Срезающие устройства лесозаготовительных машин предназначены для срезания стволов деревьев, а также раскряжевки хлыстов на сортименты. Наибольшее применение нашли две группы срезающих устройств: с образованием стружки при резании (цепные и дисковые пилы, фрезы); без стружкообразо-вания (ножевые срезающие устройства с плоскими и клиновыми ножами). Основные параметры срезающих устройств: рабочая длина механизма срезания, скорость резания, скорость надвигания, мощность привода, размеры, масса и др.
На рис. 2.16 приведены различные принципиальные схемы срезающих устройств.
Рис 2.16 Компоновочно-кинематические схемы срезающих устройств
В зависимости от принципа подвода мощности различают срезающие устройства с гидравлическим, механичес им и импульсным приводами (рис. 2.16, н). В последнем перерезание дерева осуществляется благодаря накопленной кинетической энергии ножа. В этом случае потенциальная энергия может создаваться давлением воздуха или пороховыми газами.
В настоящее время наибольшее распространение получили цепные срезающие устройства (рис. 2.16, а). Варианты б и д находятся в стадии экспериментирования. Цепное срезающееустройство состоит из пильной цепи, направляющей шины, ведущей (приводной) звездочки и механизма надвигания. Привод пильной цепи и механизма надвигания пильной шины на ствол дерева осуществляется гидромоторами и гидроцилиндрами. Изготавливаются пильные цепи с направляющими хвостовиками и седлающего типа. Пильные цепи седлающего типа позволяют снизить трудоемкость изготовления пильной шины и повысить поперечную устойчивость при пилении.
Ножевые срезающие устройства (рис. 2.16, г, е, ж, и, к) нашли широкое применение за рубежом (в США, Канаде). До стоинством ножевых срезающих устройств являются простота конструкции, надежность в эксплуатации, быстрота резания. Основные недостатки - значительные размеры, ограничивающие диаметр срезаемого дерева (обычно до 60 см), расслоение комлевой части древесины в зоне срезания, особенно при резании мерзлой древесины. У нас в стране в последнее время находит применение спирально-ступенчатый дисковый режущий механизм (рис. 2.16, м), уменьшающий расслоение древесины в зоне резания. Проводятся также исследования термо механического способа резания древесины с использованием электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ) при перерезании древесных стволов ножами бесстружечного резания (рис. 2.16, о) в условиях отрицательных температур. Эти исследования проводятся с целью уменьшения повреждаемости перерезаемой зоны древесины и сокращения ее потерь.
Для срезания деревьев разработаны также устройства с дисковыми, кольцевыми, коническими и цилиндрическими фрезами. На рис. 2.16, в показана фреза цилиндрическая, имеющая резцы, расположенные на гранях вала перед выемками. Режущая кромка резца образована путем пересечения боковой поверхности конуса с его основанием. Резцы устанавливаются на валу таким образом, что при вращении их между плоскостью фрезерования и боковой поверхностью образуется задний угол, а между режущей кромкой и плоскостью фрезерования -угол резания. Аналогичные фрезы выполняются также путем набора съемных резцов.
Фирма «Дротт» для ВПМ Дротт-40ЛС создала ЗСУ с цилиндрической фрезой для срезания деревьев диаметром до 60 см в плоскости реза. Ширина пропила после прохода фрезы составляет 6,35 см. Эта фреза, однако, сложна в эксплуатации и потребляет значительную мощность (до 100 кВт).
Дня валочных машин, работающих напроход без остановки У срезаемого дерева, в перспективе могут быть применены дисковые фрезы (рис. 2.16, з, л). Такие фрезы могут быть с центральным приводом (см. рис. 2.16, л) и вне центральным приводом(рис. 2.16, з).
Известны валочные машины ЭТУ-0,75, на которых установлена дисковая фреза с центральным приводом при диаметре фрезы 1,5 м, ширине пропила 0,045 м и приводной мощности около 74 кВт. Значительные работы в этом направлении прведены и в ЦНИИМЭ. Созданы опытные образцы фрезы с внецентральным приводом диаметром 1,3 м и с различными резцами шириной пропила 50 мм со скоростью надвигания до48м/с и скоростью резания до 20 м/с. Мощность на резание составляет около 100 кВт.
Цепные срезающие устройства
Цепные срезающие устройства получили широкое распространение. на валочных машинах, так как они обладают целым рядом преимуществ по сравнению с другими срезающими устройствами имеют малую массу и размеры, ими можно срезать деревья практически любого диаметра, обеспечивают удобство привода консольной пилы к дереву или сросшимся деревьям, возможность заглубления в снег, обеспечивают качественный срез дерева.
На отечественных лесозаготовительных машинах ЛП-19А, ИМ 4Л, ЛП-17, ЛП-49 (ЛП-58) применяют цепные срезающие механизмы консольной конструкции. Общая конструктивная компоновка цепных срезающих устройств этих машин в основном идентична. Имеющиеся конструктивные отличия обусловлены различными техническими характеристиками срезающих механизмов.
