Pilarka ramowa pionowa do obróbki drewna

Twórca –
Maciej Sydor
Zgłaszający/uprawniony – Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego w Poznaniu
Zgłoszenie patentowe do Urzędu Patentowego RP
nr 357962
Data publikacji w BUP 2002/12/23
Pilarka ramowa pionowa do obróbki drewna
Poznań, 2002
Pilarka ramowa pionowa z piłami o zębach naciętych wzdłuż linii
wypukłej do kierunku posuwu przeznaczona do obróbki drewna
Przedmiotem wynalazku jest pilarka ramowa pionowa z piłami posiadającymi uzębienie
nacięte wzdłuż linii krzywej wypukłej, zwłaszcza wycinka koła oraz wyposażonymi w
zęby dwukierunkowego skrawania o dodatnich kątach natarcia w obu kierunkach
przeznaczona do obróbki drewna.
Stan techniki
Pilarka ramowa pionowa służy do przerobu materiału
okrągłego (kłód) na materiały tarte (tarcicę). Narzędzie,
zespół pił tzw. sprzęg wykonuje ruch prostoliniowy
postępowo – zwrotny. Natomiast kłoda wykonuje ruch
posuwowy wymuszany układem walców posuwowych i w
wyniku tego jest rozpiłowywana przez sprzęg pił wzdłuż
włókien.
Piły trakowe znane są jako piły o prostoliniowym
kształcie mające uzębienie rozmieszczone wzdłuż linii
prostej. Sprzęg pił wykonuje na przemian: ruch roboczy w
dół oraz ruch jałowy w górę uzyskiwane w wyniku
zastosowania mechanizmu korbowego w napędzie
obrabiarki. Prędkość v tych ruchów jest zmienna i osiąga
wartość maksymalną ( v  max . ) w pobliżu połowy skoku
oraz minimalną ( v  0 ) w górnym i dolnym położeniu
zwrotnym. Wartość prędkości pił w funkcji kąta obrotu
korby mechanizmu korbowego wyraża się zależnością:
r


v    r  sin  
sin 2  .W skrajnych (górnym i
2L


dolnym)
położeniach
ramy
występują
wybitnie
niesprzyjające warunki obróbki: w bliskości tych położeń
krawędzie tnące zębów pił mają prędkość skrawania bliską
0 ( v  0 ) co przy stałej prędkości p posuwu materiału (p =
idem) sprawia, wartość posuwu na ostrze  z przyjmuje
wartości maksymalne (  z  max . ).
Na początku ruchu jałowego zęby pił ocierają się
(powierzchnią przyłożenia) o dno szczeliny rzazu kłody i są
odpychane w kierunku przeciwnym do posuwu. Jest to
zjawisko bardzo niekorzystne gdyż zęby pił są
przystosowane tylko do cięcia jednokierunkowego.
Następuje nagrzewanie się piły skutkiem czego jest jej
gorsza praca, narzędzie traci sztywność, co powoduje tzw.
„błądzenie” piły oraz zmniejsza się jej trwałość. W celu
złagodzenia ujemnych skutków tego zjawiska, w
2
większości starszych konstrukcji pilarek ramowych pionowych stosowano posuw
przerywany w trzech odmianach: podczas ruchu roboczego piły (w dół), podczas jej ruchu
jałowego (w górę) oraz posuw mieszany będący kombinacją dwóch poprzednich. Systemy
te, obecnie już nie stosowane, wymagały skomplikowanych układów mechanicznych
(dodatkowe korbowody – łączniki, koła i zapadki cierne itp.) do przekazywania napędu
walców posuwowych od napędu głównego ramy piłowej.
