CC BY
21
УДК 621.6.09:534.01
ЭВОЛЮЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ ЦИРКУЛЯРНЫХ ПИЛ
К. Ю. Филиппов, В. В. Раменский, Ю. А. Филиппов, Е. В. Раменская, Н. Ф. Янковская*
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*Е-mail: [email protected]
Изложены результаты анализа эволюционного развития строения круглых пил с целью разработки новых конструкций пил с повышенной цилиндрической жесткостью и эффективностью эксплуатации в производстве изделий ракетно-космической техники.
Ключевые слова: технология, циркульная, дисковая пила, конструкция, моделирование.
THE EVOLUTIONARY DEVELOPMENT OF CIRCULAR SAWS
K. Yu. Filippov, V. V. Ramensky, Yu. A. Filippov, E. V. Ramenskaya, N. F. Yankovskaya
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The results of the evolutionary development analysis of the circular saws structure in order to develop new designs of saws with increased cylindrical rigidity and efficiency in the production of the space rocket technology products.
Keywords: technology, circular, circular saw, design, modeling.
В стране заметно оживилась технология производства ряда изделий машиностроения на основе реализации решений указов Президента. В связи с этим, возросла роль средств, предметов и состава труда, входящих в классическое понятие техника. Совокупность ряда отраслевой техники на каждом этапе общественного развития образуют собственный уклад техники, основной составляющей производительных сил экономической формации, являющийся результатом научных достижений. В этой структуре заметное место занимает режущий инструмент, в частности круглая пила. Характерным признаком, которой является то, что круглая пила имеет одну точку опоры и рассматривается, как осесимметричная плоская оболочка в форме пластины с поверхностью вращения, в которой геометрическое место точек, равноотстоящих от обеих поверхностей оболочки, представляет срединную поверхность. Это отличает её от ленточных и полосовых пил.
В промышленности в различных хозяйственных отраслях широко используются круглые пилы, как высокоэффективный режущий инструмент для обработки органических веществ и металлов. Такому развитию способствует относительная простота конструкции пил и несложное их техническое обслуживание, особенно при восстановлении режущей способности зубьев.
Определенный интерес представляет история создания и развития конструкций, так называемых циркульных пил, название которых сохранилось до сих пор в ряде индустриально развитых стран.
Прообраз современной пилы создан человеком более 4 тысяч лет назад. Первые пилы представляли собой камни, имеющие зазубрины с одного края [1]. Применялись такие пилы для обработки древесины, кости, мягких пород камней [2]. Затачивали каменные пилы об углы скал или подбирали уже готовые куски. У древних римлян и египтян пилы были медными, которые пилили даже камень, а в качестве зубцов служили граненые алмазы. Первые железные пилы, отлитые в каменных формах, изготовили скандинавы. Однако из-за низкого качества такие пилы
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1
не выдерживали конкуренцию топорам. Археологами был найден кусок пилы с отверстием для руки, пила имела широкое полотно, что говорило о хорошем металле и умении мастеров проковывать такие широкие полосы. В древние времена, зубья нарезали ножницами или делали «комаром» - рычагом с пуансоном. Операция выполнялась так: пила продвигалась на один зуб и пуансон срабатывал при своем падении, кусал словно комар - от чего получил народное название. Для закалки металла, пилу «обжигали», погрузив в раскаленный песок.
Еще одна легенда гласит о том, что племянник Дедала Пердикс, изобрел пилу [2].
Первую улучшенную лесопилку, которая облегчала труд дровосека, попытались изобрести в 1322 году в Германии, сконструировав пилу, приводимую в движение с помощью гидравлических механизмов. По другой версии в 1777 году циркулярную пилу изобрел англичанин Стивен Миллер, оформив патент № 1152, в котором говорилось, что автор изобрел машину для быстрого пиления всех видов древесины. В движение эта машина приводилась с помощью ветряной мельницы, через систему передач вращающего момента. Благодаря большому количеству оборотов, получаемых с помощью привода, диск с зубьями был способен пилить не только дерево и камни, но и металлические пластины. В то же время, С. Миллер, отталкиваясь от даты изобретения, утверждал, что, Табита Бэббит, которой приписывалось первенство, вовсе не первая изобрела циркулярную пилу. Она, наблюдая за распиловкой материала, заметила, что при работе обычной пилой бревна распиливаются только тогда, когда пила идет вперед, а обратно совершается холостой ход. Патент на изобретение не оформила. С. Миллер предполагал из публикации 1703 года, что все - таки первыми были шейкеры Амос Бишоп и Бенджамин Брюс [2].
