RU2184032C1

RU2184032C1 - Portable petrol saw

Info

Publication number: RU2184032C1
Application number: RU2001102888A
Authority: RU
Inventors: А.П. Бычков; В.Д. Кучин; Н.С. Корелин; В.Ф. Ахмадеев; В.Н. Моисеев; С.В. Сухинин; В.И. Асанов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Машиностроительный завод им. Ф.Э. Дзержинского"
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: forest and wood-working industries, applicable at enterprises designing and manufacturing petrol saws. SUBSTANCE: portable petrol saw has an engine with a sawing unit, bed frame with a tubular section attached to the engine body through springs, front and rear handles, stop. The front handle located on the tubular section of the bed frame has three equidimensional built-up cylindrical tubes, whose thickness makes up 0.15 to 0.20 of the diameter of the bed frame tubular section. The bed frame section that carries the rear handle has windows with stiffening ribs between them, and the rear handle has the shape of a truncated trapezoidal prism with side ribs in the form of circles, whose thickness makes up 0.30 to 0.35 of the width of the windows of the saw bed frame. The control handles are made of elastic polymeric material with spherical-shaped gas cells of a different diameter. EFFECT: reduced level of vibration by 2-3 times as compared with the saws of full-scale production. 4 dwg

Description

Изобретение относится к лесной и деревообрабатывающей промышленности и может быть использовано на предприятиях по проектированию и изготовлению бензиномоторных пил. The invention relates to the forestry and woodworking industries and can be used in enterprises for the design and manufacture of gasoline-powered saws.

В предлагаемом изобретении разработана бензиномоторная пила, в которой обеспечивается эффективная виброзащита рук оператора в широком диапазоне частот (30-1000 Гц). In the present invention, a gasoline-powered saw is developed in which an effective vibration protection of the operator’s hands is provided in a wide frequency range (30-1000 Hz).

Бензиномоторная пила является мощным источником динамических нагрузок, которые в зависимости от режима работы полностью или частично воспринимаются руками оператора. A gasoline-powered saw is a powerful source of dynamic loads, which, depending on the operating mode, are fully or partially perceived by the operator.

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. In this regard, one of the most important tasks when creating hand-held gasoline-powered saws is to achieve the maximum reduction in the level of vibration on the outer surfaces of the control handles covered by the operator's hands when working with the saw.

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 (30-1000 Гц). The complexity of solving this problem lies in the fact that, depending on the operating mode (idling on the bucking, bucking, felling), the operator’s hands are affected by vibration loads in a wide frequency range (30-1000 Hz).

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. In accordance with patent information research, a fairly large number of mechanical damping devices have been developed over the past years, providing partial damping of vibration on the control handles of gasoline-powered saws.

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. A portable motor saw is known (see, for example, USSR application 2031894 for class B 27 B 17/00 for 1974), in which the control handles are rigidly connected to cages having elastic elements in the form of an outer and inner ring connected to jumpers. The vibration transmitted from the engine and the saw apparatus is damped during transmission to the handles due to the absorbing properties of the elastic material of the elastic elements that are mounted on the engine. As the authors note, the presence of elastic elements reduces vibration, provides good vibration resistance and control of the saw in any position. The main disadvantage of this design is that effective vibration isolation of the control levers is provided in a limited range of vibration frequencies. The limitation of the frequency range for vibration is due to the specifically specified stiffness properties of the elastic elements. In addition, the saw itself has a rather complex structure and increased weight due to the presence of clips.

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 гашения вибрации в области высоких частот. Для снижения уровня вибрации в области низкочастотного спектра применяются различные конструкции жестких гасителей. Portable motor saws are known (see application of the USSR 2331564 for class B 27 V 17/00 for 1976, patent for Germany 2043708 for class B 27 B 17/02 for 1977, patent for Germany 2525116 for class B 27 B 17/02 US patent 3,698,455 for class B 27 B 17/02 for 1972, US patent 3,945,119 for class B 27 B 17/02 for 1976, US patent 4,141,143 for class B 27 B 17/02 for 1979), in which the supporting frame with control handles is directly attached to the motor housing through elastic elements that provide effective damping of vibration in the high-frequency region. To reduce the level of vibration in the low-frequency spectrum, various designs of rigid dampers are used.

