Бензопила. Устройство и работа бензопил

Бензомоторная пила (бензопила, мотопила) – ручная цепная пила, снабженная двигателем внутреннего сгорания.

По конструкции бензопилы подразделяют на редукторные и безредукторные.

Редукторные бензопилы относятся к специализированным и используются обычно для валки деревьев или раскряжевки лесоматериалов. Имеют следующие основные узлы (рис. 1): раму 1, двигатель 2, муфту сцепления 4, редуктор 5, пильный аппарат, состоящий из пильной шины 7 и пильной цепи 6, съемный стартер 3.

Рис. 1. Редукторная бензопила

Из редукторных бензопил в лесном хозяйстве получили распространение «Дружба» и «Урал» (Россия) различных модификаций.

Безредукторные бензопилы не имеют редукторов. Они значительно легче и обладают более высокой скоростью резания, чем редукторные. Ручки управления крепятся непосредственно к корпусу двигателя, поэтому эти пилы относятся к типу пил с низко расположенными рукоятками управления.

Фирмы-производители предлагают большой выбор бензопил. К наиболее известным можно отнести пилы производства:

• Германии: Stihl, Dolmar, Solo, Jonsered, Makita, Al-Ko;
• Швеции: Husqvarna, Stiga;
• США: Partner, Patriot, Poulan, Chempion, McCulloch, Ryobi;
• США/Тайваня: Craftsman;
• США/Китая: Homelite;
• Китая: Greenline;
• Финляндии: BGTFinland;
• Японии: Shindaiwa, Echo;
• Италии: Alpina, Efco;
• России: Тайга;
• Украины: Мотор Сiч.

Поскольку безредукторные пилы в последнее время преобладают в хозяйствах, организациях и частном пользовании, описание устройства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта выполняется применительно к данным пилам.

Рассматриваемые бензопилы, независимо от производителя, имеют сходную конструкцию и состоят из следующих основных узлов (рис. 2): рамы 1, двигателя 2, муфты сцепления, пильного аппарата 3, элементов управления 4, элементов защиты 5, стартера 6.

Рис. 2. Общее устройство безредукторной бензопилы

1. Двигатель

Конструкция цепных пил не так проста, как кажется на первый взгляд. Производителю необходимо обеспечить нужные характеристики и надежность пил, максимально обезопасить пользователя от возможных травм, а по возможности – еще и упростить их обслуживание.

На бензопилах используется одноцилиндровый, двухтактный, бензиновый, карбюраторный двигатель с кривошипнокамерной продувкой. Сам двигатель состоит из деталей, объединенных под названием кривошипно-шатунный механизм.

Надежную и эффективную работу двигателя обеспечивают системы питания, смазки, охлаждения, зажигания и пуска. Кроме того, у большинства современных бензопил имеются специальные уравнительные механизмы для уменьшения вибрации.

Рассмотрим устройство двигателя на примере бензопил фирмы Stihl.

Основой двигателя является цилиндр (рис. 3).

Цилиндр двигателя литой, из алюминиевого сплава и выполнен как одно целое с головкой. Чтобы продлить срок службы деталей, на стенки цилиндра бензопил наносят специальные износостойкие гальванические покрытия толщиной около 0,1 мм. Встречается несколько вариантов покрытий: металлокерамика, хромирование, никелирование или гибридное покрытие «хром–никель». В первом случае образуется пористый слой, который хорошо задерживает смазку, благодаря чему она не стекает вниз, а находится в распределенном состоянии. Эта особенность важна при работе пилы с перерывами. Хромированное покрытие предотвращает появление вредоносного налета и нежелательных царапин.

Рис. 3. Цилиндр двигателя

В цилиндре имеются впускное, перепускное (продувочное) и выхлопное окна. К патрубку впускного окна крепится карбюратор, к патрубку выхлопного окна – глушитель. В головке цилиндра находится резьбовое отверстие, куда ввертывается свеча зажигания.

Для установки коленчатого вала предусмотрены посадочные места 1 (см. рис. 3) под опорные подшипники коленчатого вала. В нижней части располагается площадка для установки цилиндра на картер 2. Цилиндр имеет 15 охлаждающих ребер 3, которые равномерно распределены по всей поверхности.

Картер двигателя разъемный, литой. На нем крепятся основные узлы двигателя. Он служит камерой для рабочей смеси.

В состав кривошипно-шатунного механизма входят коленчатый вал, шатун, поршень. Коленчатый вал трехблочный (рис. 4), его противовесы 1 и шатун 2 штампованные. Шатун имеет открытый игольчатый подшипник нижней шейки 3 шатуна. Верхний подшипник 4 шатуна закрытый, запрессован в шатун. Шатун отцентрирован по нижней шейке. Все детали изготовляются из легированной стали.

Рис. 4. Коленчатый вал и шатун

Поршень отлит из алюминиевого сплава и снабжен двумя компрессионными кольцами (чугунными), утопленными в канавках (рис. 5).

Рис. 5. Поршень

Поршнем с кольцами герметизируются рабочие полости цилиндра и картера.

Диаметр и ход поршня, длина юбки зависят от мощности двигателя. С верхней головкой шатуна поршень соединяется через сепаратор игольчатого подшипника посредством запрессованного пальца, который от боковых смещений удерживается двумя кольцевыми пружинными стопорами.

Все современные цепные бензопилы оснащены карбюраторной системой питания. К элементам системы питания относятся бачок для хранения топлива, топливный фильтр, воздушный фильтр, топливопровод, карбюратор и рычаг управления.

Карбюратор (рис. 6) – довольно сложное устройство, поэтому большинство производителей решило пойти по простому пути: не экспериментировать, а обойтись надежными и проверенными моделями сторонних разработчиков. Чаще всего это Walbro или Zama. Один из главных показателей работы карбюратора – стабильность. От нее зависит, как будет функционировать двигатель.