На протяжении многих веков русские люди рубили лес, а не пилили. И доски, называвшиеся тесом, были не пилеными, а колотыми. В начале XVIII века появились на Руси первые пильщики, их стали звать тертичниками (от слова «тереть»). Известен петровский указ «О приучении дровосеков к распиловке дров». Пила экономила не только рабочее время, но и древесину. Действительно, лес рубят - щепки летят, до 25 % древесины уходило в отходы. Возросшая потребность в стройматериалах при строительстве кораблей и городов, медленно внедряла пилу в обиход. Пилы покупали у европейцев, малую долю делали и в самой России. Раздавали крестьянам добровольно и принудительно. Сенат поощрял строительство пильных мельниц [2].
Старые мастера, при помощи топора могли изготовить практически любую вещь, а пила, считали, портит дерево, перерезает волокна и от этого век деревянного предмета короток. Колотые же вдоль волокон доски, употребляемые для кровли, служили во много раз дольше, чем пиленые, об этом свидетельствуют строения историко-архитектурного музея «Кижи», состоящего из двух церквей и колокольни XVIII-XIX веков, а также музей «Ангарская деревня» в г. Братске, состоящий из двух секторов: эвенкийского и русского. Отчасти поэтому, видимо, так трудно внедрялась «ненужная» пила.
Современные конструкции круглых и дисковых пил представлены на рисунке.
Из известных конструкции круглых и дисковых пил для резки действует стандарт со сменными зубьями [3] и патент пилы для резки металла с внутренними режущими зубьями [4]. Дисковая пила, разработанная кафедрой ТМС, СибГУ им. М.Ф. Решетнева, однотипная действующему стандарту [5], решением федеральной службы по интеллектуальной собственности вошла в номинацию «100 лучших изобретений России-2017».
1 2 3 4
Конструкции дисковых пил: 1 - пила стальная; 2 - зуб пилы с пластинами твердого сплава; контурные углы: а - задний; в - заострения; у - передний; 3 - пила с переменным шагом; 4 - пила мультексная [6]; 5 - пила с внутренними режущими зубьями с указанием толщины Ь и диаметров ё - внутренний; Б - внешний
Приведем результаты исследования, выполненного, с целью принятия решения по цилиндрической жесткости стальных пил в зависимости от 1-5,0 мм толщины полотна пилы и диаметра от 160 мм до 1500 мм при высоте зуба h = 0,75^
Параметрическая модель изменения цилиндрической жесткости Dj для круглой пилы из стали марки 9ХФМ описывается функцией с уровнем достоверной аппроксимации R2 = 1
Dj = 2,0382 б2,9873 , (1)
где Ь - толщина полотна пилы, мм.
Для круглой пилы, изготовленной из стали марки 75Сг1, функция с R2 = 1 принимает вид
Щ = 1,5153 Ь2,993 . (2)
Цилиндрическая жесткость пилы не зависит от технологии подготовки её к работе, а также от угловых параметров зубьев и полностью характеризуется равномерностью толщины.
В последние десятилетия происходят изменения внутренней части полотна внесением муль-тексных элементов, а зубьев, упрочнением с помощью нанесения покрытий по технологии РУБ-ТШ и СУБ -ТЮК и А12О3.
Результаты исследования используются в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 15.04.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Библиографические ссылки
1. Очерки истории техники в России (1861-1917) / И. И. Артоболевский, А. А. Благонравов, А. С. Федоров и др. М. : Наука, 1973. 404 с.
2. Краткая история пилы: от древности до наших дней [Электронный ресурс]. URL: pilarun.ru>klassifikacia-diskovih-pil-i-ih.
3. ГОСТ 4047-82. Пилы дисковые сегментные для металла. Технические условия. Введ.01.07.83. 14 с.
4. Патенты № 141370. Класс 49с, М. А. Махатадзе СССР. Дисковая пила (фреза), 1960.
5. ГОСТ Р 54490-2011. Пилы дисковые, оснащенные пластинами из сверхтвердых материалов, для обработки древесных материалов и пластиков. Общие технические условия. Введен 01.01.2013. 12 с.
6. Патент на изобретение RU № 2 624 924 C2 Дисковая пила. Воробьев А. А., Спицын И. Н., Косарев В. К., Раменская Е. В., Филиппов Ю. А., Тимошенко Е. М. Бюл. № 20, опубл. 11.07.2017 МПК В27В 5/38.
© Филиппов К. Ю., Раменский В. В., Филиппов Ю. А., Раменская Е. В., Янковская Н. Ф., 2019