Крепление опорной рамы с рукоятками управления к двигателю пилы через податливые эластичные элементы существенно ухудшает управляемость пилой, что небезопасно для оператора при его работе. The fastening of the support frame with control handles to the saw engine through flexible elastic elements significantly affects the controllability of the saw, which is unsafe for the operator during his work.

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 выполняющих роль амортизаторов на высоких частотах (500-1000 Гц). Достаточно 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. A portable motor saw is also known (see application of the USSR 3249074 for class B 27 B 17/00 for 1981), adopted by the authors as a prototype. It includes an engine with a saw apparatus, a support frame with front and rear control levers, attached to the engine housing through three rigid springs, partially acting as shock absorbers at high frequencies (500-1000 Hz). Sufficiently stiff springs provide good controllability of the saw, and to reduce vibration on the control levers, the stop is connected to the engine housing by means of shock absorbers. When sawing, the emphasis is pressed against the wood and the shock absorbers act as vibration dampers.

В настоящее время данная конструкция пилы находится в серийном изготовлении. Это пилы "Тайга - 245" и "Крона - 202", у которых передняя рукоятка изготовлена из жесткого поливинилхлоридного пластиката ГОСТ 19034-82, а задняя рукоятка из резины ТУ 005.1166-87. Как и в выше приведенных конструкциях-аналогах основным недостатком пилы - прототипа является не эффективная виброизоляция рукояток управления во всем диапазоне рабочих частот. Замеряемые на стенде виброскорости рукояток управления на серийных пилах "Тайга-245" и "Крона-202" в октавных полосках рабочих частот: 31,5 Гц; 63 Гц; 125 Гц; 250 Гц превышают на 3-5 Дб допустимых уровней вибраций согласно ГОСТ 17770-72 "Машины ручные. Допустимые уровни вибрации". Ограничение диапазона частот по эффективной вибрации обусловлено заданной жесткостью амортизаторов. Поэтому пилы "Тайга-245" и "Крона-202" имеют уравновешивающий механизм, который в качестве динамического демпфера предназначен для гашения рабочих вибраций. Конструкция уравновешивающего механизма достаточна сложна и имеет массу 1,2 кг при общей массе пилы 6,8 кг (4,4% от общей массы). Currently, this design of the saw is in serial production. This saws "Taiga - 245" and "Krone - 202", in which the front handle is made of rigid PVC plastic compound GOST 19034-82, and the rear handle is made of rubber TU 005.1166-87. As in the above analog designs, the main drawback of the prototype saw is the ineffective vibration isolation of the control levers in the entire range of operating frequencies. Measured at the stand of vibration speeds of the control levers on serial saws "Taiga-245" and "Krona-202" in octave strips of operating frequencies: 31.5 Hz; 63 Hz; 125 Hz; 250 Hz exceeds the permissible vibration levels by 3-5 dB according to GOST 17770-72 "Manual machines. Permissible vibration levels". The limitation of the frequency range by effective vibration is due to the given stiffness of the shock absorbers. Therefore, the Taiga-245 and Krona-202 saws have a balancing mechanism, which, as a dynamic damper, is designed to damp working vibrations. The design of the balancing mechanism is quite complex and has a mass of 1.2 kg with a total saw mass of 6.8 kg (4.4% of the total mass).

Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание конструкции переносной моторной пилы, в которой обеспечивается двукратная эффективность виброзащиты рук оператора по сравнению с серийно изготовленными пилами "Тайга-245" и "Крона-202" (прототип) в широком диапазоне частот (30-1000 Гц), без использования уравновешивающего механизма и амортизаторов между упором пилы и ее корпусом двигателя. The technical task of the present invention is to eliminate these drawbacks and create a design for a portable motor saw, which provides twice the vibration protection of the operator’s hands compared to the commercially available saws "Taiga-245" and "Krona-202" (prototype) in a wide frequency range (30- 1000 Hz), without the use of a balancing mechanism and shock absorbers between the focus of the saw and its engine housing.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что передняя рукоятка, расположенная на трубчатой части опорной рамы, содержит три равновеликие составные цилиндрические трубки, толщина которых составляет 0,15-0,20 диаметра трубчатой части опорной рамы, часть опорной рамы, на которой установлена задняя рукоятка, имеет окна с ребрами жесткости между ними, а задняя рукоятка - форму усеченной трапецеидальной призмы с боковыми ребрами в форме дуг окружностей, толщина которой составляет 0,30-0,35 ширины окон опорной рамы пилы, при этом рукоятки управления выполнены из эластичного полимерного материала с газовыми ячейками сферической формы разного диаметра. The technical result of the invention consists in the fact that the front handle located on the tubular part of the support frame contains three isometric composite cylindrical tubes, the thickness of which is 0.15-0.20 diameter of the tubular part of the support frame, part of the support frame on which the rear is mounted the handle has windows with stiffeners between them, and the rear handle is in the form of a truncated trapezoidal prism with side ribs in the form of circular arcs, the thickness of which is 0.30-0.35 the width of the windows of the saw support frame, while control handles are made of elastic polymer material with gas cells of spherical shape of different diameters.

На фиг. 1 изображена переносная моторная пила, общий вид. Она содержит двигатель 1, пильный аппарат 2, опорную раму 3 с трубчатой частью 4, закрепленную к корпусу двигателя 1 через жесткие пружины 5, переднюю рукоятку 6, расположенную на трубчатой части 4 опорной рамы 3, заднюю рукоятку 7 и упор 8. In FIG. 1 shows a portable motor saw, general view. It contains an engine 1, a saw apparatus 2, a support frame 3 with a tubular part 4, fixed to the motor housing 1 through hard springs 5, a front handle 6 located on the tubular part 4 of the support frame 3, a rear handle 7 and an abutment 8.

Передняя рукоятка 6 содержит три равновеликие цилиндрические трубки 9, представленные на фиг.2 - вид по А на фиг.1. Одна из трубок 9 в продольном разрезе показана на фиг.3 - разрез В-В на фиг.2. Задняя рукоятка 7 в продольном разрезе показана на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.1. Она установлена на части опорной рамы 3, которая имеет окна 10 с ребрами жесткости 11. The front handle 6 contains three isometric cylindrical tubes 9, presented in figure 2 is a view along A in figure 1. One of the tubes 9 in a longitudinal section is shown in figure 3 - section bb in figure 2. The rear handle 7 in a longitudinal section is shown in figure 4 - section BB in figure 1. It is installed on the part of the support frame 3, which has windows 10 with stiffeners 11.

Работа переносной моторной пилы осуществляется следующим образом. The work of a portable chainsaw is as follows.

Двигатель 1 с пильным аппаратом 2 генерирует пространственную вибрацию, передающуюся через опорную раму 3 на рукоятки управления 6, 7. Размещение между корпусом двигателя 1 и опорной рамы 3 жестких пружин 5, обеспечивает хорошую управляемость пилой и позволяет исключить прямую передачу вибрационной энергии от двигателя 1 с пильным аппаратом 2 на опорную раму 3, что обеспечивает частичную вибрацию рукояток управления 6, 7. The engine 1 with the saw apparatus 2 generates spatial vibration transmitted through the support frame 3 to the control handles 6, 7. The placement between the engine body 1 and the support frame 3 of the rigid springs 5 ensures good controllability of the saw and eliminates direct transmission of vibrational energy from the engine for 1 s saw device 2 on the support frame 3, which provides partial vibration of the control arms 6, 7.