Współczesne rozwiązania pilarek ramowych pionowych mają, praktycznie biorąc,
wyłącznie system posuwu ciągłego (co kiedyś było rzadkością) napędzanego z odrębnego
silnika, niezależnie od napędu głównego ruchu ramy piłowej (trakowej). Na powszechne
zastosowanie tego systemu pozwoliły, przede wszystkim, udoskonalone materiały
narzędziowe pił dostatecznie wytrzymujące powstające podczas ruchu jałowego ramy,
obciążenia. Mimo tego system ten wymaga jednak przechylenia sprzęgu pił w kierunku
posuwu w celu ograniczenia tarcia zębów o dno rzazu podczas ruchu pił w górę. W ten
sposób piły jakby „uciekają” podczas ruchu jałowego przed nacierającą na nie kłodą.
Sprzęg pił jest pochylony pod określonym kątem γ zwanym przechyłką lub nakłonem.
Wartość przechyłki jest zależna od wartości posuwu na ząb Δz (im większy posuw na ząb,
tym większa wartość przechyłki). Przechyłkę ramy uzyskuje się i reguluje przez
przestawienie dolnych prowadnic ramy trakowej. Przestawianie to jest napędzane
odrębnym silnikiem. We współczesnych rozwiązaniach traków pionowych wartość
przechyłki jest regulowana automatycznie w ścisłym powiązaniu z napędem posuwu.
regulacja ta wymaga układu mechanicznego (przestawianie prowadnic dolnych ramy) i
elektronicznego (sprzężenie prędkości obrotowej silnika na prąd stały napędzającego układ
posuwowy z prędkością obrotową silnika napędu przestawiania prowadnic dolnych, czyli
regulacji wartości przechyłki ramy).
Są znane i od dawna stosowane niektóre piły ręczne do drewna posiadające zęby
dwukierunkowego skrawania z ujemnym kątem natarcia. Służą one do ręcznego
przecinania drewna, głównie okrągłego w poprzek włókien. Niemożliwe jest
zastosowanie takiej piły do ręcznego przecinania wzdłuż włókien z uwagi na bardzo duże
opory skrawania, które powodują nieuchronne zakleszczenie się piły w szczelinie rzazu.
Piły ręcznej nie można zastosować jako narzędzia do pilarki ramowej.
3
Opis wynalazku
Pilarka ramowa pionowa według wynalazku jest wyposażona w piły o uzębieniu
dwukierunkowego skrawania podobnie jak w przypadku stosowanych dotychczas do
przecinania w poprzek włókien niektórych pił ręcznych. Piły pilarki wg wynalazku w
odróżnieniu od wspomnianych pił ręcznych posiadają:
- zęby o dodatnim kącie natarcia (fig 2),
- zęby nacięte wzdłuż linii krzywej w celu uzyskania zbliżonej do stałej wartości
posuwu na ząb (fig 1),
- zęby o wklęsłej, dwuskośnej powierzchni przyłożenia (fig 1, fig 2),
- służą do przecinania drewna wzdłuż włókien,
- piła nie wykonuje ruchu posuwowego a ruch roboczy odbywa się wzdłuż linii prostej,
- można je zastosować jedynie w pilarce ramowej; przewidziane są specjalnie do
pilarki wyposażonej w korbowodowy mechanizm napędowy,
Aby umożliwić dwukierunkowe skrawanie wzdłuż włókien, ze zbliżoną do stałej
prędkością posuwu na ząb oraz uniknąć wzrostu oporów skrawania należy rozwiązać:
- przyjęcie odpowiedniego kształtu zęba dwukierunkowego skrawania o dodatnim
kącie natarcia, wklęsłej powierzchni przyłożenia oraz zaokrąglonym profilu szczeliny
międzyzębnej oraz poszerzonego u wierzchołka. Istnieją dwie możliwości uzyskania
koniecznego i stosowanego w dotychczasowych piłach poszerzenia uzębienia:
a) odpowiednie ukształtowanie wierzchołka zęba, np. przez napawanie
stellitu, co się obecnie również niekiedy stosuje,
b) rozwieranie całych zębów – w taki sam sposób, jak w obecnym stanie
techniki,
- krzywiznę linii zębów piły należy wyznaczyć z zależności kinematycznych.
