ПИЛЬНЫЕ ЦЕПИ
История создания и совершенствования цепных пильных гарнитур насчитывает уже более 100 лет. За это время трудами отечественных и зарубежных ученых и конструкторов цепные пильные гарнитуры достигли высокого уровня по качественным и рабочим характеристикам. И хотя пильные цепи по-прежнему уступают дисковым пилам по КПД, они имеют одно неоценимое преимущество, особенно в условиях лесосечных работ: позволяют при минимальных габаритах срезающего устройства обеспечивать максимальную длину пропила.
Приведем пример: для поперечной распиловки ствола дерева диаметром 1 м необходим пильный диск диаметром 2,2 м, для срезания такого дерева цепной пильной гарнитурой напроход достаточно длины цепного пильного аппарата 1,1 м, а если использовать специальные приемы валки, то можно обойтись и более короткой пильной гарнитурой.
Пильная гарнитура состоит из следующих основных частей: пильной шины, ведущей и ведомой звездочек (ведомая звездочка ставится не всегда), пильной цепи, устройств для натяжения и смазки пильной цепи. Все перечисленные элементы согласованно работают друг с другом.
В качестве режущего инструмента на моторных пилах и на большинстве лесозаготовительных машин применяются пильные цепи, которые классифицируются по следующим признакам:
- по типу зубчатого венца: с плоскими зубьями, каждый из которых выполняет определенную работу—пильные цепи поперечного пиления (ПЦП); с зубьями Г-образного профиля, имеющими сложную форму и выполняющими всю работу по образованию пропила и транспортированию опилок — пильные цепи универсальные (ПЦУ);
- по типу направляющих устройств для направления движения цепи по шине: с хвостовиками на средних звеньях цепи, перемещающихся в пазах пильной шины; седлающего типа с выступами на боковых звеньях, благодаря которым между боковыми звеньями образуются пазы, в них входит направляющий гребень пильной шины;
- по способу соединения звеньев: неразборные, соединенные заклепками, и разборные, соединенные разборными шарнирами;
- по величине шага цепи по заклепкам: мелкозвенные цепи с шагом до 15 мм; крупнозвенные с шагом свыше 15 мм.
Пильная цепь поперечного пиления состоит из режущих блоков, в каждом из которых шесть зубьев: три режущих, два подрезающих и один скалывающий. Режущие зубья расположены в шахматном порядке: за каждым режущим следует противоположный ему по разводу подрезающий или скалывающий зуб, не имеющий развода.
Такие пильные цепи широко использовались в отечественной лесозаготовительной промышленности до начала 80-х годов XX века. По сравнению с универсальными цепями они имели повышенный КПД при поперечной распиловке древесины. Но если надо было пилить под углом, то их КПД резко снижался. Кроме этого, они были неудобны в обслуживании — заточке, поскольку для этого требовался специальный станок типа УЗС. До конца XX века эти цепи встречались на мелких разделочных площадках, где обычно использовались с промышленными электромоторными пилами типа ЭПЧ-3.
Универсальные пильные цепи имеют только один тип зубьев, которые расположены в шахматном порядке. Каждый зуб, помимо режущего лезвия, имеет ограничитель подачи, расположенный перед лезвием, который решает две задачи: устанавливает толщину снимаемой стружки (величину подачи на зуб), препятствуя самозарезанию зубьев в древесину и предотвращая перегрузку двигателя, а также транспортирует опилки из пропила.
На рынке профессионального моторного инструмента для лесозаготовок и лесного хозяйства в России представлен инструмент фирм STIHL и Husquama, а также ряда других. Именно их характеристики, особенности конструкции, правила эксплуатации и выбора конкретных марок под конкретные природно-производственные условия следует в настоящее время знать инженеру-технологу лесозаготовительного производства.
К основным критериям выбора пилы и в особенности пильной гарнитуры относятся следующие:
- операции, которые планируется выполнять пилой — валка деревьев, обрезка сучьев, раскряжевка, продольная распиловка, вырезание фигур из дерева (карвинг);
- частота использования пилы на той или иной операции;
- загрязненность распиливаемой древесины: например, пильным аппаратом планируется выполнять раскряжевку стрелеванных в полупогруженном положении хлыстов в теплый период года, или работы планируется проводить в горельнике или на ветровально-буреломной лесосеке, или будет разделываться топляковая древесина ит.д.;
- твердость древесины, зависящая от преобладающей породы, времени года, в которое проводятся работы, влажности древесины в сильный мороз;
- необходимость работы вершиной шины (частота такой работы): например, инструмент планируется использовать для карвинга;
- используемый метод валки деревьев: например, если вальщик привык придавать дереву сталкивающий момент самой пилой, а не специальным валочным приспособлением;
- навык и возможность часто затачивать цепь;
- важность веса пильной гарнитуры.
