Колінчасті вали лісопиляльних рам

Для двошатунних лісопиляльних рам використовують вали з однією віссю, на кінцях якої закріплені маховики з противагами та цапфами. Одношатунні лісопиляльні рами майже завжди мають вал, що складається із двох напівосей, на внутрішніх кінцях яких закріплені маховики з противагами (рис. 1.33). В цих маховиках закріплюється палець, на який одівається головка шатуна. Приводний шків закріплюється на зовнішньому кінці одної напівосі. Колінчастий вал опирається на два підшипники. У одношатунних лісопиляльних рам це роликові дворядні сферичні підшипники, що допускають значний вигин валу під дією сил інерції. Опори валу двошатунних лісопиляльних рам, як правило, перебувають в дворядних роликових циліндричних підшипниках, так як такі вали більш жорсткі та не вигинаються.

Приводний шків у важких двошатунних лісопиляльних рамах звичайно розміщують посередині між опорами. У легких рамах його часто поєднують з маховиками. Маховики з противагами бувають суцільні, литі та складеними із кривошипів та закріплених до них ободів. Кривошипи насаджують на осі та напівосі за пресовою насадкою.

Колінчасті вали із маховиками, до яких за допомогою болтів закріплені ободи, зручні в демонтажі. Для цього достатньо від'єднати ободи маховиків, зняти кришки підшипників, підняти та відсунути вал в сторону. В одношатунних лісопиляльних рамах з монолітними маховиками вийняти колінчастий вал значно складніше.

Рис. 1.33. Колінчастий вал одношатунної лісопиляльної рами: 1,9 – напівосі; 2 – підшипник; 3 – кришки; 4 – кріпильні гайки; 5 – маховики; 6 – кришки опори; 7, 11 – гайки регулювання зазорів в підшипнику головки шатуна та пальці; 8 – конусна втулка; 10 – фундаментна плита; 12 – палець; 13 – клемовий затискач; 14 – ущільнення; 15 – шків

Привод колінчастого валу зазвичай здійснюють через плоскопасові передачі. Причиною цього є нерівномірність кутової швидкості колінчастого валу. За кожний цикл швидкість валу два рази збільшується та два рази уповільнюється в залежності від положення пилкової рамки. На рис. 1.34 показаний графік кутової швидкості лісопиляльної рами РД75-6. Найбільше уповільнення в період робочого ходу досягає δ = 13%. Плоско- пасова передача за рахунок еластичності відносно довгого паст- та часткової пробуксовки його на ведучому шківу добре працює ν цих важких умовах. Під час з'єднання паса методом вулканізації, розробленим ЦНДІМОДом, нас може працювати без ремонту до повного зношення 6-10 місяців.

Рис. 1.34. Графік кутової швидкості колінчастого валу лісопиляльної рами РД75-6

Завод "Северньш коммунар" (Росія) та ряд зарубіжних фірм пробували замінити пласкі паси на клиноподібні. На перших порах обидва шківи були з доріжками. За такої конструкції нерівномірність кутової швидкості обертання колінчастого валу передавалась на вал електродвигуна, який починав працювати в режимі маховика. Кріплення ротора на валу швидко розбовтувалося. Спроба покращити умови роботи електродвигуна за рахунок деякого пом'якшення динамічних навантажень шляхом встановлення гладкого веденого шківа відчутного покращення не дала. Встановлення контрприводу, з'єднаного з електродвигуном еластичною муфтою, ускладнило конструкцію та теж не дало радикального рішення.

Особливістю роботи колінчастого валу одношатунних лісопиляньних рам є його циклічний вигин. Як показали розрахунки та заміри, кінець валу зі сторони шківа лісопиляльної рами РД75-6 коливається у вертикальному напрямку з розмахом 4-6 мм. За клиновидних пасів це визиває додаткові циклічні радіальні сили, які разом з циклічно нерівномірними коловими силами приводили до поламання валу біля ступиці шківа. Великий вплив на роботу колінчастого валу чинить розміщення пасової передачі. Найбільш сприятливі умови створюються, коли лінія, що з'єднує осі шківів лісопиляльної рами та електродвигуна, перпендикулярна напрямку руху пилкової рамки.

