бензиномоторная пила

Формула изобретения

Бензиномоторная пила, включающая двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с трубчатой частью, прикрепленную к корпусу двигателя через пружины, упор, переднюю и заднюю рукоятки управления, отличающаяся тем, что внутри пружин находятся поджатые цилиндрические вставки из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками, изолированными одна от другой, при этом диаметр вставки равен внутреннему диаметру пружины, а высота вставки в свободном несжатом состоянии составляет 1,1-1,2 расстояния между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил. В предлагаемом изобретении разработана бензиномоторная пила, в которой обеспечивается эффективная виброзащита рук оператора в широком диапазоне частот (30-1000 Гц).

Бензиномоторная пила является мощным источником динамических нагрузок, которые в зависимости от режима работы полностью или частично воспринимаются руками оператора. В связи с этим одной из важнейших задач при создании ручных бензиномоторных пил является достижение максимального снижения уровня вибрации на наружных поверхностях рукояток управления, охватываемых руками оператора при работе с пилой.

Сложность решения данной проблемы заключается в том, что в зависимости от режима работы (холостой ход на раскряжевке, раскряжевка, валка леса) на руки оператора воздействуют вибрационные нагрузки в широком диапазоне частот (30-10001 Гц).

В соответствии с патентно-информационными исследованиями в течение последних лет разработано достаточно большое количество механических демпфирующих устройств, обеспечивающих частичное гашение вибрации на рукоятках управления бензиномоторных пил.

Известна переносная моторная пила (см., например, заявку СССР №2031894 по классу В 27 В 17/00 за 1974 г.), в которой рукоятки управления жестко соединены с обоймами, имеющими с внутренней стороны упругие элементы в виде внешнего и внутреннего кольца, соединенные с перемычками. Вибрация, передаваемая от двигателя и пильного аппарата, гасится при передаче на рукоятки за счет поглощающих свойств эластичного материала упругих элементов, которые закреплены на двигателе. Как отмечают авторы, наличие упругих элементов снижает вибрацию, обеспечивает хорошую виброустойчивость и управление пилой в любом положении. Основной недостаток данной конструкции заключается в том, что эффективная виброизоляция рукояток управления обеспечивается в ограниченном диапазоне частот вибрации. Ограничение диапазона частот по вибрации обусловлено конкретно заданными жесткостными свойствами упругих элементов. Кроме того, сама пила имеет достаточно сложную конструкцию и повышенную массу за счет наличия обойм.

Известны переносные моторные пилы (см. заявку СССР №2331564 по классу В 27 В 17/00 за 1976 г., патент ФРГ 2043708 по классу В 27 В 17/02 за 1977 г., патент ФРГ 2525116 по классу В 27 В 17/02, патент США 3698455 по классу В 27 В 17/02 за 1972 г., патент США 3945119 по классу В 27 В 17/02 за 1976 г., патент США 4141143 по классу В 27 В 17/02 за 1979 г.), в которых опорная рама с рукоятками управления непосредственно крепится к корпусу двигателя через эластичные элементы, которые обеспечивают эффективное гашение вибрации в области высоких частот. Для снижения уровня вибрации в области низкочастотного спектра применяются различные конструкции жестких гасителей.

Крепление опорной рамы с рукоятками управления к двигателю пилы через податливые эластичные элементы существенно ухудшает управляемость пилой, что небезопасно для оператора при его работе.

Известна также переносная моторная пила (см. заявку СССР №3249074 по классу В 27 В 17/00 за 1981 г.), принятая авторами за прототип. Она включает двигатель с пильным аппаратом, опорную раму с передней и задней рукоятками управления, прикрепленную к корпусу двигателя через три жесткие пружины, частично выполняющие роль амортизаторов на высоких частотах (500-1000 Гц).

Жесткие пружины обеспечивают хорошую управляемость пилой, при этом для снижения вибрации на рукоятках управления упор связан с корпусом двигателя посредством амортизаторов. При пилении упор прижат к древесине и амортизаторы выполняют роль гасителей колебаний.

Основным недостатком пилы-прототипа является неэффективная виброизоляция рукояток управления на низких рабочих частотах, наиболее опасных для организма человека. Замеряемые на стенде виброскорости рукояток управления в октавных полосках рабочих частот: 31,5 Гц; 63 Гц, 125 Гц; 250 Гц, превышают на 3-5 Дб допустимые уровни вибрации согласно ГОСТ 17770-72 "Машины ручные. Допустимые уровни вибрации". Ограничение диапазона частот по эффективному гашению вибрации обусловлено заданной жестокостью амортизаторов.

В пиле-прототипе крепление опорной рамы с рукоятками управления к корпусу двигателя осуществляется через три жесткие пружины. Жесткость пружины определяется числовым значением индекса "С".

С=Д_о/d,

где Д_о=Д-d - средний диаметр пружины;

Д - наружный диаметр пружины;

d - диаметр проволоки пружины.

В соответствии со справочными данными (см. В.И.Анурьев "Справочник конструктора-машиностроителя, том 3, М.: Машиностроение, 1979, стр.96) для винтовых цилиндрических пружин сжатия и растяжения из стали кругового сечения индекс "С" имеет значения от 4 до 3 2. Чем меньше числовое значение индекса "С", тем больше жесткость пружины.