Рис. 6. Общий вид карбюратора: 1 – корпус; 2 – дроссельная заслонка; 3 – рычаг поворота дроссельной заслонки; 4 – винт регулировки холостого хода; 5 – винты регулировки подачи топлива и воздуха

В задачу карбюратора входит смешивание топлива и воздуха в оптимальном соотношении для любых режимов работы двигателя.

Теоретически при составе топливной смеси 14,8 кг воздуха и 1,0 кг бензина воздушное число лямбда равно 1,0. При этом соотношении топливная смесь сгорает полностью. Такое отношение называется идеальным. Топливная смесь является сгораемой при значениях лямбда между 0,7 и 1,25.

Реальные свойства топливной смеси отличаются от теоретических в зависимости от внешних условий (температуры, влажности воздуха, атмосферного давления) и от режимов работы двигателя (запуск, холостой ход, неполная нагрузка, полная нагрузка).

Если реальный состав смеси отличается от идеального, то смесь или бедная, или богатая.

Бедная смесь содержит больше воздуха. Из-за недостатка в смеси топлива двигатель не развивает полной мощности, кроме того, он имеет повышенную температуру из-за худшего внутреннего охлаждения.

Из-за уменьшенного объема маслосодержащей топливной смеси ухудшаются условия смазки, что приводит к повышению опасности задира пары «поршень–цилиндр».

Богатая смесь содержит меньше воздуха. При богатой смеси происходит неполное сгорание топлива. Несгоревшая смесь проявляется в виде дыма из глушителя.

Рассмотрим общее устройство карбюратора со встроенным топливным насосом (рис. 7).

Рис. 7. Схема карбюратора

Карбюратор состоит из цельнолитого алюминиевого корпуса, в котором имеется с определенными внутренними контурами отверстие (сопло Вентури) – диффузор 8. Через диффузор протекает всасываемый двигателем воздух. Чем меньше проходное сечение диффузора, тем выше скорость протекания воздуха и выше разряжение в зоне минимального диаметра.

В различных местах диффузора имеются топливные каналы 11, 12, из которых потоком воздуха засасывается топливо. Топливный насос, система жиклеров и система регулировки топливно-воздушной смеси встроены или установлены снаружи.

Положением дроссельной заслонки 9 определяется объем поступающего воздуха и в конечном итоге мощность, развиваемая двигателем.

Так называемая импульсная камера топливного насоса через импульсный канал 1 соединена с внутренним объемом картера двигателя.

В результате возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре в картере возникает последовательное изменение давления (повышение или разряжение). Этим изменением давления в картере управляется работа мембраны 4 топливного насоса. То есть топливный насос работает принудительно и синхронно с изменением давления в картере в зависимости от оборотов двигателя.

Топливо засасывается с помощью мембраны насоса из топливного бака через входной штуцер карбюратора 2. Далее через впускной клапан 3, выпускной клапан 5 топливного насоса, через фильтрующую сеточку 6 по каналу 10 мимо иглы 14 через игольчатый клапан попадает в камеру 16 с управляющей мембраной 18.

Игла игольчатого клапана через рычаг 17 соединена с управляющей мембраной 18.

Функционирование всего карбюратора в целом также происходит под воздействием изменения давления в картере двигателя.

При такте всасывания в диффузоре 8 возникает разряжение и соответственно протекание воздуха, зависимое от оборотов и нагрузки двигателя, а также от положения дроссельных заслонок 7, 9. При этом через жиклеры 11, 12 из камеры 16 засасывается топливо и подмешивается к протекающему воздуху. Топливо распыляется, и образуется необходимая для сгорания топливно-воздушная смесь. Эта смесь попадает в цилиндр. Там отдельные капельки топливно-воздушной смеси из-за высокой окружающей температуры испаряются.

Поскольку объем камеры, расположенный ниже управляющей мембраны, через отверстие 19 соединен с наружным воздухом (атмосферой), то управляющая мембрана 18 перемещается вверх. Одновременно через рычаг 17 она тянет иглу игольчатого клапана (на схеме вниз), тем самым открывая канал, и новая порция топлива попадает в камеру 16. По мере заполнения камеры управляющая мембрана возвращается в исходное состояние, игольчатый клапан закрывается, и в камере вновь оказывается порция топлива, которая была высосана через жиклеры. Этот процесс при работе двигателя повторяется циклично.

Количество топлива, которое вытекает из жиклеров в диффузор, регулируется главным винтом 13 и винтом холостого хода 15. Выкручивание винтов приводит к обогащению, а вкручивание – к обеднению топливно-воздушной смеси.

Дополнительно возможна регулировка оборотов холостого хода упорным винтом, который находится снаружи и при вкручивании упирается в рычаг, укрепленный на оси дроссельной заслонки.

С помощью трех регулировочных винтов можно настраивать двигатель для получения оптимальной мощности в любых условиях.

Высокие требования предъявляются и к воздушному фильтру (рис. 8), так как твердые частицы, попадая в цилиндр, быстро выводят его из строя. Засорение фильтра (причем опилки этот процесс заметно ускоряют) ведет к целому ряду неприятностей. Во-первых, образуется переобогащенная смесь, что влечет за собой перегрев двигателя и повышенный расход топлива. Во-вторых, происходит падение оборотов и уменьшение мощности двигателя. Неудивительно, что в столь жестких условиях фильтр без обслуживания не сможет работать долго, поэтому периодически его надо чистить. Чтобы получить к нему доступ, снимают защитную крышку.

Рис. 8. Воздушный фильтр: 1 – пластиковый каркас; 2 – сетка; 3 – пластиковое основание

По конструкции воздушные фильтры бывают прямоугольной, пирамидальной и другой формы. В качестве фильтрующего элемента может использоваться войлок, мелкоячеистый нейлон и другие материалы. Устанавливается фильтр на карбюратор в специальные углубления без дополнительной фиксации или фиксируется винтами.