За цієї причини майже всі виробники повернулись до пласко- пасової передачі в приводі колінчастого валу. Для двошатунних високошвидкісних та важких рам завжди використовували тільки пласко- пасові передачі. В тихохідних двошатунних лісопиляльних рамах, особливо в пересувних, де зменшення розмірів пасової передачі суттєво важливо, використовують клинописові збільшеної довжини з переважно тонкими пасами типу О або А довжиною 2500 мм та більше. При цьому передбачають первинну пласкопасову передачу від електродвигуна або двигуна внутрішнього згоряння на контрпривод і тільки від нього до колінчастого валу клиноподібними пасами. Маховики колінчастих валів акумулюють кінетичну енергію, віддаючи частину її в період робочого та холостого ходів на процес пиляння та розгону пилкової рамки і роблячи запас її в період уповільнення швидкості пилкової рамки. Момент інерції маховика

(1.16)

де: - надлишкова робота на розгін пилкової рамки та процес

пиляння в першій половині робочого ходу, Дж;

δ – уповільнення кутової швидкості колінчастого валу.

Маса маховика (кг):

(1.17)

де: К – відстань центра маси маховика від осі обертання, м.

Надлишкова робота визначається як сума робіт на розгін пилкової рамки, поступовий рух верхньої головки, половини маси стрижня шатуна, пил на зрізання стружок, із врахуванням втрат на тертя повзунів та в опорах.

Сприятливі умови роботи колінчастого валу створюються під час найбільшого полегшення приводного шківа. Використання махової маси шківа в якості додаткової до маховиків вимагає відповідного збільшення перерізу колінчастих валів, забезпечення особливо міцної насадки шківа на вал і практикується в двошатунних рамах. Маховики завжди об'єднують з противагами. Противаги повністю урівноважують сили інерції всіх мас, що обертаються та частково вертикальну силу інерції пилкової рамки. В сучасних швидкохідних лісопиляльних рамах надлишкова маса противаги урівноважує 0,25-0,4 вертикальної збурювальної сили. Противаги конструктивно виконують як приливи маховиків або як накладки до маховиків зі сторони протилежної цапфам шатунного пальця.

Ободи маховиків використовують також для гальмування колінчастого валу. Найбільше розповсюдження отримали стрічкові гальма з накладками із нерадо або інших фрикційних матеріалів. Привод гальм – механічний. На деяких моделях лісопиляльних рам встановлюють дублювальні гідравлічні приводи гальм. Вони суттєво полегшують роботу оператора, але за умовами техніки безпеки необхідні ручні гальма, що гарантують зупинку колінчастого валу у любих випадках.

Механізм урівноваження сил інерції. Всі механізми урівноваження сил інерції першого та наступних порядків мають надлишкові противаги, що обертаються у зустрічних з колінчастим валом напрямках. Серійно випускаються декілька типів лісопиляльних рам з повним урівноваженням сил інерції. На рис. 1.35 показані чотири конструкції таких механізмів. Механізм повного урівноваження сил інерції першого порядку лісопиляльної рами РП конструкції ВНДІМАШа та Новозибківського верстатобудівного заводу (Росія) показаний на рис. 1.35,а.

