устройство резки твердых материалов

Формула изобретения

1. Устройство для резки твердых материалов, преимущественно камня, включающее корпус пилы, имеющий периферийную дорожку качения, приводное кольцо, снабженное режущими элементами и внутренней дорожкой качения, подвижно закрепленное на корпусе пилы посредством подвижно установленных тел качения, затяжной приводной механизм, состоящий по меньшей мере из одной пары ведущих конических роликов, привод и корпус устройства, отличающееся тем, что корпус пилы выполнен с сегментной выемкой, в которой установлен затяжной приводной механизм таким образом, что пара ведущих конических роликов, установленная в сегментной выемке корпуса пилы симметрично относительно его срединной плоскости, создает необходимое контактное давление на кольцевых фасках, имеющихся на боковых плоскостях приводного кольца, для обеспечения кинематической связи приводного кольца с приводом устройства, а тела качения установлены в дорожках качения корпуса пилы и приводного кольца через проем на периферии корпуса пилы, оснащенного съемной заглушкой с сегментным пазом, идентично дополняющим дорожку качения корпуса пилы.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус пилы имеет внутренние пазы для подачи в зону резания охлаждающих смесей, например, воды.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что корпус пилы и приводное кольцо оснащены более одной периферийными дорожками качения.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что приводное кольцо в поперечном сечении имеет Т-образную форму и устройство оснащено по меньшей мере, одной парой упорных роликов.

5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что упорные и ведущие конические ролики оснащены демпфирующими устройствами.

6. Устройство по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что на конические поверхности ведущих роликов нанесено фрикционное покрытие.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, отличающееся тем, что размеры тел качения через одну имеют одинаковую величину.

8. Устройство по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что ведущие конические ролики имеют возможность изменения направления контактного давления.

9. Устройство по любому из пп. 1-8, отличающееся тем, что кольцевая часть сегментной выемки корпуса пилы является съемной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для обработки различных твердых материалов резанием при помощи кольцевой пилы, например камнеобработки, а более конкретно - к обработке камня при помощи кольцевой пилы.

В настоящее время для обработки различных твердых материалов резанием широко используются дисковые пилы. Однако их применение для осуществления сравнительно глубокого резания не эффективно, так как диаметр диска пилы должен примерно в три раза превосходить глубину резания, и габаритные размеры режущего инструмента получаются чрезмерно большими, что приводит к увеличению габаритов самого станка, повышению цены инструмента, станка и выпускаемой продукции.

Для осуществления глубокого резания в твердых материалах, при умеренных скоростях выполнения технологического процесса, известно применение режущих инструментов в виде кольцевых пил.

Известна, например, кольцевая пила, содержащая приводное кольцо с режущими элементами, установленное на неподвижной опоре на подшипнике (SU 273702; МКИ В 28 D 1/12; Бюллетень "Открытия, Изобретения" 20, 1970г.) или подвижно закрепленное между двумя неподвижными щеками (SU 605971; МКИ В 28 D 1/12; Бюллетень "Открытия, Изобретения" 17, 1978г.), и привод.

Недостатками этих пил являются сравнительно большая толщина приводного кольца с режущими элементами, обусловленная необходимостью обеспечения достаточной жесткости предложенной конструкции инструмента, высокая загруженность направляющих качения приводного кольца и сравнительно невысокая скорость резания. Большая толщина режущего инструмента приводит к увеличению ширины пропила, что, в свою очередь, требует увеличения сил резания и является причиной роста затраченной удельной энергии, необходимой для осуществления процесса резания, и расхода сравнительно дорогих режущих элементов. Кроме того, увеличивается расход обрабатываемого материала. Следует также отметить, что высокая загруженность направляющего аппарата сокращает срок службы пилы, а низкая скорость резания ограничивает возможность использования современных режущих элементов, например алмазных брикетов, эффективно работающих при высоких скоростях резания. При увеличении глубины резания и при осуществлении наклонного реза, особенно при отрицательных углах наклона режущего инструмента, существенно осложняется подача охлаждающей жидкости в зону резания, что приводит к чрезмерному расходу охлаждающей жидкости (воды), а также отрицательно влияет на долговечность режущих элементов.

Часть приведенных недостатков устранена в предложенной нами конструкции кольцевой пилы (Патент RU 2146612; 25.06.1999г.).

Однако, как показали проведенные нами испытания, предложенная конструкция кольцевой пилы обеспечивает нормальное функционирование при сравнительно невысоких скоростях (до 10 м/сек) и ограниченной мощности привода (до 15 кВт). Для обеспечения передачи большей мощности приводному кольцу усилие, необходимое для передачи движения, действующее на приводное кольцо со стороны затяжного приводного механизма, приходится увеличивать настолько, что оно создает радиально неравномерное деформированное состояние приводного кольца по его периметру. Это ухудшает условия перекатывания тел качения, что является причиной снижения кпд кольцевой пилы и ограничивает величину скорости резания. Кроме того, для нормального функционирования кольцевой пилы требуется обеспечить установку максимального количества тел качения без существенного увеличения зазора между окружностью, огибающей тела качения, и внутренней окружностью приводного кольца. Также необходимо обеспечить достаточно точную установку на станке затяжного приводного механизма относительно приводного кольца и корпуса пилы, чтобы обеспечить как вращение приводного кольца в ее серединной плоскости, так и равномерное распределение контактного давления и передающего вращающего момента между ведущими коническими роликами.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства с кольцевой пилой для резания твердых материалов с таким конструктивным выполнением, которое позволило бы осуществить процесс резания при высоких скоростях, обеспечивая долговечность режущих элементов пилы.