Самый простой способ защитить фильтр – предварительно очищать поступающий к нему воздух. Так решили многие производители и усовершенствовали свои цепные пилы различными механизмами. Хороший эффект дает центробежная система, когда все крупные частицы выбрасываются из закрученного крыльчаткой потока воздуха. Можно также встретить дополнительную «сетку» грубой очистки или «хитрые» каналы, в которых воздушная масса сначала направляется вниз, а затем, оставляя мусор на дне, поднимается вверх.

Топливный фильтр располагается в бензобаке и предназначен для очистки топлива от различных примесей.

Управление работой системы питания осуществляется с помощью рычага, расположенного в задней рукоятке бензопилы.

Система охлаждения у бензопил воздушная. Надетая на цилиндр «рубашка» 1 с ребрами забирает тепло от нагревающихся деталей и отдает его потоку воздуха, который создает крыльчатка 2 на валу (рис. 9). Крыльчатка оснащена высокими и низкими лопастями, равномерно расположенными по всему диаметру.

Рис. 9. Элементы системы охлаждения

Система смазки в двигателе бензопилы отсутствует. Подшипники кривошипно-шатунного механизма и стенка цилиндра смазываются маслом, добавляемым в топливо. Масло вместе с рабочей смесью засасывается в картер двигателя и, находясь во взвешенном состоянии, соприкасается с движущимися деталями и оседает на них. Через отверстия и щели в обоймах подшипников оно подводится к ним.

Избыток масла сгорает вместе с рабочей смесью. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Масло добавляют прямо в бензин в пропорции от 1:50 до 1:20. Оно должно выдерживать высокие температуры и, сгорая вместе с топливом, оставлять минимум зольных отложений.

Система зажигания в бензопилах состоит из магнето маховичкового типа, провода высокого напряжения, запальной свечи и выключателя зажигания (рис. 10).

Рис. 10. Система зажигания бензопилы

Магнето представляет собой источник тока и служит преобразователем низкого напряжения в высокое. Оно может быть контактным и бесконтактным (электронным). На современных бензопилах используют бесконтактные магнето, которые состоят из маховика с магнитной системой и трансформаторного узла (рис. 11).

Рис. 11. Основные части магнето: а – маховик с магнитной системой; б – трансформаторный узел

Не вдаваясь в детальное рассмотрение устройства и работы электронной системы зажигания, отметим, что принцип ее действия основан на принципе магнитной индукции. За один оборот коленчатого вала индуктируется высокое напряжение, которое подводится через провод высокого напряжения к свече зажигания, и между ее электродами проскакивает одна воспламеняющая топливовоздушную смесь искра.

Остановка двигателя осуществляется нажатием на переключатель, закорачивающий первичную обмотку на массу.

Рассмотренная система зажигания относится к аналоговым, у которых управляющий сигнал генерируется в зависимости от напряжения в катушке зажигания в определенный момент времени. Поскольку величина этого напряжения колеблется в определенных пределах, имеет место незначительное отклонение управляющих сигналов. Поэтому в конструкциях современных бензомоторных пил в целях точного управления моментом зажигания применяются цифровые системы зажигания. В них управляющие сигналы жестко связаны с частотой вращения.

Встроенный микрочип, «мозг» цифровой системы зажигания, мгновенно распознает каждое изменение данных двигателя и рассчитывает правильные управляющие команды. Благодаря этому для каждого рабочего состояния двигателя производится соответствующая установка зажигания, что способствует оптимальному использованию топлива и развитию мощности.

Кроме того, цифровая система зажигания обеспечивает включение зажигания, лишь начиная с заданной минимальной частоты вращения, при которой инерция массы больше, чем давление в цилиндре в момент первой вспышки. Это обеспечивает отсутствие отдачи при запуске двигателя. При достижении максимальной частоты вращения микрочип пропускает несколько искрообразований, и за счет компрессии в цилиндре двигатель тормозится. При этом исключается недостаток смазки в двигателе, уменьшается его перегрев и опасность повреждения деталей кривошипно-шатунного механизма.

Свеча зажигания служит для образования искрового разряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя. Свеча устанавливается в головке цилиндра. Когда импульс тока высокого напряжения попадает на свечу зажигания, между ее электродами проскакивает искра, которая воспламеняет рабочую смесь. Состоит свеча зажигания (рис. 12) из контактной гайки 1, изолятора 2, корпуса 3, уплотнительного кольца 4, центрального электрода 5 и бокового электрода 6.

Рис. 12. Устройство свечи зажигания

Выключатель зажигания может быть установлен на бензопиле отдельно или выполнен в виде комбинированного рычага.

Механизм пуска включает стартер, праймер, декомпрессионный клапан.

Для старта бензопилы тянут за трос с ручкой, раскручивая маховик (рис. 13). При отпускании ручки возвратные пружины оттягивают шнур назад. Устройство несложное, но завести пилу с первого рывка удается далеко не всегда. Поэтому многие фирмы вводят усовершенствования в конструкцию пил, чтобы максимально облегчить запуск. Одно из них – праймер. Это насос предварительной подкачки топлива в карбюратор.

Рис. 13. Общий вид стартера бензопилы

Старт бензопилы с мощным двигателем требует значительных усилий, ведь чем больше объем цилиндра, тем сложнее преодолеть сопротивление сжимаемого в нем воздуха. В таких случаях на помощь приходит декомпрессионный клапан. Открывая его перед пуском, освобождают канал, через который стравливается воздух, и ход поршня на какое-то время не ограничен воздушной пробкой. Усилие запуска в начальный момент будет незначительным, а по мере возрастания давления в цилиндре декомпрессионный клапан закрывается.

