Обзор циркулярных (круглопильных) станков

Существующие мобильные модификации таких станков позволяют осуществлять раскрой бревен непосредственно на делянке в лесу, обеспечивая привод станка от раздаточной коробки автомобиля или трактора. Однако на производствах большой мощности с помощью таких станков добиться высокой производительности невозможно. Для этих целей используются многопильные одно и двухвальные станки, работающие по схеме (рис. 1, в), позволяющие раскраивать бревна как в «развал», так и с «брусовкой».

Однопильные станки

Группа циркулярных станков для продольного распиливания брусьев имеет самые разные механизмы резания и подачи. Например, есть два основных варианта станков с подачей бревен кареткой или столом – с одной пилой, расположенной ниже уровня базирующего бревно стола (рис. 1, а), и с двумя пилами, установленными с некоторым перекрытием по высоте в одной плоскости на двух пильных валах, одна пила при этом находится над столом, другая – под столом.

Наиболее часто в качестве оборудования первого ряда для распиливания бревен на брусья и доски используются круглопильные станки с подачей бревна на тележке, предназначенной для устойчивого базирования бревна и его перемещения во время пиления и холостого хода (рис. 2, а и б). Существуют бревнопильные станки, в которых подача бревна осуществляется цепным приводом подачи с толкающими упорами (рис. 2, в). Двухкантные брусья раскраиваются чаще всего на многопильных станках с вальцовой подачей (рис. 2, г).

Для начала рассмотрим схему бревнопильного станка с одной круглой пилой (рис. 1, а). Механизм действия таков: бревна с поперечного загрузочного конвейера поштучно подаются на базирующий стол станка, который состоит из двух параллельных секций, разделенных пазом для выхода пилы. Пила закреплена на пильном валу, расположенном под столом. Стол может перемещаться возвратно­поступательно по роликам станины, надвигая бревно на пилу и возвращая его в исходное положение. Привод стола осуществляется с помощью гидромотора через цепную или тросовую передачу. Предварительно для оптимизации максимума выхода пиломатериалов бревно с помощью кантователя разворачивается вокруг своей оси, после чего фиксируется на столе торцевыми захватами.

После первого рабочего хода отпиленная горбыльная доска сбрасывается на поперечный конвейер. Бревно возвращается столом в исходное положение и с помощью кантователя разворачивается на 90о и вновь базируется на столе по только что сформированной пласти и т.д. вплоть до получения трехкантного бруса. Затем брус прижимается боковой кромкой к направляющему устройству с цилиндрическими роликами. Далее осуществляется его раскрой на обрезные доски. Толщина досок может задаваться автоматически программным путем через систему ЧПУ. Диаметр пил у таких станков составляет 800–1200 мм при ширине зубчатого венца 8–10 мм.

Это говорит о заметных потерях древесины в опилки по сравнению в первую очередь с ленточнопильными станками. Вылет пилы над столом позволяет раскраивать бревна диаметром 400 мм и более. Скорость подачи регулируется плавно в диапазоне от 0 до 140 м/мин. Обычно такие станки снабжаются устройством, автоматически регулирующим скорость подачи в зависимости от загрузки двигателя механизма резания. Примером такого оборудования могут служить станки финской фирмы Kara.

Двухпильные станки

Следующим этапом развития однопильных станков стали двухпильные станки. На рис. 2 представлена схема двухпильного станка с подачей бревна тележкой, выполненного по схеме рис. 1, б. В таком станке бревно из накопительного устройства укладывается на тележку 8, которая перемещается с помощью тросового механизма по рельсовому пути 3.

Основной несущий узел тележки – сварная из стандартных профилей рама, на нижней поверхности которой крепятся корпуса подшипников под оси ходовых колес. На верхней части тележки – платформе установлены поперечные направляющие 7 для ползунов, несущих подвижные стойки 6 с гидрофицированными когтевыми захватами, которые фиксируют бревно в требуемом положении.

Когтевые захваты перемещаются по стойкам на плите в вертикальном и горизонтальном положении для крепления бревен различного диаметра или бруса, когда изменяется величина остатка, зажатого в захватах. Перемещение захватов в горизонтальном направлении зачастую используется для сталкивания остатка или кантования бревна.