Эта задача решена созданием устройства для резания твердых материалов, преимущественно камня, включающего корпус пилы, снабженный сегментной выемкой, периферийной дорожкой качения и проемом с заглушкой, приводное кольцо, снабженное режущими элементами и внутренней дорожкой качения, подвижно закрепленное на корпусе пилы посредством подвижно установленных тел качения, затяжной приводной механизм, состоящий по меньшей мере из одной пары ведущих конических роликов, привод и корпус устройства, отличающегося тем, что корпус пилы и затяжной приводной механизм закреплены на корпусе устройства таким образом, что пара ведущих конических роликов, установленная в сегментной выемке корпуса пилы симметрично относительно его серединной плоскости, смещаясь, создает необходимое контактное давление на кольцевых фасках, имеющихся на боковых плоскостях приводного кольца, обеспечивая кинематическую связь приводного кольца с приводом устройства, а тела качения устанавливаются в дорожках качения корпуса пилы и приводного кольца при помощи проема, имеющегося на периферии корпуса пилы в зоне положительного радиального смещения приводного кольца и оснащенного съемной заглушкой, снабженной сегментным пазом, идентично дополняющим дорожку качения корпуса пилы.

Корпус пилы снабжен периферийной кольцевой дорожкой качения, предназначенной для направления движения тел качения и восприятия их контактного давления, возникающего как от действия затяжного приводного механизма, так и от сил резания, возникающих во время работы устройства. Проем с заглушкой позволяют установить максимальное количество тел качения в промежуточную зону, образованную между дорожками качения корпуса пилы и приводного кольца. Сегментный паз на поверхности заглушки предотвращает возникновения ударных нагрузок на тела качения при пуске устройства, когда скорости движения тел качения невелики. При высоких скоростях вращения смещение приводного кольца относительно корпуса пилы в области расположения проема создает гарантированный зазор между телами качения и заглушкой, что исключает возможность появления ударных нагрузок. Проем позволяет также удалить тела качения из дорожек качения и легко демонтировать приводное кольцо. Корпус пилы закрепляется на корпусе устройства таким образом, чтобы в сегментной выемке корпуса пилы ведущие конические ролики затяжного приводного механизма попарно располагались симметрично относительно серединной плоскости дорожки качения и своей периферией выступали за внешней окружностью корпуса пилы. Приводное кольцо имеет внутреннюю дорожку качения, а боковые грани на пересечении с внутренней цилиндрической поверхностью снабжены кольцевыми фасками, по которым оно контактирует с ведущими коническими роликами. Ширина приводного кольца определяется исходя из минимального диаметра тел качения, удовлетворяющего условию контактной прочности при действии на них рабочей нагрузки, и ширины кольцевых фасок, необходимых для передачи контактного давления ведущими коническими роликами. Минимальная толщина приводного кольца определяется из условия прочности кольца от действия на него рабочей нагрузки, а максимальная толщина - из условия гибкости, обеспечивающей необходимый контакт дорожки качения с телами качения на рабочей части корпуса пилы. На внешней цилиндрической поверхности приводного кольца закреплены режущие элементы. Внешний диаметр кольцевой дорожки качения приводного кольца несколько превосходит диаметр окружности, огибающей тела качения, что позволяет избежать давления тел качения на корпус пилы в зоне установки проема. Величина разности этих диаметров ограничена условием обеспечения допустимого контактного давления на тела качения со стороны приводного кольца. Сегментная выемка на корпусе пилы располагается диаметрально противоположно зоне резания. Затяжной приводной механизм устанавливается в сегментной выемке корпуса пилы симметрично относительно его серединной плоскости. Ведущие конические ролики затяжного приводного механизма снабжены возможностью радиального перемещения и, придавливая на кольцевые фаски, проделанные на пересечении боковых плоскостей приводного кольца с внутренней поверхностью, сообщают ему в зоне контакта радиальное смещение относительно корпуса пилы, тем самым обеспечивая необходимое контактное давление для передачи приводному кольцу движения соответствующей мощности. Сила давления, действующая на приводное кольцо со стороны ведущих роликов, деформирует его, обеспечивая полный контакт тел качения с приводным кольцом на той части пилы, которая непосредственно контактирует с обрабатываемым материалом. Ведущие конические ролики кинематически связаны с приводом устройства и могут перемещаться как вместе с двигателем главного привода, так и при использовании карданной передачи независимо от двигателя.