Иногда встречается такая особенность, как дополнительная пружина. Суть такова: потянув за шнур стартера, рабочий не раскручивает двигатель, а взводит в рабочее положение еще одну пружину, соединенную с коленчатым валом. Стоит ей преодолеть сопротивление сжимаемого в цилиндре воздуха, как она раскручивается и разгоняет двигатель.

Напомним, что двигатель состоит из картера и цилиндра. В нижней части двигателя на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал. Внутри цилиндра движется поршень – металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газы, образующиеся при сгорании топлива, между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем – пальцем, который соединяет поршень с шатуном. Шатун преобразовывает прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течение одного оборота коленчатого вала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания), их роль выполняет поршень, который при перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.

Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в 2 раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку практически приводят к увеличению мощности только на 60–70 %.

Принцип работы двухтактного двигателя заключается в следующем.

1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки (НМТ) поршня (в этом положении поршень находится на рис. 14) к верхней мертвой точке (ВМТ) поршня (положение поршня на рис. 15), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окно.

После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того, как поршень перекрывает продувочное окно 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан горючая смесь поступает в кривошипную камеру.

Рис. 14. Сжатие рабочей смеси

Рис. 15. Воспламенение рабочей смеси

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь 1 (рис. 15) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливовоздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.

Когда поршень дойдет до выпускного окна 1 (рис. 16), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно 1 (рис. 17), и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу 2, заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.

Далее цикл повторяется.

Рис. 16. Выпуск отработанных газов

Рис. 17. Впуск рабочей смеси

2. Муфта сцепления

Современные бензопилы оборудованы автоматическим центробежным фрикционным сцеплением. Состоит муфта сцепления из ведущей и ведомой частей (рис. 18).

Рис. 18. Основные части муфты сцепления: 1 – ведущая часть муфты; 2 – ведущая звездочка; 3 – ведомая часть муфты

Ведущая часть муфты 1 жестко закреплена на коленчатом валу двигателя. Ведомая часть муфты 3 представляет собой стальную чашку (барабан), которая вместе с ведущей звездочкой 2 устанавливается на хвостовике коленчатого вала на игольчатом подшипнике.

Ведущая часть муфты сцепления состоит из грузов в виде трех кольцевых секторов и стягивающих пружин (рис. 19).

Рис. 19. Ведущая часть муфты сцепления

Муфтой сцепления передается крутящий момент от двигателя к пильному аппарату, а также ограничивается передаваемый крутящий момент. Включение и выключение муфты происходит в результате изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя. При работе двигателя на холостых оборотах центробежная

сила грузов меньше усилия пружин и ведущая часть муфты не передает крутящий момент ведомой (грузики не прижимаются к ободу чашки). Но стоит увеличить обороты, как грузики под действием центробежной силы разойдутся и упрутся в стенки барабана, который заставит крутиться ведущую звездочку.

Польза сцепления заключается в том, что, например, при зажиме пильной цепи в пропиле оно проскальзывает (пробуксовывает) и тем самым предохраняет двигатель и пильный аппарат от поломок.

3. Пильный аппарат

Пильный аппарат является основным узлом цепного срезающего механизма и состоит из пильной шины, ведущей и ведомой (может отсутствовать) звездочек, устройства для закрепления пильной шины, натяжного приспособления и пильной цепи.

Пильная шина (рис. 20) служит направляющей для пильной цепи, для чего на ее ребрах делают канавки. При резании направляющая шина, так же как и пильная цепь, подвергается сильным нагрузкам. Поэтому шина изготовляется из износостойкого материала и проходит дополнительную обработку для улучшения свойств. Она должна обладать достаточной упругой жесткостью.

Рис. 20. Шины пильных аппаратов бензопил

Существует несколько типов пильных шин, предназначенных для различных задач и разных пользователей.

1. Пильные шины, устанавливаемые на бытовые бензопилы. Они предназначены для тех пользователей, которые работают пилой изредка и не имеют особых профессиональных навыков. Поэтому, чтобы максимально обезопасить таких «операторов», производители устанавливают узкую плоскую шину с низкопрофильной цепью, обладающей весьма малой «склонностью» к обратному удару.
2. Облегченные шины, предназначенные для выполнения работ, в которых определенную роль играет масса инструмента (например, пиление на высоте). Подобные шины состоят из двух стальных пластин с выбранными пазами, пустоты между ними заполнены полиамидом. Такая конструкция позволяет существенно уменьшить массу инструмента.
3. Для профессионального применения разработаны шины с заменяемыми головками. Они предназначены для длительной работы и используются на пилах средней и высокой мощности.

Ширина паза пильной шины соответствует толщине ведущих звеньев пильной цепи. Толщина пильной шины принимается на 2–5 мм меньше ширины пропила, чтобы избежать ее зажима в пропиле.

В технических характеристиках бензопил вместе с указанием длины шины обычно добавляют «рекомендуемая». Что это означает? Чем длиннее шина, тем большее сопротивление она оказывает вращательному моменту коленчатого вала двигателя. При недостаточной мощности бензопилы придется прилагать дополнительные усилия при работе, что приведет к преждевременной изнашиваемости пильной гарнитуры и двигателя. Кроме того, поскольку большая часть мощности будет уходить вхолостую, увеличивается расход топлива.

Таким образом, длина шины должна быть согласована с мощностью пилы и слово «рекомендуемая» означает по сути «максимальная» (шины меньшей длины ставить можно, а вот большей – нежелательно).

Ведомая (концевая) звездочка меняет направление движения цепи на противоположное, улучшает условия огибания цепью вершины пильной шины за счет уменьшения трения. Устанавливается на игольчатом подшипнике в специальной обойме в вершинной части пильной шины.