Как уже отмечалось, пильная гарнитура, иначе называемая пильным аппаратом, состоит из четырех основных частей, представленных на рисунке выше.
Все эти части, безусловно, очень важны для эффективной работы пилы, но непосредственно рабочим органом, выполняющим полезную работу и имеющим наибольшую нагруженность, является пильная цепь.
На рисунке показано общее конструктивное устройство пильных цепей. Если разложить цепь, то она будет состоять из 3 рядов: внешние образуют режущие зубья и соединительные звенья, центральный — ведущие звенья.
Движение цепи по пазу направляющей шины обеспечивают ведущие звенья — их приводит во вращение ведущая цепная звездочка барабана сцепления. Толщина ведущего звена должна соответствовать ширине паза направляющей шины.
Слева и справа поочередно располагаются режущие звенья которые соединены между собой соединительными звеньями. Все звенья соединяются с помощью заклепок, которые и образуют шарнирные соединения. Именно в них возникает самое большое трение, поэтому именно они должны прежде всего эффективно смазываться. Это достигается, например, с помощью отверстий в ведущих звеньях и системы каналов, идущих от них к шарнирам цепи: в отверстии цепное масло задерживается, что обеспечивает запас на весь ход цепи по шине, а под действием инерционных сил оно с помощью каналов подается к местам смазки. При этом заклепки подвергаются поверхностной индукционной закалке, а поверхность отверстий и заклепок делается с помощью различных технологических решений максимально гладкой.
В ходе работы цепь постепенно растягивается именно в шарнирных соединениях. Растяжение цепи увеличивает износ цепной звездочки. И если просто заменить изношенную цепь на новую, то она очень скоро выработает свой ресурс именно из-за неравномерности износа компонентов пильной гарнитуры. Основное правило здесь — применение фирменного цепного масла, частая заточка цепи, переворачивание шины при смене цепи, работа 2 цепями.
Работу пильной цепи обеспечивают верхняя и боковая режущие кромки режущих зубьев, которые и снимают стружку с древесины. Для их эффективной работы они должны иметь определенные углы и геометрию заточки. Например, все цепи STIHL имеют угол заточки верхней кромки 30°, при соблюдении основных правил заточки (см. ниже) нужная форма боковой кромки получается сама собой. Для контроля того и другого, а также границы износа на обеих гранях цепей STIHL имеется вспомогательная сервисная маркировка. Основание зуба имеет продольную маркировочную линию, по которой можно судить о степени и равномерности износа цепи, ограничитель глубины тоже имеет свою маркировку, которая задает направленность его заточки.
Основные параметры цепи
Для каждой бензопилы предусмотрена пильная гарнитура, при установке которой агрегат будет работать с оптимальными рабочими характеристиками, обеспечивая эффективность работы.
Основными параметрами любой цепи являются два значения: шаг цепи и толщина ведущего звена.
Под «шагом цепи» понимается половина расстояния между любыми 3 заклепками. Может измеряться в дюймах и миллиметрах, но больше на практике используется значение в дюймах. Основные размеры показаны на рис. 4.4 и сформировались они постепенно, в ходе развития производства. Шаг цепи должен совпадать с шагом ведущей и концевой цепных звездочек.
Толщина ведущих звеньев должна соответствовать ширине паза шины.
Оба параметра обычно выбиваются на цепи: STIHL, например, применяет свою систематику — на рисунке выше хорошо видно, что на ведущем звене стоит «3» (значит, его толщина 1,3 мм), а на режущем «6» (за данной цифрой закреплен размер 3/8” для цепей Picco, о которых подробней написано ниже).
Также цепи отличаются и своими размерами. Если говорить о цепях STIHL, то среди них есть 2 основных типоразмера — Rapid и Picco.
Из рисунка видно, что размеры звеньев цепи Rapid больше по сравнению с Picco. Поэтому цепи Rapid рассчитаны для мощных профессиональных бензопил, Picco — для пил малой и средней мощности.
Цепи Rapid благодаря размерам имеют высокую производительность, а цепи Picco обеспечивают больший комфорт в работе благо-даря меньшим вибрациям цепи в резе. Поэтому эти цепи предпочитают частные пользователи, а первые — профессионалы лесного хозяйства.
Другое отличие между цепями — их профиль (форма поперечного разреза режущего зуба).