У пилы-прототипа болтовое крепление опорной рамы с корпусом двигателя осуществляется через жесткие пружины (С=4,0) практически без их предварительного нагружения. При таком жестком креплении опорной рамы с рукоятками управления к корпусу двигателя (источнику вибрации) при работе в режиме "холостой ход на раскряжевке" на руки оператора в диапазоне низких частот (31-250 Гц) воздействуют вибрационные нагрузки, превышающие на 3-5 Дб допустимые уровни вибрации. И только в пилении под нагрузкой на частотах 500-1000 Гц пружины выполняют роль виброгасителей.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции бензиномоторной пилы, в которой обеспечивается гашение вибрации во всем диапазоне частот 31-1000 Гц.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что крепление опорной рамы к корпусу двигателя осуществляется через пружины, внутри которых находятся поджатые (предварительно нагруженные) цилиндрические вставки из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками, изолированные одна от другой, при этом диаметр вставки равен внутреннему диаметру пружины, а высота вставки в свободном (не поджатом) состоянии составляет 1,1-1,2 расстояния между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин.

На фиг.1 изображена бензиномоторная пила, общий вид. Она содержит двигатель 1, пильный аппарат 2, опорную раму 3 с трубчатой частью 4, закрепленную к корпусу двигателя 1 через пружины 5, переднюю рукоятку 6, расположенную на трубчатой части 4 опорной рамы 3, заднюю рукоятку 7, упор 8 и цилиндрические вставки 9 из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками 10, изолированные одна от другой. Два места крепления опорной рамы 3 к корпусу двигателя 1 через пружины 5 показаны на фиг.1 Третье место крепления трубчатой части 4 опорной рамы 3 к корпусу двигателя 1 через пружину 5 показано на фиг.2 - вид по А на фиг.1. На фиг.3 укрупненно показана внутри пружины 5 цилиндрическая вставка 9 из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками 10, изолированными одна от другой.

Работа бензиномоторной пилы осуществляется следующим образом. Двигатель 1 с пильным аппаратом 2 генерирует пространственную вибрацию, передающуюся через опорную раму 3 на рукоятки управления 6, 7. Размещение в пружинах 5 поджатых цилиндрических вставок 9 из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками позволяет исключить прямую передачу вибрации в диапазоне низких частот 31-250 Гц от двигателя 1 с пильным аппаратом 2 на опорную раму 3 с рукоятками управления 6, 7.

Гашение вибрации в предложенной авторами конструкции пилы осуществляется:

- на холодном ходу за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупорного материала вставок 9 и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек 10 при воздействии вибрационной нагрузки;

- в пилении за счет упругой деформации пружин 5 на сжатие и кручение.

На основе многочисленных экспериментальных данных (пиление на стенде в режиме холостого хода, раскряжевка и валка с замером уровней вибрации на наружной поверхности рукояток) авторами было установлено, что большое значение на уровни вибрации в предложенной конструкции оказывает величина предварительного сжатия эластичных вставок 9 внутри пружин 5. Величина предварительного сжатия вставок определяется отношением высоты вставки в свободном (несжатом) состоянии к расстоянию между опорной рамой 3 и корпусом двигателя пилы 1 в местах крепления пружин 5.

При высоте вставки в свободном (несжатом) состоянии менее 1,1 от расстояния между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин вставки практически не нагружены и жесткость системы "пила - руки оператора" определяется жесткостью пружин. При работе в режиме холостого хода пружины обладают большими изгибными перемещениями. В результате этого возрастают вибрационные нагрузки на руки оператора в режиме холостого хода. При данном режиме работы пила находится в подвешенном состоянии в руках оператора и представляет собой некую массу с виброисточником (двигатель пилы, работающий на холостом ходу). Руки оператора, сжимающие рукоятки управления и удерживающие пилу, представляют собой некую присоединенную массу к пиле через пружины. Образуется динамическая система, в которой присоединенная масса (руки оператора) и пружины с большими изгибными перемещениями становятся динамическим демпфером для бензиномоторной пилы, в результате чего идет мощный отбор энергии от виброисточника (двигателя пилы) и передача ее на руки оператора. Кроме того, из-за большой податливости пружин ухудшается управляемость пильным аппаратом 2.

При высоте вставки в свободном несжатом состоянии более 1,2 от расстояния между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин вставки настолько нагружены и сжаты, что происходит продавливание полимерной основы (матрицы) материала вставок, смыкание оболочек газовых ячеек и, как следствие, снижение величины рассеивания вибрационной энергии за счет работы деформирования оболочек от воздействия вибрационной нагрузки.

Таким образом, только при высоте вставки в свободном несжатом состоянии, равной 1,1-1,2 расстояния между опорной рамой и корпусом двигателя пилы в местах крепления пружин, обеспечивается эффективность виброгашения на рукоятках управления предлагаемой авторами изобретения конструкции бензиномоторной пилы.

При диаметре вставки, равном внутреннему диаметру пружины, вставка находится своего рода в "обойме", которая исключает изгибные перемещения вставки при работе с пилой. Это обеспечивает эффективное виброгашение за счет деформирования оболочек внутренних газовых ячеек эластичного полимерного материала вставок.

В настоящее время проведены стендовые и натурные испытания в леспромхозах России предложенной конструкции пилы. Достигнуто практическое гашение вибрации на рукоятках управления в октавных полосах рабочих частот 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000 Гц.