Для увеличения полезного выхода пиломатериалов оператор с помощью кантователя разворачивает бревно вокруг оси. Сами стойки вместе с ползунами имеют возможность перемещаться с помощью ходовых винтов для начальной установки в зависимости от диаметра бревна или толщины выпиливаемых досок. Для установки бревна при пилении по сбегу или параллельно оси бревна каждая плита с захватами может перемещаться автономно с помощью гидроцилиндра.

Рабочий ход станка обеспечивается перемещением тележки 8 со скоростью 80–120 м/мин вдоль неподвижно установленного пильного модуля с двумя пилами 5 и 4. После распиливания бревна и достижения тележкой конечного положения привод подачи реверсируется, и тележка возвращается в исходное положение. При обратном ходе тележки рама со стойками отводится от пил двумя гидроцилиндрами. Механизм перемещения тележки состоит из регулируемого гидропривода (насоса 10 и гидромотора 11), цилиндрического зубчатого редуктора 12, приводного 1 и натяжного 9 барабанов, связанных с тележкой 8 стальными тросами 2.

При вращении барабана 1 трос тянет тележку. Скорость рабочего хода тележки регулируется оператором бесступенчато с помощью рукоятки управления либо автоматически для поддержания заданной мощности двигателя механизма резания. При этом обеспечивается надежное перемещение тележки со скоростью холостого хода до 200 м/мин. Аналогичная конструкция тележки используется и в бревнопильных ленточных станках.

Станки для распиловки бревен

Станки для распиловки бревен делятся на три группы – легкие, с максимальным диаметром распиливаемого бревна до 325 мм, средние – до 700 мм и тяжелые – до 1100 мм. На легких станках раскраиваются бревна длиной до 2,0–2,5 м, на средних и тяжелых – до 6,5 м. Диаметр пилы у легкого однопильного станка составляет 900, а у среднего – 1250 мм. Механизм резания станка состоит из двух расположенных один над другим пильных валов. Пилы нижнего вала пропиливают нижнюю часть бревна или бруса на половину толщины, верхние – верхнюю часть, завершая пропил. Пара пил располагается в одной вертикальной плоскости. Они перекрывают друг друга по высоте, обеспечивая гарантированное разделение древесины в плоскости резания.

Такая схема механизма резания позволяет применять пилы меньшего диаметра и, как правило, меньшей толщины, уменьшая отход древесины в опилки. Это особенно важно при большой высоте пропила и малой толщине выпиливаемых деталей. Диаметр пил и их толщина меньше, чем у станка с одной пилой, – следовательно, пропил потерь древесины в отходы по сравнению с однопильными станками также меньше. Данная конструкция станка для раскроя толстых брусьев была запатентована англичанами Сейнером и Гринвудом в 1824 году. У представленного на рис. 2 станка механизм резания включает в себя верхний и нижний пильные валы с индивидуальными приводами и пилами 5 и 4, установленными в одной вертикальной плоскости.

Нижняя пила (D = 1250 мм) смонтирована на неподвижной раме, а верхняя (D = 1000 мм) установлена на подвижной раме и может опускаться, компенсируя износ пил. Следует отметить, что и однопильные станки могут снабжаться опционально дополнительным пильным агрегатом для раскроя бревен увеличенного диаметра. В настоящее время круглопильные станки получили большое распространение для распиловки бревен небольшого диаметра, особенно в европейской части страны. Основные продуктивные лесные массивы там вырублены, однако значительные площади заняты тонкомером. Станки, собранные по схеме рис. 1, в, оказались весьма эффективными для распиливания такого кругляка.

В этих станках проходного типа бревно закатывается на подающий цепной конвейер с толкающими упорами, протаскивающими его по базирующему лотку через механизм резания. Разновидностью станков, выполненных по схеме 1, в, являются станки модели «Caterpillar», производимые в России по канадской лицензии. Отличительная особенность таких станков – конструкция механизма подачи, позволяющая подавать бревно в зону резания без поперечного его смещения в процессе обработки.