Используя пример цепей STIHL, можно выделить 2 основных профиля — Micro («М») и Super («S»). Эти профили также называют соответственно «полудолотообразным» и «долотообразным», что дает более четкое представление об их разнице. Но она будет еще более понятна, если обратиться к рисунку выше, на котором можно заметить, что основная разница между двумя профилями в месте стыковки верхней и боковой режущей кромок — у профиля «М» она скругленная, у «S» — угловая. Исходя из этого, цепи с такими профилями имеют свои особенности, о которых можно догадаться самостоятельно, исходя из общих знаний и опыта обращения с режущим инструментом. Цепи с профилем «S» более производи-тельные, но и быстрее тупятся, их нужно чаще затачивать и сама заточка требует больших навыков. Такие цепи также лучше работают в твердой или замерзшей древесине. Именно эти цепи предпочитают профессионалы лесной отрасли. Соответственно, цепи «Micro» имеют хорошую производительность, но уступают по этому параметру цепям «Super», они меньше тупятся, более простые в заточке и именно их предпочитают частные пользователи или профессионалы других отраслей (строительство, сельское хозяйство и т. д.).
Есть еще один класс цепей, у которых вместо стальных режущих зубьев используются твердосплавные напайки — к основанию зуба припаивается специальным методом режущий зуб особой формы из твердого сплава металлов. Такие цепи благодаря материалу тупятся гораздо меньше: например, цепь STIHL RD («Rapid Duro») будет оставаться острой до 10 раз дольше по сравнению с цепью STIHL RM («Rapid Micro»). Такие цепи профессионалы используют, когда приходится работать с грязной древесиной или там, где много абразива (классический пример — горельник).
Таким образом, можно выделить 3 разных класса цепей по профилю режущих зубьев — Micro, Super, Duro (цепи STIHL).
Чтобы придать цепям те или иные дополнительные свойства, существуют различные их модификации (исполнения).
В этом контексте надо отметить сразу свойство «комфорта», которое ранее было присуще только некоторым цепям STIHL, а в настоящее время все цепи имеют это свойство, поэтому это уже не является опцией.
Свойство комфорта заключается в уменьшенных вибрациях цепи, когда она работает в резе. Это достигается благодаря приподнятой «пятке» звеньев цепи относительно передней части, и когда зуб начинает врезаться в древесину, задняя часть режущего и соединительного звеньев прижимается вниз, беря тем самым на себя часть вибраций, что и обеспечивает комфорт в работе.
Можно выделить цепь с исполнением, которое носит название РММ, то есть Picco Micro Mini. Если посмотреть на рисунок выше более внимательно, то обращает на себя внимание «вынос» вперед ограничителя глубины. Благодаря этому цепь отличается целым набором только ей присущих свойств. Во-первых, именно в этом исполнении сделаны цепи с самым маленьким шагом и самым узким профилем, что обеспечивает отличное качество реза и высокую производительность пиления при использовании даже на пилах небольшой мощности. Во-вторых, у цепей с такими режущими звеньями меньше склонность к отдаче при врезании концом шины. В-третьих, уровень вибраций цепи при работе еще меньше.
Очень популярно исполнение цепей с бугорчатым ведущим звеном (в маркировке цепи STIHL получают цифру «3» — например, «РМЗ» или «PS3»). Такие цепи имеют минимальную склонность к обратной отдаче при работе концом шины, но теряют из-за этого часть своей мощности. Поэтому эти цепи отлично подходят для тех, кто не имеет большого опыта работы с моторными пилами, а профессионалы предпочитают работать с цепями, которые обеспечивают им максимальные рабочие свойства.
Для тех, кому надо пилить не поперечно, а продольно, то есть вдоль волокон, есть исполнение с измененным углом заточки верхней кромки — не 30°, а 10°. Такие цепи получают букву «X» в маркировке. Если для этих работ использовать обычные цепи, то будет образовываться длинная стружка, которая быстро «забьет» межреберные пространства цилиндра, и двигатель может перегреться из-за недостаточного охлаждения.
Есть специальные цепи для частой или постоянной работы концом шины — эти цепи STIHL получают в маркировке дополнительную букву «S» («Spezial»). У этих цепей задняя часть у режущих зубьев «скошена», поэтому зубья беспрепятственно обходят конец шины при врезании в древесину. Такие цепи устанавливаются на специальные шины с зауженным концом — идеальное сочетание для тех, кто занимается фигурной резкой).