Основное гашение вибрации в предложенной авторами конструкции осуществляется в самих рукоятках 6, 7 за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупругого материала рукояток и за счет совершения работы деформирования оболочек внутренних газовых ячеек при воздействии вибрационной нагрузки. Таким образом в самих рукоятках совмещаются два механизма рассеивания вибрационной энергии. При этом наличие в рукоятках газовых ячеек различных диаметров обеспечивает эффективное виброгашение в широком диапазоне частот. Передняя рукоятка 6, состоящяя из трех равновеликих составных трубок 9, полностью закрывает трубчатую часть 4 опорной рамы 3, что обеспечивает надежную виброизоляцию рук оператора при работе с пилой в режиме валки и раскряжевки леса. Размещение задней рукоятки 7 только на ребрах жесткости 11 опорной рамы 3, а не на всей ее поверхности дополнительно обеспечивает виброизоляцию между рукояткой и рамой пилы. Таким образом здесь совмещаются два механизма рассеивания вибрационной энергии - это виброизоляция рукоятки и поглощение вибрации в самой рукоятке. The main vibration damping in the design proposed by the authors is carried out in the handles 6, 7 themselves due to internal friction in the polymer base (matrix) of the viscoelastic material of the handles and due to the work of deformation of the shells of the internal gas cells when exposed to vibrational loads. Thus, in the handles themselves two mechanisms of dispersion of vibrational energy are combined. At the same time, the presence in the handles of gas cells of various diameters provides effective vibration damping in a wide frequency range. The front handle 6, consisting of three equal-sized composite tubes 9, completely covers the tubular part 4 of the support frame 3, which provides reliable vibration isolation of the operator’s hands when working with the saw in the felling and bucking mode of the forest. Placing the rear handle 7 only on the stiffening ribs 11 of the support frame 3, and not on its entire surface, additionally provides vibration isolation between the handle and the saw frame. Thus, two mechanisms of dispersion of vibrational energy are combined here - this is the vibration isolation of the handle and the absorption of vibration in the handle itself.

На основе многочисленных экспериментальных данных (пиление на стенде в режиме холостого хода, раскряжевки и валки леса с замером уровней вибрации на наружных поверхностях рукояток) авторами было установлено, что большое значение на уровни вибрации в предложенной конструкции оказывает соотношение толщины цилиндрических трубок 9 передней рукоятки 6 от диаметра трубчатой части 4 опорной рамы 3 и толщины задней рукоятки 7 от ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы 3. On the basis of numerous experimental data (sawing at a stand in idle mode, bucking and felling with measuring vibration levels on the outer surfaces of the handles), the authors found that the ratio of the thickness of the cylindrical tubes 9 of the front handle 6 from the diameter of the tubular part 4 of the support frame 3 and the thickness of the rear handle 7 from the width of the windows 10 between the ribs 11 of the support frame 3.

При толщине трубок 9 передней рукоятки 6 более 0,20 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 и толщине задней рукояти 7 более 0,35 ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы пилы 3 возрастают вибрационные нагрузки на руки оператора в режиме холостого хода и эти нагрузки превышают уровни вибрации на рукоятках управления серийных пил - прототипов "Тайга-245" и "Крона-202". 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 эластичные рукоятки управления 6, 7 и удерживающие пилу, представляют собой некую присоединенную массу к пиле через эластичные рукоятки. В данном случае эластичные рукоятки 6, 7 представляют собой упругие элементы (типа пружины), и таким образом образуется динамическая система, в которой присоединенная масса (руки оператора) и упругий элемент (эластичные рукоятки) становятся динамическим демпфером для бензопилы, в результате чего идет мощный отбор энергии от виброисточника (двигателя пилы) и передача ее на руки оператора. При толщине трубок 9 более 0,20 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 зазор между наружной поверхностью передней рукоятки 6 и корпусом двигателя 1 становится меньше предельно допустимого, предусмотренного ГОСТ Р 50060-98 "Пилы бензомоторные цепные. Требования безопасности. Методы испытаний". Кроме того, при толщинах, рукояток более указанных в формуле изобретения ограничений, оператору при работе (пилении) трудно удерживать пилу в руках, в результате чего ухудшается управляемость пильным аппаратом 2. When the thickness of the tubes 9 of the front handle 6 is more than 0.20 the diameter of the tubular part 4 of the saw support frame 3 and the thickness of the rear handle 7 is more than 0.35 of the width of the windows 10 between the stiffeners 11 of the saw support frame 3, the vibration load on the operator’s hands increases in idle mode and these loads exceed vibration levels on the control handles of serial saws - prototypes Taiga-245 and Krona-202. In this mode of operation, the saw is in limbo in the hands of the operator and represents a certain mass with a vibration source (saw engine idling). The operator’s hands, compressing the elastic control handles 6, 7 and holding the saw, represent a certain attached mass to the saw through the elastic handles. In this case, the elastic arms 6, 7 are elastic elements (such as a spring), and thus a dynamic system is formed in which the attached mass (operator’s hands) and the elastic element (elastic arms) become a dynamic damper for a chainsaw, resulting in a powerful energy extraction from a vibration source (saw engine) and its transfer to the operator’s hands. When the thickness of the tubes 9 is more than 0.20 of the diameter of the tubular part 4 of the supporting frame of the saw 3, the gap between the outer surface of the front handle 6 and the engine housing 1 becomes less than the maximum allowable stipulated by GOST R 50060-98 "Gasoline-powered chain saws. Safety requirements. Test methods." In addition, when the thicknesses of the handles are more than the restrictions indicated in the claims, it is difficult for the operator to hold the saw in his hands when working (sawing), as a result of which the controllability of the saw apparatus 2 is impaired.