Рис. 1.35.Механізми повного урівноваження сил інерції: а, г – приставні; б, її – фронтальні суміщені

Шатун 3 з'єднаний із цапфою маховика 4 та кривошипом 5 механізму додаткового урівноваження збуджуючих сил. Зубчасті передачі механізму 2 забезпечують синхронне обертання додаткової противаги 1 назустріч маховику 4. На лісопиляльній рамі встановлені два механізми додаткового урівноваження сил інерції. Компенсація неспіввісностей механізмів забезпечується сухарем в головці кривошипу 5. Перша та друга гармоніки збуджуючих сил на лісопиляльній рамі "Superior" (США) урівноважуються обертанням у зустрічному напрямку противаг 1 (рис. 1.35, б), вали яких з'єднані зубчастими колесами, розміщеними в кожусі 2. Шатуни 3 переміщуються у фронтальній площині, пилкова рамка рухається прямолінійно.

В лісопиляльній рамі ВНДІМАШа та Данилівського заводу деревооброблювальних верстатів (Росія) механізм повного урівноваження (рис. 1.35, в) збуджуючих сил розміщений знизу станини. В корпусі механізму розміщені два синхронізуючих зубчастих колеса, які забезпечують зустрічне обертання маховиків 1 та шатунів 2. В цій лісопиляльній рамі пилкова рамка 3 переміщується за криволінійною траєкторією. Лісопиляльна рама "Естерер" (Німеччина) обладнана двома додатковими урівноважуючими механізмами (рис. 1.35, г). В корпусі механізму 1 розміщена противага, яка за допомогою зубчастого планетарного пристрою синхронно обертається назустріч кривошипу 2, з'єднаному з головкою шатуна 3. Механізми 1 додаткового урівноваження сил інерції закріплюються до балок 4 або рами, на якій закріплюється також станина лісопиляльної рами. Механізм урівноваження 1 виконаний в блоці з гідравлічним механізмом приводу подачі 6, що з'єднаний трубопроводами 7 з автономними гідроприводами. Керування гідроприводом – через тягу 5 та важіль 8. Перевагою таких механізмів є можливість встановлення їх для модернізації на лісопиляльні рами з частковим урівноваженням збуджуючих сил. Механізми на рис. 1.35, б і в більш ефективні, але вимагають повної відмови від традиційної схеми та розміщення шатунів у фронтальній площині. Вони придатні тільки для нових моделей лісопиляльних рам. Всі чотири типи механізмів урівноваження забезпечують нормальну роботу лісопиляльних рам на фундаментах мінімальної маси.

Механізми подачі. Конструктивно механізми подачі [59-64] складаються із трьох частин: системи подавальних вальців або ланцюгового конвеєра, що проходить через раму, варіатора швидкості подачі, приводу. Механізми синхронізованої подачі завжди жорстко зв'язані з колінчастим валом. Механізми безперервної подачі у більшості випадків мають автономний привод від електродвигуна. В лісопиляльних рамах застарілих моделей механізми безперервної подачі з'єднувались з колінчастими валами пасовою передачею.

Колоди подаються вальцями із шипами. Шипи вкручуються у вальці, або часто використовуються змінні кільця з шипами. Під час зношення шипи або кільця заміняють. Висота шипів 20-25 мм. Шипи входять в поверхневий шар колоди (в заболонь), залишаючи в ній заглиблення до 10 мм, які не впливають на вихід пиломатеріалів. Глибина входження визначається станом деревини (свіжезрублена, мерзла), гостротою шипів, силою притиску верхніх вальців. Надмірне вдавлювання вальців погіршує умови пиляння, так як не дозволяє колоді сповільнювати швидкість руху в момент припинення пиляння за рахунок деформацій деревини. Бруси подаються рифленими вальцями, які не пошкоджують поверхонь та забезпечують необхідну силу тяги за рахунок пружних деформацій та сил тертя. Нижні вальці з'єднуються з варіатором або коробкою передач жорстко через зубчасті колеса. Привод верхніх вальців – через ланцюгові передачі. Роль верхніх вальців в переміщенні колоди та бруса зазвичай допоміжна. В основному їх функція зводиться до притиску колоди або бруса та базування. Привод на верхні вальці необхідний для полегшення їх набігання на колоду (брус) в момент заходу в лісопиляльну раму. Перспективною є конструкція нижнього вальця з підпружиненими секційними кільцями та фрикційною муфтою, яка забезпечує сприятливі умови пиляння під час безперервної подачі. Такий валець за рахунок деформації пружин забезпечує можливість сповільнення швидкості переміщення колоди (бруса) під дією сил опору подачі зі сторони пил та повну їх зупинку в кінці робочого ходу за рахунок проковзування фрикційних дисків в муфті.