Предложенная конструкция исключает либо заметно уменьшает смещение бревна, отличающегося от правильной формы и обладающего пороками – остатками крупных сучьев, с заметной кривизной, закомелистостью и т.д. Как правило, при малейшем перекосе подаваемого бревна задняя часть зубьев венца пилы повторно касается стенок пропила, что приводит к «запилам» на поверхности досок или брусьев.

При значительных перекосах бревна во время его движения через постав круглых пил происходит затирание диска пилы о поверхности пропила. Это приводит не только к нарушению геометрии получаемых пиломатериалов, но и к выходу из строя пил из¬за перегрева и потери устойчивости. Конструктивной особенностью этого станка является конвейерный механизм подачи с широкой гусеницей.

Он обладает способностью предотвращать вращение и смещение бревна в направлении подачи за счет выполнения траков конвейера V¬образной формы с острыми зубчатыми кромками. Все колебания при заходе неровностей бревна на гусеницу переводятся в вертикальную плоскость и практически не оказывают влияния на точность распиловки. Сверху бревно прижимается пневматическими вальцами повышенного диаметра.

Механизм резания станка выполнен двухвальным, с приводом каждого вала через карданную передачу от индивидуального электродвигателя, вынесенного за пределы станка на отдельный фундамент. Оба пильных вала могут перемещаться по высоте, что позволяет использовать круглые пилы различного диаметра. Применение карданных передач дает возможность перемещать валы при неподвижных электродвигателях. Кроме того, данная конструкция привода позволяет при необходимости повышения производительности заменить двигатель на более мощный. Станки выпускаются с двигателями главного привода мощностью от 2 х 45 до 2 х 90 кВт.

Брусовочные станки

Для продольного раскроя двух- и четырехкантных брусьев на обрезные доски в качестве оборудования второго ряда используются тяжелые круглопильные многопильные станки с вальцовой подачей – т.н. брусовочные станки. Они могут заменить лесопильные рамы второго ряда. Эти станки выполняются по схеме 2, г. Поскольку у брусьев сформированы базовые плоскости снизу и сверху, большинство таких станков оснащаются вальцовым механизмом подачи и вальцовым механизмом прижима. Скорость подачи бруса регулируется плавно в диапазоне от 2 до 75 м/мин в зависимости от толщины бруса, количества валов и пил на этих валах. Максимальная толщина распиливаемого бруса может достигать 160–250 мм.

В восьмипильном станке (рис. 3) механизм резания включает двух¬опорный консольный вал 2, смонтированный в подшипниках качения на станине 1 в расточке шарнирно закрепленной опоры, положение которой по высоте можно регулировать с помощью винтов. На консольной части пильного вала на двух направляющих шпонках установлены плавающие пилы 6. Пилы не имеют фланцевого фиксированного закрепления вдоль вала.

Такой метод крепления пил облегчает их настройку на толщину отпиливаемых досок и снижает напряжение в полотне пилы. Расстояние между пилами фиксируется с помощью блока направляющих 7 с текстолитовыми накладками. В регулируемый зазор между накладками и пилами для стабилизации их положения и охлаждения подается под давлением водовоздушная смесь через гибкие трубки от единого коллектора. Для замены пил направляющие разворачиваются относительно горизонтальной оси, параллельной оси пильного вала. За крайними пилами устанавливают разделительные ножи 5 для отвода в стороны горбыльных (или крайних) досок. Пильный вал приводится во вращение от асинхронного электродвигателя через клиноременную передачу.

Механизм подачи состоит из двух опорных 12, четырех нижних 13 и двух верхних 8 приводных рифленых вальцов. Брус базируется на нижние подающие вальцы и прижимается к ним под действием веса верхних вальцов и усилия, создаваемого пружинами 9. Регулирование верхних вальцов на толщину распиливаемого бруса производится вручную с помощью винтов 10 и рычагов 3 и 4. Подающие вальцы приводятся в действие от бесступенчатого регулируемого электродвигателя постоянного тока через цилиндрические редукторы и цепную передачу. Двухрядная когтевая завеса 11 предотвращает выброс бруса и срезков из станка.