При толщине трубок 9 передней рукоятки 6 менее 0,15 диаметра трубчатой части 4 опорной рамы пилы 3 и толщине задней рукоятки 7 менее 0,30 ширины окон 10 между ребрами жесткости 11 опорной рамы пилы 3 резко снижается эффективность гашения вибрации в режиме валки и раскряжевки. Это связано с тем, что в режиме пиления за счет создания оператором надвигающего усилия пильным аппаратом 2 на древесину, руки оператора сжимают эластичные рукоятки 6, 7 и при их малой толщине происходит продавливание (смыкание) оболочек газовых ячеек, в результате чего исключается работа их деформирования от воздействия вибрационной нагрузки. Диссипация вибрационной энергии в данном случае происходит только за счет внутреннего трения в полимерной основе (матрице) вязкоупругого материала рукояток 6, 7 и уровень вибрации на наружной поверхности рукояток резко возрастает. When the thickness of the tubes 9 of the front handle 6 is less than 0.15 of the diameter of the tubular part 4 of the support frame of the saw 3 and the thickness of the rear handle 7 is less than 0.30 the width of the windows 10 between the stiffening ribs 11 of the support frame of the saw 3, the vibration damping efficiency is sharply reduced in the felling and bucking mode. This is due to the fact that in the sawing mode due to the operator creating a pulling force with a saw apparatus 2 on the wood, the operator’s hands squeeze the elastic handles 6, 7 and when their thickness is small, the shells of the gas cells are pressed (closed), as a result of which their deformation is excluded from exposure to vibration load. The dissipation of vibrational energy in this case occurs only due to internal friction in the polymer base (matrix) of the viscoelastic material of the arms 6, 7 and the vibration level on the outer surface of the arms increases sharply.

В настоящее время проведены стендовые и натурные (в леспромхозах России) испытания предложенной конструкции пилы без использования уравновешивающего механизма и амортизаторов между упором пилы и ее корпусом двигателя. Достигнуто двукратное гашение вибрации на рукоятках управления по сравнению с серийными пилами "Тайга-245" и "Крона-202" в октавных полосах рабочих частот 31,5; 63, 125; 250; 500 и 1000 Гц. At present, bench and full-scale (in timber industry enterprises of Russia) tests of the proposed saw design have been carried out without the use of a balancing mechanism and shock absorbers between the saw stop and its engine body. Twice vibration damping was achieved on the control handles in comparison with the serial saws "Taiga-245" and "Krona-202" in octave bands of operating frequencies of 31.5; 63, 125; 250; 500 and 1000 Hz.

Claims

A portable motor saw, including a motor with a saw apparatus, a support frame with a tubular part, attached to the motor housing through springs, an emphasis, a front and rear control handle, characterized in that the front handle located on the tubular part of the support frame contains three equal components, cylindrical tubes, the thickness of which is 0.15-0.20 of the diameter of the tubular part of the support frame, the part of the support frame on which the rear handle is mounted has windows with stiffeners between them, and the rear handle is shaped a truncated trapezoidal prism with side ribs in the form of circular arcs, the thickness of which is 0.30-0.35 the width of the windows of the saw support frame, while the control handles are made of elastic polymer material with spherical gas cells of different diameters.