Есть еще одно специфическое исполнение цепей, о котором следует упомянуть в настоящем учебнике — цепь для спасательных работ STIHL RDR: Rapid Duro Rescue. Она отличается от остальных цепей Duro особенной технологией пайки, которая обеспечивает надежность присоединения твердосплавной пластины к основанию зуба, что позволяет выполнять резание самых различных материалов: балок с гвоздями, сэндвич-панелей, тонких листов стали, бронированного стекла.
В рисунке выше дан обзор основных типов цепей STIHL, чтобы упорядочить сказанное выше.
Таким образом, пильные цепи отличаются друг от друга размерами своих звеньев (у STIHL Rapid и Picco), профилем режущих зубьев (у STIHL Micro, Super, Duro) и в некоторых случаях исполнением (для уменьшения отдачи, продольного реза, возможности резать разные материалы и т. д.).
Принцип работы универсальной пильной цепи
Пиление древесины цепью, как и любым другим видом пил, про¬исходит в закрытом пространстве, называемом пропилом, с образованием сразу трех плоскостей резания (двух стенок пропила и дна пропила) и одновременным выбросом образовавшейся стружки.
Универсальные пильные цепи оснащены режущими зубьями строгающего типа, по принципу работы схожими с рубанком. Именно они являются непосредственными рабочими органами пильной цепи.
Усилие подачи передается на цепь через пильную шину и прижимает верхнее лезвие к дну пропила. Благодаря заднему углу на спинке зуба и углу режущей кромки верхнее лезвие при поступательном движении пильной цепи врезается в древесину до тех пор, пока ограничитель подачи не коснется дна пропила, затем лезвие движется параллельно дну пропила, снимая при этом стружку, заданную превышением верхнего лезвия над ограничителем подачи.
Одновременно торцовое лезвие отделяет стружку от соответствующей стенки пропила, а следующий зуб, также снимая стружку со дна пропила, снимает стружку с противоположной стенки пропила. Отделенная стружка проходит через канал под спинкой зуба и попадает в пространство между режущими зубьями, захватывается следующим режущим зубом (его ограничителем подачи), и при его выходе из пропила выбрасывается наружу.
Угловые параметры пильных цепей
Спадающая под углом назад спинка режущего зуба образует задний угол верхнего лезвия, который обеспечивает врезание лезвия в древесину.
Сужающаяся назад лопатка зуба образует задний угол для торцового лезвия, обеспечивающий срезание стружки со стенки пропила.
Край торцового лезвия к поверхности скольжения режущего зуба образует передний угол.
Для разных пильных цепей рекомендуемая величина переднего угла различна и колеблется от 60° до 80° с градацией через 5.
Задний угол верхнего лезвия представлен на рисунке выше, он характеризует наклон верхнего лезвия назад и измеряется по отношению к поверхности скольжения режущего зуба. Для разных пильных цепей он составляет от 50° до 60°.
Угол заточки (заострения) верхней кромки определяется измерением от верхней режущей кромки к перпендикуляру относительно пильной шины.
Величина этого угла у разных пильных цепей варьируется в пределах от 10° до 35°. При выборе угла заточки следует учитывать, что чем он больше, в указанном диапазоне, тем лучше реализуется подводимая к цепи мощность в мягкой древесине. Уменьшать этот угол следует при работе с твердой (замерзшей) древесиной. Выбор неоптимального угла ведет к увеличению вибрации и снижению долговечности цепи. При поперечной распиловке угол заточки должен находиться в пределах 25—35°. Меньшая величина угла — для цепей для продольной распиловки.
Передний угол, угол заточки и угол верхнего лезвия можно изменять путем заточки зубьев цепи, так же как и высоту ограничителя подачи.
Ограничитель подачи (глубины) находится на каждом режущем зубе, перед лопаткой. Превышение верхнего лезвия над ограничителем подачи задает толщину снимаемой стружки, иначе говоря, в терминах теории резания древесины — подачу на зуб.
В свою очередь, подача на зуб влияет на величину удельной работы резания и в конечном итоге на потребную на пиление мощность.
С каждой заточкой высота верхнего лезвия снижается из- за наличия заднего угла верхнего лезвия, поэтому высоту ограничителя подачи надо периодически уменьшать.
Как уже отмечалось, на зубьях пильных цепей STIHL нанесены сервисные маркировки, помогающие определить правильные углы заточки и степень износа зубьев.
При достижении маркировок 1 и/или 4 цепь выбраковывается как полностью выработавшая свой ресурс. Следует иметь в виду, что при правильной эксплуатации цепи наблюдается пропорциональный износ и маркировки достигаются почти одновременно.