределах от (45° - а ) до (100° - а ). Оптимальным расположение передних кромок 13 и грани 11 будет при значении угла ц (90° - а ), когда передн   кромка 13 будет располагатьс  перпендикул рно волокнам древесины при спиливании сто щих деревьев ориентировочно ( 0 90°).

Задние кромка 14 и грань 12 могут располагатьс  относительно линии ef в плане под углом Я в пределах от (а+ 10°)до (а+ 45 ). При этом передн   кромка 13 и задн   кромка 14 и, соответственно, передн   11 и задн   12 грани образуют между собой в плане угла у, определ емые из условий прочности зуба.

Каждый скалывающий зуб 9 имеет переднюю грань 20, котора  обращена в сторону , противоположную режущим зубь м 8. Плоскость, проход ща  через линии 21 и 22 пересечени .этой грани 20 с внутренними плоскост ми соответственно верхней 7 и нижней 6 пластин, пересекает продольную плоскость симметрии ножа (ее след на фиг.З показан линией ОзСМ) по линии 23 (обозначена штрихпунктирной линией с двум  точками ), котора  наклонена под острым углом Ј, к касательной 24, проведенной в указанной плоскости симметрии, параллельной плоскости чертежа (след которой ОзСМ) из точки N, соответствующей проекции на эту плоскость вершины одного из режущих зубьев 8 верхней 7 или нижней 6 пластины к дуге 25, описанной радиусом R , равным величине подачи на зуб Uz из точки М, соответствующей проекции на продольную плоскость симметрии вершины последующего режущего зуба той же пластины.

Касательна  24 (лини  NN) параллельна продольной оси машины ОчОа, а следовательно , и направлению надвигани  ножа.

На чертеже построение касательной 24 условно (из соображений упрощени  чертежа ) показано на верхней пластине 7, по: скольку такое построение в продольной плоскости симметрии будет аналогичным и точно совпадающим с показанным по месту расположени . Передн   грань 20 может быть пр молинейной или вогнутой, как показано на фиг.5, В последнем случае создаютс  наиболее благопри тные услови  дл  плавного перемещени  стружки. Линию 22 пересечени  грани 20 с внутренней плоскостью нижней пластины 6 в дальнейшем будет называть передней кромкой скалывающего зуба. Позицией 26 обозначим заднюю грань каждого скалывающего зуба 9. Дл  удобства последующего изложени  изобразим еще одну плоскость, обозначенную следом 27, перпендикул рную касательной 24 и продольной плоскости симметрии ножа (параллельные плоскости чертежа). След этой плоскости 27 на верхней 7 пластине

проходит через точки N и К.

Также как и лини  23 пересечени  передн   кромка 22 располагаетс  по отношению к плоскости, проход щей через касательную 24 (или ось ОЮ2) перпендикул рно продольной плоскости симметрии под углом Ј , а задн   грань 26 - по углом р . Плоскость, проход ща  через линий пересечени  передней грани 20 каждого скалывающего зуба с внутренними

плоскост ми верхней 7 и нижней 6 пластин (а в случае с пр молинейной гранью 20, сама эта грань 20) наклонена в сторону задней части 16 ножа и пересекает при этом продольную плоскость симметрии ножа (ее след

на фиг.З обозначен ОзОз) под углом к ней, равным 6 .

Величина углов Ј и б выбираютс  из соображений обеспечива  минимального усили  надвигани  ножа, а также сбеспечени  поворота, образующихс  при резании ,элементов на 90° (т.е. na envui их на бок) после взаимодействи  с передними гран ми 20 скалывающих зубьев 9 за относительно короткое врем . Указанный поворот элементов стружки на бок при обеспечении толщин этих элементов, с учетом упругого восстановлени , равными или меньшими по величине минимального рассто ни  b между внутренними плоскост ми

пластин 6 и 7 гарантирует значительное снижение усили  протаскивани  стружки через каналы 28 дл  отвода стружки между скалывающими зубь ми. Эти каналы значительно больше по ширине высоты элементов стружки с учетом ее увеличени  после упругого восстановлени .

Дл  обеспечени  соответстви  указанным услови м рассмотрим зависимость между усили ми, возникающими в продольной плоскости ножа, параллельной пластинам , при взаимодействии каждого из элементов стружки с передней гранью 20 скалывающего зуба.

Усилие РГр, действующее на грань 20,

раскладываетс  на составл ющие, одна из которых действует в направлении подачи ножа, т.е. параллельно линии NN или Oi02 (Рн), а друга  (F&-J действует в направлении, перпендикул рном этой линии или паралтогда Ргр

ельно плоскости 27, проход щей через лиию NK. Исход  из указанного, значение РГр ожно определить через усилие Рн:Ргр РН/ЗИ . а также через д PJj /cosЈ.

При значении угла Ј 90 усилие РГр равно усилию надвигани  Рн. При значении гла Ј 45° (составл ющие Р$ и Рн равны между собой, так как Рф sln45° Prp,cos45°. Исход  из этого за верхний предел угле Ј следует прин ть угол 45°, В этом случае усили  отрыва стружки и усилие надвигани  ножа оказывают одинаковое вли ние на движение стружки.