Конструкція варіаторів швидкості подачі в першу чергу визначається типом механізмів подачі. В лісопиляльних рамах з безперервною подачею – це всім відомі механічні, гідравлічні та електричні варіатори. Вони забезпечують зміну швидкостей та реверсування подачі в необхідному діапазоні. На вітчизняних двоповерхових лісопиляльних рамах традиційно використовують високонадійні електродвигуни постійного струму, що живляться від окремо регульованого перетворювача змінного струму. Позитивно зарекомендували себе в роботі на лісопиляльних рамах багатошвидкісні коробки передач. Привод коробок передач або варіаторів на сучасних лісопиляльних рамах здійснюється від окремого електродвигуна. Механізмом подачі керують дистанційно з пульта.

В гідравлічних механізмах синхронізованої подачі її величина змінюється за рахунок регулювання витрат масла або зміни розмаху руху однієї із ведучих ланок. На рис. 1.35, г показана гідропомпа 6, яка з'єднана через систему нециліндричних зубчастих передач з корінним валом. Гідропомпа обертається із змінною кутовою швидкістю та за рахунок цього забезпечує синхронізовану зі швидкістю різання подачу вальців. Потік масла від гідропомпи 6 маслопроводами іде до гідроприводу, з'єднаному з вальцями. Величина подачі за цикл визначається положенням важеля 8, через систему тяг 5 з'єднаного з важелем керування. Вимикаючи вузол синхронізації, можна перевести механізм в режим роботи з безперервно- постійною швидкістю подачі.

ЦНДІМОДом розроблений для двоповерхових лісопиляльних рам механізм синхронізованої подачі. Помпа змінної продуктивності з'єднана муфтою з колінчастим валом. Миттєва продуктивність помпи змінюється синхронно в залежності від положення колінчастого валу. В момент знаходження пилкової рамки в зонах нижньої мертвої точки та верхньої мертвої точки подача повністю припиняється. Помпа з'єднується з гідродвигуном та забезпечує можливість пиляння на двоповерхових лісопиляльних рамах з посилками від 0 до 65 мм за оберт. За любої продуктивності закономірність зміни потоку масла постійна та близька до синусоїдальної. За останні роки ряд фірм почав випускати лісопиляльні рами з автономними гідравлічними приводами на кожний подавальний валець. Закономірність зміни швидкості в цьому випадку може бути любою. Вона визначається помпою, до якої під'єднані всі гідродвигуни. Кожний гідродвигун для синхронізації швидкостей різання отримує масло від своєї автономної секції помпи.

Станина. Одно- та півтораповерхові лісопильні рами зазвичай мають нерозбірні литі або зварні станини, до яких закріплюються всі основні вузли та механізми. Литі станини краще гасять вібрації. Станини двоповерхових лісопиляльних рам для зручності збирають із трьох або чотирьох блоків: фундаментної плити з колінчастим валом; нижніх боковин та поперечних зв'язків; верхніх боковин з воротами або поперечними зв'язками; верхнього зв'язку. Найбільш вдосконалені конструкції поставляють повністю зібраними та відрегульованими блоками: нижній блок – фундаментна плита з колінчастим валом та шатуном; середній блок – боковини з поперечними зв'язками, механізмом подачі, направляючим апаратом; верхній блок – боковини зі зв'язками, направляючими пилкової рамки, вальцями та воротами. Пилкова рамка та електродвигун приводу колінчастого вала поставляють окремо.