Pilarka ramowa pionowa wyposażona w zestaw pił o wypukłej linii zębów
dwukierunkowego skrawania posiada szereg zalet w stosunku do pilarki wyposażonej w
zwykłe piły o zębach jednokierunkowych naciętych wzdłuż linii prostej.
1. Istotne uproszczenie budowy traka, gdyż nie jest wymagana przechyłka ramy.
Dzięki temu eliminuje się:
a) Przestawne usytuowanie prowadnic dolnych ramy. Mogą one być
mocowane na stałe do korpusu ramy, czyli tak, jak górne), co upraszcza
konstrukcję.
b) Mechaniczny układ napędu przestawiania prowadnic dolny (m.i. silnik
elektryczny, przekładnia łańcuchowa, przekładnia ślimakowa,
mechanizm śrubowy).
c) Elektroniczny układ sprzężenia napędu posuwu z napędem przechyłki.
Wyżej wymienione uproszczenia konstrukcji powinny w zauważalnym
stopniu spowodować obniżenie ceny traka w porównaniu z trakiem o
konstrukcji
dotychczasowej,
o
tych
samych
parametrach
eksploatacyjnych.
2. Zęby pił nacięte wzdłuż linii wypukłej do kierunku posuwu sprawiają, że (przy
stałym posuwie i zerowym kącie przechyłki) podczas ruchu roboczego ramy pilarki,
4
który odbywa się ze zmienną prędkością zachowana jest w przybliżeniu stała
wartość posuwu na ząb.
3. Brak suwu jałowego sprzęgu pił, czyli większa wydajność
4. Brak niekorzystnego zjawiska tarcia powierzchnią przyłożenia zębów pił o dno
rzazu co przyczyni się do wzrostu żywotności narzędzia i poprawy jakości
piłowania
Schemat pilarki wg wynalazku przedstawiony jest na fig 1. Pilarka wyposażona jest w
korbowy mechanizm przeniesienia napędu z silnika na sprzęg pił, walce mechanizmu
posuwowego oraz piły krzywoliniowe.
Piła pilarki wg wynalazku przedstawiona na fig 2; posiada zęby dwustronnego
skrawania (szczegół A) o wklęsłej powierzchni przyłożenia 1 oraz o dodatnim kącie
natarcia w ruchu w górę 2 oraz w dół 3. Linia zębów jest nacięta wzdłuż linii krzywej,
wypukłej do kierunku posuwu 4 (zwłaszcza wycinka koła). Optymalnym kształtem takiej
krzywizny jest promień R0.
Fig 3 przedstawia zęby piły w powiększeniu, zaznaczony kąt natarcia jest większy od
zera (>0) natomiast dno szczeliny miedzy zębami jest zaokrąglone promieniem R1 w celu
łatwiejszego spływania wióra.
Sposób mocowania piły umożliwia zastosowanie jej w typowych pilarkach ramowych.
Zastrzeżenia patentowe
1. Pilarka ramowa pionowa do obróbki drewna wyposażona w sprzęg pił napędzany
mechanizmem korbowym z n a m i e n n a tym, że stanowiące uzębienie pił zęby
(fig. 3) są nacięte wzdłuż linii krzywej, wypukłej względem kierunku posuwu
obrabianego materiału.
2. Pilarka ramowa wg zastrzeżenia l z n a m i e n n a tym, że zęby (fig. 3) mają
dwie powierzchnie natarcia 6 (fig. 2) o wklęsłej powierzchni przyłożenia oraz
dodatnim kącie natarcia w obu kierunkach.
3. Pilarka ramowa wg zastrzeżenia 1 z n a m i e n n a tym, że wręby międzyzębowe
8 (fig. 3) pił mają kształt krzywoliniowy wklęsły.
5
Fig 1
6
Fig. 2
7
Fig. 3
Fig. 4
8