По мере снижени  угла Ј величина со- етавл кадей Рн уменьшаетс , а величина боковой составл ющей Рд увеличиваетс  (эффект клина). Эффект струпа- уаа- личывзе С5 с углемниен с угла g спнако спьгг показывает, что прм углах § до 10° достигаетс  минимальное снижение усилии л дальнейшее уменьшение эгоги угла че оказывает заметного уменьшени  усилие

Рн

По аналогии может быть обоснован оп|ммзл: .,ный пмдпазоч выбора угла д при рас смотренми зависимости между усили ми, возникающим1/ при взаимодействии кгждо- го из /элементов стружки с переднее гранью 20 вкалывающего зуба г продольной пьо- скости ножа, перпендикул рней его пластинам , Усилие ргр , действующее в n of; плоскости, игскладываетс  на состоалню- щме Р1 ни {см.фиг. 3.).

Уменьшение углов с и б ниже 10° привоцмт к узеличению гзбармтов но : . иелспу аз Счет удлинени  г.кзпк ающи1.: зубьев, кроме того, такое умены енмз y:: S- оЭ 4ыхугпов приводит к воличе:-п- ио времена поворота волокон дрееесины (т.е. поворота элементов стружки на бок).

Величине углов д, равно как и g , целесообразно выбирать Е диапазоне от 10 до 45°,

Из теории резани  известно, что волокна древесмны после прохождени  резце упруго восстанавливаютс , Поэтому, KSK было указано, минимальное рассто ние (b J между внутренними поверхност ми пластин 6 и 1 должно быть большим толщины элемента стружки с учетом.его упругого восстановлени  после прохода скалывающего зуба 9.

Ь1

U с +0,02 Б

+ 2иу

где Uc - рассто ние между проекци ми вершин (например, К и Кг смежных скалывающих зубьев на плоскость, перпендикул рную продольной плоскости симметрии ножа (слег

ОзО на фиг.З) и лежащей в ней касательной 24, проведенной из точки, соответствующей пооекции на эту плоскость симметрии вершины одного из режущих зубьев верхней

или нижней пластины к дуге, описанной радиусом R, равным величине подачи на зуб Uz из точки, соответствующей проекции на продольную плоскость симметрии ножа вершины последующего режущего зубатой

же пластины (направление надвигани  ножа );

Uy - величина упругого восстановлени  скалываемых волокон древесины, завис ща  от породы древесины и микрорадиуса

вершины К передней кромки KL задней грани 26 скалывающего зуба 9. Эта кромка задней грани 26 зуба обозначена позицией 29. Она образуетс  пересечением передней П)ани 20 с задней гранью 26, участвующей

v формировании дн пропила.

Что касаетс  Uy, то ее величина на практике может быть охарактеризована через минимальное значение коэффициента Пуассона г, вал1/ чин8 которого дл  древесины

может иметь значени  в пределах 0,02... и 83. Через зтот коэффициент величина Uy может быть выражена следующей зависимостью

)

где b и b - рассто ние между пластинами соответственно по мх плоскост м симметрии и внутренними плоскост ми, з

 алмчина 7J- {Ь - b ) характеризует толщину

«

каждой пластины ножа.

Учитыва , что минимальное значение коэффициента г 0,02. подставл ем найденное значение Uy в формулу длл о предо лени  Ь :

b1 UC -2--g- (b-bVo.02

.1. Дс +0.028 В итоге b fo2

Рассто ние Uy между проекци ми на плоскость 27 вершин скалывающего зуба и предшествующего ему ближайшего режущего зуба а направлении, параллельном продольной плоскости симметрии ножа, необходимо принимать большим величины упругого восстановлени  волокном после прохождени  режущего зуба. Это в равной степени относитс  в зубь м как верхней, так и нижней пластин, так как одни располагаютс  над другими,  вл ютс  противолежащими . Если через линию ef провести плоскость, перпендикул рную продольной плоскости симметрии ножа, то она пересечет плоскость 27 по линии, след которой проходит через точку N, Если спроектйровть

на плоскость 27 вершину скалывающего зуба К и вершины предшествующих ему ближайших режущих зубьев верхней и нижней пластин, то можно увидеть, что проекци  вершины скалывающего зубз отстоит от линии пересечени  плоскости 27 с плоскостью , проход щей через линию ef на большем рассто нии, чем проекции вершины указанных режущих зубьев. Разницы в этих рассто ни х составл ет Uy

Таким образом обеспечиваетс  сначала перерезание, а затем скалывание, в противном случае значительно увеличиваютс  усили  резани .

Дл  уменьшени  трени  задней грани 26 скалывающего зуба о дно пропила последн   наклонена под углом. р к плоскости подачи (т.е. плоскости, проход щей через точки NN1 перпендикул рно продольной плоскости симметрии ножа). Величина этого угла обычно принимаетс  в диапазоне от 5 до 10°.

