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