Ведущая звездочка передает мощность двигателя на пильную цепь, устанавливается на валу двигателя пилы и снабжена зубьями и направляющими для пильной цепи (рис. 21).

Рис. 21. Ведущая звездочка 

На многих пилах применение находит кольцо-звездочка, которая в отличие от традиционной звездочки не имеет жесткого соединения с барабаном муфты сцепления и облегчает процесс ее замены (рис. 22).

Рис. 22. Ведущая кольцо-звездочка

Натяжное приспособление предназначено для регулировки натяжения пильной цепи, чтобы она не выпадала во время работы из направляющих пильной шины. В то же время следует помнить, что излишнее монтажное натяжение цепи приводит к росту потерь энергии на трение и ускоренному износу пильного аппарата.

Механизм натяжения цепи располагается в корпусе бензопилы позади устройства для закрепления пильной шины; представляет собой червячный механизм. Регулирование натяжения цепи осуществляется отверткой через специальное отверстие в крышке (рис. 23).

Рис. 23. Натяжение пильной цепи

На современных пилах устанавливаются устройства для быстрого безинструментального натяжения цепи в виде бокового винта-барашка (рис. 24). С его помощью можно легко и быстро подтянуть пильную цепь без инструмента и контакта с ней. При этом необходимо отвернуть руками большой специальный винт-барашек и повернуть регулировочное колесико до оптимального натяжения.

Рис. 24. Устройство быстрого натяжения цепи

Устройство для закрепления пильной шины в консольных пильных аппаратах болтовое. Оно позволяет не только жестко крепить шину, но и защитную крышку.

Пильная цепь – главный элемент пильного аппарата, ею производится пиление. От режущих свойств и конструкций пильной цепи зависят производительность и область применения цепных пил.

Пильные цепи можно классифицировать:

а) по форме зубцов:

• с плоскими зубцами, каждый из которых выполняет определенную работу при пилении;
• с зубцами Г-образного профиля, имеющими сложную форму и выполняющими всю работу по образованию дна и стенок пропила, а также транспортированию опилок;

б) по типу направляющих устройств для перемещения по пильной шине:

• с хвостовиками на средних звеньях, перемещающимися в пазу пильной шины;
• седлающего типа с выступами на боковых звеньях, между которыми образуются пазы для размещения в них направляющей пильной шины;

в) по способу соединения звеньев:

• неразборные (на заклепках);
• разборные (соединенные разборными шарнирами); г) по шагу цепи:
• мелкозвенные, с шагом до 15 мм;
• крупнозвенные, с шагом свыше 15 мм.

В российских цепях шаг цепи – это расстояние между осями двух ближайших заклепок. В зарубежных – это расстояние между тремя последовательно расположенными осями заклепок, деленное на два (рис. 25).

Рис. 25. Определение шага цепи

Шаг цепи является определяющим параметром и измеряется в дюймах. В зависимости от его значения все существующие цепи подразделяются на пять групп:

• шаг 1/4″ (6,35 мм) присущ миниатюрным цепям, устанавливаемым на маломощные одноручные пилы;
• цепи с шагами 0,325″ (8,25 мм) и 3/8″ (9,32 мм) – наиболее распространенные варианты, более 80 % производимых по всему миру пил комплектуются именно ими;
• шаги 0,404″ (10,26 мм) и 3/4″ (19,05 мм) отличают цепи с более крупными звеньями и повышенной производительностью. Их устанавливают на мощные валочные пилы и машинное харвестерное оборудование.

С одной стороны, чем больше шаг цепи, тем крупнее составляющие ее звенья и выше ее производительность, но, с другой стороны, тем шире пропил, и для преодоления сопротивления резанию требуется более мощная пила. У цепей с маленьким шагом другие преимущества – большее число зубьев на единицу длины, плавное движение в пропиле и соответственно сниженная вибрация. Рез у них получается чище.

Толщина ведущего звена (хвостовика) – второй по значимости параметр. Во время работы цепь скользит в пазу шины, и это скольжение должно быть плавным, без зацепов и в то же время без лишней «болтанки». Толщина хвостовика и толщина паза должны строго соответствовать друг другу, повышая надежность посадки цепи и исключая вероятность ее «соскока». Международным сообществом производителей предусмотрено пять стандартных размеров толщины хвостовика цепи, измеряемых в дюймах или миллиметрах:

• 1,1 мм (0,043″) – столь тонкие ведущие звенья характерны для самых миниатюрных цепей и пил соответствующего размера;
• 1,3 мм (0,050″) – наиболее востребованный размер, свойственный бытовым и полупрофессиональным цепям;
• 1,5 мм (0,058″) – занимает второе место по востребованности. Такие цепи ставятся на более мощные и производительные пилы;
• 1,6 мм (0,063″) и 2,0 мм (0,080″) – такие толстые хвостовики встречаются лишь на цепях для высокопрофессиональных пил.

В зависимости от высоты режущей кромки над плоскостью направляющей шины пильные цепи бывают высокоили низкопрофильные.

Первые используют в профессиональных целях для получения максимальной производительности. Вторые устанавливают на бензопилы любительского класса, так как благодаря увеличенной площади опоры у режущих звеньев и сниженной толщине срезаемой стружки они более безопасны.

Глубина резания – величина зазора между верхней гранью зуба и ограничителем пропила, регулирующая толщину стружки. Чаще всего встречаются образцы с зазорами в 0,025″ (0,635 мм) и 0,030″ (0,762 мм), реже – с зазорами до 0,070″ (1,778 мм), и они предназначены для агрегатов машинной валки леса.

Глубина резания в значительной степени определяет производительность цепи, скорость ее пиления. Чем больше зазор, тем выше производительность. Однако в погоне за эффективностью не стоит забывать о вибрации: цепи с маленькой глубиной резания в пропиле движутся мягче, меньше «дергаются». Поэтому производители, стремясь уравновесить вибрацию и производительность, очень часто на цепи с большим шагом устанавливают резцы с минимальной глубиной резания, и наоборот.