Дл  уменьшени  трени  пластин 6 и 7 о стенки пропила и снижени  усили  трени  стружки в канале 28 внутренн   и наружна  плоскости каждой пластины могут быть выполнены сход щимис  относительно продольной плоскости ее симметрии 30 и 31

(ОбОб, ) под углом в направлении, противоположном смонтированным на этих пластинах режущим зубь м и перпендикул рном линии, проход щей через вершины этих зубьев. Согласно теории резани  значение угла / может быть прин то в пределах 3...6°.

Дл  нагл дности на фиг.4 нож показан в аксонометрической проекции, где штрих- пунктирной линией с двум  точками условно показан след продольной плоскости симметрии ножа. По отношению к этой плоскости передн   грань 20 скалывающего зуба наклонена под углом д .

Нож дл  силового резани  древесины работает следующим образом.

Нож 1 надвигаетс  на ствол дерева 17 при помощи базовой машины 3 (или любого привода) поступательным движением в направлении стрелки, указанном на чертеже. При этом в первую Очередь в соприкосновен ние со стволом 17 вход т режущие зубь  8 нижней б и верхней 7 пластин. Режущие зубь  8 перерезают волокна древесины поперек ее волокон на рассто нии друг от друга , равном рассто нию между вершинами зубьев, измеренному в направлении, перпендикул рном продольной плоскости симметрии ножа. На фиг.7 схематически показаны траектории (линии) прохода зубьев нижней и верхней пластин 6 и 7 (сами

пластины 6 и 7 условно не показаны). Таким образом, зубь  8 нижней и верхней пластин формируют неотделенный ломоть 2 древесины При дальнейшем движении ножа 1 нэ 5 ломоть 32 надвигаетс  скалывающий зуб 9, который своей вершиной внедр етс  в ломоть с нижнего конца и начинает его отрывать от основного ствола 17 дерева. Расщепление ломт  32 начинаетс  снизу и

0 одновременно воздействием передних кромок 29 и 22 частицы древесины начинают отходить от ломт  32, Так как передн   грань 20 скалывающего зуба 9 наклонена по отношению к двум плоскост м: под углом Ј и к

5 плоскости подачи, т.е. плоскости, проход щей через касательную 4, перпендикул рно к продольной плоскости симметрии ножа, и под углом 5 к продольной плоскости симметрии ножа, го отрезанные элементы

0 стружки принудительно поворачиваютс  на 90° (на бок) в положение, при котором волокна древесины располагаютс  параллельно продольной плоскости симметрии ножа или вдоль внутренней плоскости ниж5 ней пластины. Наименьшее рассто ние b между пластинами 6 и 7 по их внутренним плоскост м прин то такой величины, чтобы не было заклинивани  стружки в канале 28. Зт е условие соблюдаетс , если толщина

0 стружки 33 (Uc) с учетом ее уг-р тсгс восстановлени  будет меньше, чем рассто ние b .

Математически это условие выражено указанной формулой дл  определени  зна5 чени  b .

Если стружку толщиной Uc повернуть скалывающим зубом на 90°, то осевой толщиной она заполн ет пространство между внутренними плоскост ми пластин 6 и 7, В

0 действительности толщина стружки Uc больше на величину упругого восстзнозле- ни  плоскостей резани  кромками 29 двух смежных скалывающих зубьев, т.е. на величину 2 Uy.Таким образом, рассто ние b

5 между пластинами 6 и 7 должно быть равно или больше, чем величина Uc - 2Uy. Соблюдение этого услови  позвол ет стружке 33, направленной своими волокнами вдоль пластин 6 и 7, свободно проходить между ними

0 в направлении, показанном стрелкой 34.

При дальнейшем движении ножа под действием напора последующих откалываемых частиц предшествующие элементы стружки будут выпадать или в окно 4, или

5 чарез заднюю часть 16 ножа 1.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Нож дл  силового резани  древесины, содержащий разнесенные симметрично относительно продольной плоскости симметрии и неподвижно соединенные между собой нижнюю и верхнюю пластины с противолежащими р дами смонтированных на них режущих зубьев, а также установленные между пластинами с образованием промежутков скалывающие зубь , передн   грань каждого из которых обращена в сторону , противоположную режущим зубь м, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  усилий резани , плоскость, проход ща  через линии пересечени  передней грани каждого скалывающего зуба с внутренними плоскост ми верхней и нижней пластин, наклонена в сторону задней части ножа и пересекает продольную плоскость симметрии ножа под углом 10 - 45°,

   й

   а наименьшее рассто ние между внутренними плоскост ми пластин определ етс  из зависимости

   5, Uc -f 0,02В

   b -щ-

   где ис - рассто ние между проекци ми вершин смежных скалывающих зубьев на пло- 10 скость, перпендикул рную продольной плоскости симметрии ножа и направлению надвигани ;

   В - рассто ние между плоскост ми сим- 15 метрии верхней и нижней пластин.

   .;

   Вид А

   Ь-у

   rv

   В - 8 подернуто

   №

   30

   /Off

   Фиг. 6

   23 22

   34