В последнее время и за рубежом основное внимание исследователей и машиностроителей уделяется разработке и внедрению ценных срезающих механизмов на валочных машинах с целью устранения повреждений комлевой части деревьев.
Ножевые срезающие устройства
С началом машинизации валки деревьев связано создание и применение ножевых срезающих устройств. Ножевые устройства, например, делятся на одноножевые и двухножевые. Нож одностороннего действия разрезает дерево, прижимая его к упору. Существуют еще два вида действия этих ножей - когда нож надвигается поступательно на дерево, прижатое к захватам, и когда ножевое полотно заводится за дерево и поддействием двух цилиндров подтягивается к основанию устройства, срезая дерево (в нерабочем положении ножевое полотно расположено вертикально). Двухножевые устройства конструктивно могут иметь общий шарнир (ножницы) и разнесенные шарниры. Большое многообразие ножевых устройств порождено формой лезвий и их кинематикой: ножи с прямыми и криволинейными режущими кромками, с зубцами, с протяжкой.
Ножевые срезающие устройства (НСУ) служат для срезания дерева с целью его повала и относятся к бесстружечным режущим органам.
Простейшим ножевым срезающим устройством является одноножевая схема с одним гидроцилиндром (рис. 2.17,А). Двухножевые срезающие устройства могут быть скомпонованы как с одним общим гидроцилиндром (рис. 2.17, а), так и с раздельными гидроцилиндрами (рис. 2.17, б).
Рис. 2.17. Схемы ножевых срезающих устройств: А — простейшая одноножевая; Б — двухножевые
В зависимости от конструкции ножей различают НСУ с прямой режущей кромкой (рис. 2.18, а), с кривой – выпуклой рис.'18, б) и кривой вогнутой (рис. 2.18, в) кромками, с зазубренной режущей кромками (рис. 2.18, г).
Рис. 2.18. Схемы режущих кромок ножей
В зависимости от принципа подвода мощности различают НСУ с гидравлическим приводом и НСУ с импульсным приводом(рис. 2.19), в котором перерезание дерева происходит за счет накопленной кинетической энергии при подлете ножа к дереву. В последнем случае давление в цилиндре может создаваться сжатым воздухом или пороховыми газами.
Рис. 2.19. Схема ножевого устройства с импульсным приводом
Устройства двустороннего действия - ножницы обеспечивают срезание деревьев ножевыми полотнами по типу ножниц. Ножи одностороннего действия применяют для направленной валки деревьев. Это достигается соответствующей установкой ножевого полотна или его конструктивного исполнения: оно толще, чем полотно ножниц, и имеет сходящиеся верхнюю и нижнюю грани. Двусторонние ножи используют в ВПМ. Усилие резания ножевыми полотнами меняется по мере заглубления в древесину. У ножей одностороннего действия оно возрастает при срезании 2/з диаметра дерева, а затем начинает убывать. У ножниц усилие срезания возрастает непрерывно до конца реза, пока каждое из полотен не пройдет l/j диаметра дерева. При увеличении толщины ножа в 2 раза усилие резания возрастает на 40...50%. На величину усилия резания влияют также диаметр дерева (особенно при использовании ножей одностороннего действия), плотность древесины, температура. С увеличением диаметра и плотности, а также при низкой температуре оно резко возрастает.
Недостатки ножевых срезающих устройств: ограничения по размеру срезаемых деревьев (максимальный диаметр их обычно не превышает 60 см в месте реза); значительные размеры в плане, что является препятствием при заглублении в снег; повреждение комлевой части срезаемых деревьев. Однако простота конструкции, надежность, простота эксплуатации, небольшая продолжительность срезания обеспечивают применение валочных машин с ножевыми срезающими устройствами.
В нашей стране ножевые срезающие устройства не нашли применения, а в США и Канаде они широко используются навалочных машинах. ВПМ Барко 775 FB, Омарк Хайдро-Экс 711, и другие оборудуются ножевыми головками дли срезания хвойных деревьев диаметром от 38 до 56 см.
Дисковые пилы
В следствии большой скорости резания дисковые пилы позволяют реализовать большие мощности и добиться высокой производительности чистого пиления. Дисковыми пилами можно срезать деревья ограниченного диаметра, они подвержены повреждениям, поэтому должны иметь надежную защиту.Пильные диски могут использоваться для срезания деревьев малого диаметра.
Дисковые фрезы могут иметь внецентральный привод, благодаря чему ими можно срезать деревья больших диаметров. Фрезами можно реализовать большие мощности и получить высокую производительность, они имеют большую толщину, соответственно будет и большая ширина пропила. При изготовлении режущих элементов из высокопрочного сплава фрезы могут продолжительное время работать без переточек. Высокая жесткость фрез свидетельствует о возможности использования их в срезающих механизмах машин для безостановочной валки деревьев(машин непрерывного действия).Особенностью работы ЗСУ с пильными дисками является то, что в процессе срезания ствола не требуется его фиксации в захватном устройстве. Срезаемое дерево захватывается лишь в момент завершения реза. Это позволяет предотвращать сколы комлевой части дерева.
Недостатками таких ЗСУ являются: большая масса (2.5…..3т), высокая стоимость.