Любую пильную цепь составляют звенья трех типов: режущие, ведущие (хвостовики) и соединительные.

В настоящее время наибольшее распространение получили цельноштампованные неразборные пильные цепи с зубьями Г-образного профиля (универсальные) и хвостовиками на средних звеньях. Прочность соединения обеспечивают заклепки.

Режущее звено – наиболее сложная деталь пильной цепи, состоящая фактически из двух частей: ограничителя глубины пропила и режущего элемента с контурным углом резания Г-образной формы.

Верхняя режущая грань звена всегда шире самой цепи и шины, благодаря чему пропил получается достаточно свободным, а сопротивление резанию минимально. Работает зубец по принципу рубанка: чем дальше выдвинут нож (верхняя режущая кромка) над плоскостью рубанка (ограничитель резания), тем толще стружка.

В соответствии с формой режущего элемента различают два основных типа режущих зубьев (рис. 26):

• с чизельным зубом (от англ. chisel – резец, долото). Представляет собой «семерку» с острым углом между кромками (рис. 26, а). Чизельные зубцы отличаются высокой производительностью и скоростью пиления. За счет своей конфигурации они имеют меньшую площадь контакта с древесиной при работе, что снижает сопротивление резанию. Это профессиональный вариант, но он очень чувствителен к абразивной среде, быстро тупится при работе с «грязной» древесиной, а при заточке требует четкой выдержки всех углов и параметров;
• с чипперным зубом (от англ. to chip – рубить в щепу). Имеет серпообразный профиль (рис. 26, б). Чиппер менее эффективен, так как площадь контакта с древесиной у него несколько больше, но и ухаживать за ним намного легче – скругленный угол не столь болезненно отзывается на незначительные погрешности при заточке. Подобные звенья хороши при работе с загрязненной древесиной.

Рис. 26. Типы режущих зубьев: а – режущее звено чизельного типа; б – режущее звено чипперного типа

Режущие зубья бывают право- и левосторонние, и на цепи их укрепляют поочередно. Основные части режущего звена показаны на рисунке 27.

Рабочие характеристики режущего звена определяют многочисленные факторы, а именно: угол заточки верхней грани и ее рабочий, режущий угол, угол боковой грани (угол атаки) и высота ограничителя резания (рис. 28). При заточке значения всех этих параметров необходимо четко выдерживать, так как даже небольшое изменение может привести к негативным последствиям.

Рис. 27. Устройство режущего звена

Рис. 28. Параметры режущих зубьев

Верхнюю и боковую грани режущего элемента обычно покрывают тонкой пленкой какого-либо твердого металла. Чаще всего это хром, но порой применяют никель-фосфорный сплав.

Нанесенное гальваническим методом покрытие значительно улучшает антифрикционные свойства деталей, повышает износостойкость, твердость и, по сути, выполняет всю основную работу по перерубанию древесных волокон. Стальная же «сердцевина» служит подложкой или основой под покрытие.

Ведущие звенья (хвостовики) обеспечивают движение цепи, передавая вращение от двигателя через ведущую звездочку, а также стабильное положение цепи на пильной шине. Дополнительной функцией ведущего звена является распределение смазки от ведущей звездочки (куда ее подает масляный насос) по всей шине и цепи. Следует отметить, что количество хвостовиков играет основную роль в обозначении длины цепи для определенной длины пильной шины, что облегчает правильный выбор и соответствует типу и размеру.

Соединительные звенья объединяют режущие и ведущие части в единое целое, именуемое пильной цепью.

Универсальные пильные цепи (рис. 29) состоят из правых 4 и левых 1 Г-образных строгающих зубьев, направляющих 7, соединительных с заклепкой 3 и соединительных без заклепки 5 звеньев.

Г-образные зубья крепятся на боковых звеньях в шахматном порядке без пропусков либо с пропусками. Впереди каждого зуба имеется ограничитель подачи 6 (ограничитель глубины пропила), который ограничивает толщину снимаемой зубом стружки и транспортирует опилки из пропила. Толщина стружки зависит от изменения высоты ограничителя подачи зуба относительно его режущей кромки.

У пильных цепей со слабой отдачей применяется скошенный ограничитель пропила или звено с тремя горбами 2, установленное перед соответствующим режущим зубом вместо соединительного звена. Это способствует плавному врезанию режущего зуба в древесину.

Рис. 29. Элементы универсальной пильной цепи

Направляющие звенья расположены в среднем ряду и снабжены хвостовиками, входящими в пазы пильной шины и в зацепление с ведущей звездочкой. Все звенья цепи соединены между собой заклепками, причем средний ряд подвижен относительно наружных рядов.

Возможный порядок следования зубьев при сборке цепи показан на рисунке 30.

Рис. 30. Порядок следования зубьев

4. Элементы управления

Управление бензопилой довольно простое и включает следующие элементы (рис. 31): переднюю рукоятку 1, заднюю рукоятку 2, рычаг управления дроссельной заслонкой 3 и комбинированный рычаг переключения.

Рис. 31. Элементы управления бензопилой

Передняя рукоятка служит для удержания пилы в вертикальном, горизонтальном положении или под наклоном к продольной оси пилы. Заднюю рукоятку моторист обхватывает правой рукой и обеспечивает устойчивость пилы во время работы. В ее нижней передней части вмонтирован рычаг управления дроссельной заслонкой карбюратора. С его помощью увеличиваются или уменьшаются обороты пильной цепи.

Комбинированный рычаг переключения (рис. 32) выполняет следующие функции: пуск холодного двигателя (воздушная заслонка карбюратора перекрыта); пуск прогретого двигателя (старт); рабочее положение; выключение (стоп). Функции выбираются большим пальцем. Рука при этом остается на рукоятке.