Станки для продольного распиливания брусьев могут быть опционально оснащены лазерными системами измерения и разметки ширины бруса, позволяющими оператору обеспечить возможность выкроить из заготовки двухкантного бруса четырехкантный брус максимальной ширины либо распустить его на обрезные доски нужных сечений. В современном оборудовании устанавливаются сканирующие устройства, работающие в комплексе с компьютерными системами программного управления станка. Они позволяют автоматически перемещать пилы на валах и оптимизировать их постав при раскрое бруса на пиломатериалы. Это дает возможность обеспечить наибольший выход заготовок заданных сечений при увеличении производительности раскроя.

Возможности круглопильных станков, так же как и ленточнопильных, реализуются в сдвоенных круглопильных агрегатах и линиях при раскрое круглых лесоматериалов диаметром до 700 мм (рис. 4). Перемещаемые по заданной программе суппорты с телескопическими валами для установки постава пил располагаются попарно с двух сторон распиливаемого бревна. Это позволяет быстро и бесступенчато позиционировать постав.

Перемещение суппортов происходит по круглым или линейным направляющим от сервоприводов через винтовые передачи. Данное оборудование изготавливается в различных модификациях: с фрезерными агрегатами (рис. 6, на переднем плане слева), с автономным механизмом подачи круглого леса и т.д. Диаметр распиливаемых бревен – до 600 мм, скорость подачи – 10...60 м/мин, мощность одного пильного вала – 55 кВт. Естественно, оборудование с программной настройкой постава на телескопических валах дороже, чем оборудование с жестким поставом пил. Существуют станки (рис. 5), дополнительно оснащенные специальным вспомогательным устройством, служащим для предварительной подготовки постава пил, пока актуальный постав находится в работе.

На линейных направляющих станины станка устанавливается поворотный корпус устройства, в котором закреплены валы, расположенные соосно с пильными валами станка. При замене постава устройство подвигается по направляющим к пильным валам станка. Затем подлежащий замене постав пил, собранный на втулке, закрепленной на пильном валу, расфиксируется и сдвигается на валы вспомогательного устройства. Далее его корпус разворачивается на 180°, новый постав надвигается на освободившиеся места на пильных валах, и устройство возвращается в исходное положение сбоку станины. Для распиливания бревен применяются также т.н. круглопильные станки углового пиления, пильный механизм которых имеет 2 или 3 пильных вала, расположенных под прямым углом друг к другу (рис. 6).

Пилы имеют возможность настроечного перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Существуют модели таких станков как с подвижным механизмом резания, так и с подающей кареткой с бревном, приводимой электро¬ или гидроприводом с бесступенчатым регулированием скорости. На лучших станках этого типа позиционирование пил производится при помощи микропроцессорной системы. За каждый проход отпиливается одна¬две обрезные доски нужного сечения. Такое расположение пил позволяет реализовать широкий спектр схем раскроя и индивидуальный подход к раскрою бревна (радиальный распил).

В результате можно получить высокий выход продукции. Станки просты в монтаже и эксплуатации, а пилы небольших (300–600 мм) диаметров не требуют высокой квалификации при подготовке инструмента. Не нужна и сортировка сырья. Главным недостатком у данной модели, как и у других круглопильных станков, является широкий (5–6 мм) пропил. Несмотря на небольшой диаметр, в данном виде станков нельзя использовать пилы тоньше 3–4 мм из¬за особенностей конструкции крепления и тяжелых условий пиления – пила прорезает глухой пропил. Поскольку угловые станки плохо встраиваются в лесопильные потоки, их можно использовать для выпиливания мелких пиломатериалов специального назначения (например, досок радиального сечения).

Такие станки позволяют осуществлять индивидуальный раскрой бревен диаметром от 100 до 1000 мм со скоростью подачи от 0 до 60 м/мин в зависимости от породы древесины, ее влажности, размеров поперечного сечения выпиливаемой доски и т.д. Если станок оснащен дополнительно фрезерными агрегатами для переработки горбыльных досок в технологическую щепу, то у него должна быть постоянная скорость подачи, чтобы получать определенные размеры фракции щепы, заданные техническими условиями.