Для обеспечения охлаждения режущих элементов, приводного кольца и тел качения можно корпус пилы оснастить внутренними пазами, по которым непосредственно в зону резания подается охлаждающая смесь, например вода. При этом корпус пилы оснащается боковыми листами, между которыми проделаны пазы, исходящие от штуцера, установленного на корпусе устройства и закрепленного с корпусом пилы для подачи смеси к зоне резания. Давление подачи смеси должно обеспечивать наличие смеси в дорожке качения выше глубины резания, что позволит устранить возможность попадания отходов резания вовнутрь дорожки качения.

Приводное кольцо и корпус пилы можно оснастить нескольким периферийными дорожками качения, что позволит существенно увеличить жесткость и устойчивость приводного кольца относительно его серединной плоскости, что позволит эксплуатацию пилы в более тяжелых условиях.

Приводное кольцо в поперечном сечении может иметь Т-образную форму, широкая часть которой примыкает к внутренней поверхности кольца и снабжена внутренней кольцевой дорожкой качения. На внешней утолщенной части приводного кольца имеются кольцевые фаски, по которым установлены упорные ролики, позволяющие снизить действующий на него изгибающий момент, значительно уменьшить деформацию кольца и увеличить передаваемую мощность.

Пары ведущих конических и упорных роликов могут быть оснащены демпфирующими устройствами. Это позволит уменьшить динамические колебания, возникающие в процессе резки, и увеличит долговечность деталей кольцевой пилы.

Для обеспечения хорошего сцепления между приводным кольцом и ведущими коническими роликами можно коническую поверхность этих роликов покрыть фрикционным покрытием, например, ФМК-8 (45% Fe; 25% Ni; 10% Cr; 6% W; 7% Cu₂S и 7% графита).

Удобно для увеличения коэффициента полезного действия кольцевой пилы, уменьшения износа тел качения и улучшения подачи воды в зону резания использовать тела качения двух разных диаметров. Причем их нужно устанавливать в дорожку качения последовательно: между телами качения одного диаметра устанавливается тело качения другого диаметра.

Чтобы облегчить установку пилы в затяжной приводной механизм и обеспечить минимальную толщину приводного кольца, следует уменьшить толщину кольцевой части сегментной выемки корпуса пилы. Так как на эту часть корпуса пилы фактически не действует какая-либо значительная нагрузка, то ее можно проектировать вставной.

Можно затяжной приводной механизм оснастить механизмом для осуществления смещения приводного кольца относительно корпуса пилы в плоскости вращения под углом к направлению его радиуса. Это позволит повернуть зону полного контакта тел качения с дорожками качения относительно геометрического центра корпуса пилы и тем самым производить процесс резания разными частями периферии пилы.

Для обеспечения безопасного функционирования устройства следует предусмотреть кожух безопасности, которым можно защитить обслуживающий персонал от возможных поломок вращающихся деталей.

Низкая удельная нагрузка на направляющий аппарат кольцевой пилы позволяет использовать тела качения, изготовленные из материалов со сравнительно низкой контактной прочностью или на их поверхности и на поверхности кольцевых дорожек создавать слой из антикоррозионного материала, например цветных металлов или пластических масс, что позволит эксплуатацию предлагаемой пилы без смазки в жидкостной среде, а возможность восстановления антикоррозионного покрытия существенно удлинит срок службы пилы. Небольшая толщина приводного кольца придает ему необходимую гибкость и позволяет при помощи вертикального смещения корпуса пилы относительно затяжного приводного механизма установить или демонтировать приводное кольцо, а также создавать необходимое контактное усилие для передачи ему при помощи конических роликов вращательного движения соответствующей мощности.

Для лучшего понимания изобретения ниже приведены конкретные варианты его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

на фиг.1 схематично показано устройство с кольцевой пилой, общий вид;

на фиг.2 - разрез А-А фиг.1;

на фиг.3 - разрез В-В фиг.1;

на фиг.4 - вырез I фиг.1.

Предлагаемая кольцевая пила состоит из подвижного приводного кольца 2, установленного на телах качения 3, подвижно закрепленных на дорожке качения 14 корпуса пилы 1. Тела качения 3 устанавливаются в дорожке качения 14 при помощи проема 15, который закрывается заглушкой 16 (фиг.4). Корпус пилы 1 закреплен на корпусе устройства 8 при помощи затяжных болтов 11 и планки 7. При этом в сегментной выемке 17 корпуса пилы устанавливается затяжной приводной механизм, состоящий из одной пары ведущих конических роликов 13. Пила может быть оснащена одной парой упорных роликов 12 (фиг.3). Охлаждающая жидкость в зону резания подается через штуцер 9 и внутренние пазы 4, которые расположены между боковыми листами 6 и корпусом пилы 1.

Работает пила следующим образом. Перемещением затяжного приводного механизма относительно корпуса пилы затягивают приводное кольцо. После достижения необходимого контактного давления между коническими роликами и приводным кольцом при помощи привода устройства приводному кольцу сообщают вращательное движение. Подача на резание осуществляется при помощи перемещения корпуса устройства для резки относительно каменного блока.

Настоящее изобретение может быть использовано при обработке различных твердых материалов резанием, например при камнеобработке.