Рис. 32. Комбинированный рычаг переключения

У некоторых моделей бензопил вместо одного комбинированного рычага могут использоваться раздельные рычаги и переключатели (рис. 33), однако функции, выполняемые ими, аналогичны описанным выше.

Рис. 33. Раздельные рычаги переключения

5. Элементы защиты и способы снижения отрицательного воздействия при работе с бензопилами

Работа бензомоторных пил (бензопил) связана с риском получения травмы, с вибрацией, шумом и загрязнением окружающей среды. Все эти явления в разной степени вредны для здоровья моториста бензомоторной пилы. Так как полностью исключить воздействие этих факторов невозможно, перед конструкторами и изготовителями стоит задача их уменьшения. Непрерывно проводимая в этом плане работа привела к тому, что большинство пил оборудованы активными и пассивными средствами защиты рабочих, устройствами профилактической охраны здоровья.

Активные средства защиты. К ним относятся элементы защиты, расположенные на самой бензопиле.

На пилах Stihl, Husqvarna и других имеется подключаемый электрообогрев рукояток (рис. 34).

Рис. 34. Электрообогреваемые рукоятки

При необходимости питание к пленочным нагревательным элементам в рукоятках поступает от встроенного генератора. Благодаря этому рукоятки остаются теплыми и сухими, а моторист управляет бензопилой со сноровкой даже при низких наружных температурах.

Блокировка рычага управления дроссельной заслонкой (рис. 35, 1) позволяет исключить непреднамеренный пуск пильной цепи и является дополнительной системой торможения. При обхвате ручки блокировка деблокируется. Лишь после этого можно включить рычаг управления дроссельной заслонкой и придать движение пильной цепи.

Переднее устройство для защиты рук, или тормоз пильной цепи (рис. 35, 2), защищает левую руку и предплечье моториста от ранений задевающими ветками и отбрасываемыми сучьями. Окно в защитном устройстве позволяет наблюдать за пильной цепью во время работы. Устройство также включает или выключает тормоз пильной цепи.

Заднее устройство для защиты рук (рис. 35, 3) защищает от ранений правую руку на задней ручке при соприкосновении с различными предметами (сучья, камни, срезанные стволики и т. д.). Оно также оправдывает себя, когда пильная цепь из-за затупления, ослабления или слишком сильного натяжения соскакивает или разрывается и отбрасывается в сторону моториста.

Рис. 35. Элементы защиты

Цепная пила – очень опасный инструмент. Цепь, как правило, движется со скоростью более 10 м/с. Легкого и непродолжительного касания достаточно, чтобы получить серьезную травму. Тормоз цепи в случае экстренной ситуации остановит ее за 0,10–0,15 с, и такие величины выбраны не случайно. Если торец или верхняя часть гарнитуры натыкается на препятствие, возникает обратный удар: инструмент отскакивает назад, поэтому цепь надо «заморозить» до того, как она долетит до пользователя.

Тормоз цепи при отдаче может включаться как вручную путем нажатия левой рукой переднего защитного устройства для рук, так и автоматически – под действием инерции масс этого же защитного устройства.

При нормальной работе с бензопилой тормозная лента 5 (рис. 36) охватывает соединительный барабан 4, но не прижимается плотно к нему. В результате этого барабан с ведущей звездочкой и пильная цепь могут свободно вращаться. Тормозная пружина 6 с предварительным натяжением, устройство для защиты рук 1, рычаг включения 2 и тормозной рычаг 3 находятся в нейтральном положении.

При достаточно сильной отдаче пилы устройство для защиты рук 1 передвигается вперед. Это движение вызывает перемещение рычага включения 2 и деблокировку тормозного рычага 3. Освободившийся рычаг 3 под действием пружины 6 поворачивается против часовой стрелки. Вследствие этого тормозная лента 5 под действием тормозной пружины 6 притягивается к соединительному барабану 4, охватывает прочно барабан и затормаживает его до полной остановки, что также приводит к остановке цепной звездочки и пильной цепи.

Для отпускания тормоза цепи устройство для защиты рук необходимо передвинуть в направлении передней рукоятки. Это движение передается рычагом включения 2 на тормозной рычаг 3, в результате чего происходит его стопорение. При вращении рычага 3 по часовой стрелке натягивается тормозная пружина 6, которая отгягивает при этом тормозную ленту 5 от соединительного барабана, освобождая его. Бензопила готова к работе. Автоматический тормоз пильной цепи позволяет также обеспечить безопасный запуск пилы и переход от дерева к дереву с работающей пилой, так как пильная цепь остается неподвижной.

Рис. 36. Схема тормоза пильной цепи

Безопасная цепь – это цепь с ограничителями глубины пропила и частично с предохранительными звеньями, которые уменьшают вероятность неожиданных отбрасываний моторной пилы вверх или назад. Такие цепи значительно снижают опасность травмы, особенно при обрезке сучьев.

Вибрацию вызывают силы инерции возвратно-движущихся частей, неуравновешенные силы инерции вращающихся масс, неравномерность крутящего момента двигателя, неравномерность движения пильной цепи, а также постоянные столкновения режущих зубьев с древесиной.

Вибрация опасна тем, что в результате ее длительного воздействия (как это бывает, например, у профессиональных вальщиков) может развиться так называемый симптом Рейно: в результате ухудшения кровоснабжения кончики пальцев теряют свою чувствительность, болезненно реагируют на температурные изменения.

Оценку параметров вибрации моторных инструментов производят по спектру виброскорости на поверхностях, контактирующих с руками рабочего в диапазоне среднегеометрических значений частот: 8, 16, 31,4, 68, 125, 250, 500, 1000 и 2000 Гц. Уровень вибрации измеряют в децибелах (дБ). Санитарными нормами допускается максимальный уровень вибрации 111 дБ при работе с моторными инструментами в течение смены.