Производительность и безопасность

Следует отметить, что в большинстве деревообрабатывающих станков, в том числе и круглопильных, применяется встречное резание: вектора скоростей вращения пилы и подачи заготовки направлены навстречу друг другу. В некоторых случаях это может привести к выбросу детали или ее фрагмента из зоны резания в сторону, где находится оператор. Для исключения травматизма круглопильные станки для продольного распиливания древесины в обязательном порядке оснащаются со стороны подачи заготовки двумя¬тремя рядами противовыбросовых устройств – когтевых завес, располагаемых как над, так и под заготовкой, а зона резания станка сбоку от пилы закрывается опускающимися под собственным весом защитными щитками.

Для повышения безопасности работы на станке (рис. 4) последний снабжен двухрядной когтевой завесой 11, перекрывающей рабочую ширину просвета станка и предотвращающей выброс бруса и срезков из зоны резания. Подаваемый в прямом направлении брус свободно отклоняет вверх парно расположенные когти, проходя в зону пиления. Однако при движении бруса назад когти заклинивают его, поскольку под каждой когтевой завесой смонтированы поддерживающие неприводные ролики 12. Размеры и форма когтей завесы, а также выбор расположения точек их подвеса над поверхностями поддерживающих роликов обеспечивают надежное заклинивание распиливаемых брусьев во всем диапазоне их толщин (20–180 мм). С боковых сторон зона резания закрыта стальными кожухами¬ограждениями.

Чтобы повысить производительность круглопильных станков при распиловке бруса, их можно оснащать околостаночной механизацией, поскольку вес бруса может достигать 200 и более килограммов. Наряду с подачей бруса в станок необходимо обеспечить и его ориентирование вдоль продольной оси станка с помощью специальных загрузочных устройств. Наибольшее распространение получили два основных способа центрирования – автоматическое и управляемое оператором. Первый способ применяется в основном на тяжелых многопильных станках или фрезерно¬брусующих линиях высокой производительности. В качестве центрирующих устройств используются направляющие и «боковые» колеса большого диаметра с вертикальной осью вращения, зачастую от автомобилей.

Для исключения повреждения боковых, уже опиленных поверхностей четырехкантного бруса используются обычные автомобильные колеса с резиновой камерой, заполненной воздухом. При раскрое двухкантного бруса для автоматического центрирования часто используются механизмы с двумя расположенными на горизонтальной оси над брусом коническими рифлеными роликами, напоминающими деревянную катушку для ниток.

Положение роликов по высоте при изменяющейся ширине бруса регулируется следящим приводом. Второй способ применяется для потоков невысокой производительности. При этом обычно осуществляется механизированное ориентирование бруса по следу луча лазера, указывающего положение крайней, коренной пилы. Загрузочный стол имеет две­три поперечные цепи, управляемые оператором. Реверсируя с пульта направление движения цепей, оператор за несколько секунд устанавливает брус в оптимальное положение относительно продольной оси станка. Потери времени на кратковременную остановку бруса с лихвой компенсируются большей скоростью подачи многопильного станка по сравнению со скоростью основного потока.

Определенный интерес представляют станки для распиливания тонкомера, в которых на проход на бревне сначала фрезеруются четыре продольных угловых паза. Затем при дальнейшей обработке бревно базируется по сформированным поверхностям и поступает на постав круглых пил. В результате получают две горбыльных доски, две обрезных доски на ширину выфрезерованного угла и несколько необрезных досок.

Если после фрезерования углов установить две горизонтальные ножевые головки и формировать двухкантный брус, то на выходе из станка получим вместо центральных необрезных досок обрезные. Примерами таких станков могут служить отечественные модели «Термит», КТ 200 и т.д. Эти станки позволяют также производить оцилиндрованные бревна для деревянного домостроения.

Отдельную группу станков составляют станки для продольного распиливания горбыльных досок. К сожалению, в настоящее время в России не производится современное высокопроизводительное оборудование для продольного распиливания бревен и брусьев. Ведущими производителями такого оборудования за рубежом можно назвать фирмы Linck, EWD (Германия), Primultini (Италия) и т.д.