Стремление производителей снизить вредное влияние высокочастотных колебаний сводится в основном к разработке специальных амортизирующих деталей. Уровень вибрации снижается в результате отделения рукояток от двигателя при помощи пружинных амортизаторов, а точно рассчитанные буферные зоны смягчают передачу вибраций от двигателя и пильной цепи на рукоятки (рис. 37). Это экономит силы и делает работу с пилой более удобной.

Рис. 37. Элементы антивибрационной системы

Улавливатель пильной цепи – расположен под креплением шины на корпусе двигателя в виде выступа (рис. 38). Если цепь рвется в процессе работы, она соскальзывает с шины и на большой скорости отлетает вниз, под ноги мотористу. Улавливая разорванную пильную цепь и направляя ее под мотопилу или под крышку цепной звездочки, цепеулавливатель защищает моториста от травмы.

Рис. 38. Улавливатель пильной цепи

Зубчатый упор предназначен для надежной опоры во время работы при валке и распиловке стволов деревьев.

Кожух цепи или футляр для бензопил (рис. 39) предотвращает от травмы вследствие прикосновения к пильной цепи при транспортировании. Кожух цепи насаживается на режущую гарнитуру при остановленном двигателе. Футляр для бензопил служит для хранения и транспортирования бензопил с длиной шины до 45 см.

Рис. 39. Средства защиты при транспортировании бензопил: а – кожух цепи; б – футляр для бензопилы

Стремление обеспечить конкурентоспособность на широком рынке пил заставляет разработчиков постоянно совершенствовать их конструкцию. На большинстве моделей бензопил, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, применяются следующие усовершенствования.

Декомпрессионный клапан снижает в начальный момент запуска двигателя давление сжатия в камере сгорания, и благодаря этому уменьшается необходимое тяговое усилие на рукоятке стартера.

Турбосистема очистки воздуха использует центробежную силу воздушного потока для очистки всасываемого воздуха на 99 % от пыли и опилок до того, как они достигают воздушного фильтра. Срок работы пилы без очистки фильтра вдвое больше.

Применяют экологически чистые, биорасщепляемые, на растительной основе смазочные масла; экологически безвредное горючее, не содержащее цинк и бензол; присадки к топливу и катализаторы, сокращающие долю несгоревшего топлива в выхлопных газах и количество вредных углеводородов, попадающих в окружающую среду.

Пассивные средства защиты. В качестве пассивных средств защиты применяются специальная одежда, обувь, каска и рукавицы.

Защитная каска выполнена из ударопрочной пластмассы со съемной амортизирующей прокладкой, которая может отстегиваться. Каска комплектуется козырьком (защитным щитком), наушниками и шейной накидкой (рис. 40). Защитный щиток выполнен из отражающей слепящее действие пластмассовой ткани или из сетчатого материала, хорошо пропускающего свет и защищающего от дождя.

Рис. 40. Защитная каска с наушниками и щитком

Наушники защищают моториста от вредных частот звуковых колебаний, сохраняя полную слышимость.

Основными источниками шума являются выхлопные газы двигателя внутреннего сгорания, движущиеся части двигателя и пильного аппарата. Шум – это вид звука, который раздражает и обременяет человека, а в чрезвычайных ситуациях может даже навредить здоровью. Уровень шума измеряют в децибелах по шкале А (дБА), так как измеряющее устройство содержит фильтр типа А. Санитарными нормами допускается максимальный уровень шума при работе с бензопилой в 96 дБА.

Существенной частью пассивной защиты моториста является защитная одежда с прокладками для защиты от разреза в области ног и живота. Прокладки для защиты от разреза состоят из большого числа очень длинных отдельных волокон, уложенных свободно в виде петель. Они образуют тонкую ткань редкой петельной структуры, в результате чего сохраняется комфортность ношения одежды.

Если моторная пила разрезает верхний слой материала, то зубья цепи захватывают волокна защитной прокладки и вырывают их пучками (рис. 41). В течение долей секунды длинные волокна транспортируются пильной цепью к ведущей звездочке. Цепная звездочка засоряется, и привод блокируется. Пильная цепь останавливается, прежде чем штанина будет полностью разрезана.

Рис. 41. Разрез верхнего слоя защитной одежды

Защитная обувь (рис. 42) с ребристой подошвой удобна для устойчивого стояния. Носок выполнен со стальной накладкой для эффективной защиты пальцев ног от травм.

Рис. 42. Защитная обувь

Прессованная ребристая форма подошвы предотвращает скольжение. Передняя часть голенища выполнена из полиамидного трикотажа и специальной усиленной резины для защиты от травм. Прочная хлопчатобумажная подкладка греет и хорошо впитывает влагу.

Защитные рукавицы (рис. 43) с внешней стороны имеют прочный водонепроницаемый полиэстер, с тыльной стороны – специально пропитанную кожу для хорошего сцепления с ручкой.

Рис. 43. Рукавицы

Правая рукавица выполнена с указательным пальцем для управления дроссельным рычагом, а левая – с защитой ладони от разреза.

Рабочая одежда лесоруба прочная, грязеотталкивающая и не требует особого ухода. Она имеет удобный целесообразный покрой, обеспечивает достаточную свободу движений, выполнена из сравнительно легких, хорошо переносимых кожей человека теплоизоляционных, воздухопроницаемых и влагообменных материалов. На плечах, спине, рукавах и штанинах нанесены широкие сигнальные полосы оранжевого цвета, видные издалека. На грудных карманах и рукавах имеются «репейниковые» застежки (на «липучках»), которые можно расстегивать не снимая рукавиц.

Пассивные предохранительные элементы (на рабочем) наряду с активными предохранительными элементами (на пиле) являются важным условием надежной защиты от несчастных случаев.