Как работает бензопила?

1. Что такое бензопила?
2. Как бензопила превращает бензин в опилки!
3. Центробежная муфта
4. Преимущества и недостатки бензопил
5. Недостатки
6. Кто изобрел бензопилу?

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 3 декабря 2018 г.

Деревья являются столпами живого величия, которые могут расти сотни лет; бензопилы - это жестокие, голодные машины, которые за считанные минуты сваливают их на землю. Если кажется преступлением упасть что-то настолько фантастическое только для его дерево Помните, что деревья обычно умирают изнутри и часто становятся опасными к концу своей жизни. Иногда поваленные деревья блокируют дороги или железные дороги, и их нужно спешно рубить и очищать: в чрезвычайных ситуациях и стихийных бедствиях часто нет более приятного звука, чем гудение бензопилой. Если вы считаете, что бензопилы наносят ущерб и разрушают, помните, что они очень полезны для обычного лесопользования - для прореживания и расчистки деревьев, чтобы обеспечить общее долгосрочное здоровье лесных мест обитания и обитающих в них существ. Что такое бензопила и как она работает? Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: бензопилы на помощь! Два сотрудника ВМС США помогают убирать деревья, вырубленные в Галфпорте, штат Миссисус, в августе 2005 года ураганом Катрина. Фото Ja'lon A. Rhinehart предоставлено ВМС США ,

Что такое бензопила?

Фото: бензопила - это простая и удивительно эффективная идея: наденьте свою пилу на цепь и позвольте небольшому бензиновому (бензиновому) двигателю выполнить тяжелую работу! Вот некоторые из основных частей типичной бензопилы Stihl. Фото, вырезанное из фотографии, сделанной Джоном Хайдом, любезно предоставлено ВМС США , с аннотациями объяснением thatstuff.com.

Ключ в названии! Бензопила состоит из двух основных частей: пильное полотно, встроенное в цепь, обернутое вокруг длинной металлической направляющей шины, и небольшой одноцилиндровый бензин (бензин). двигатель (иногда электрический двигатель питание от шнура или аккумулятор пакет). Цепь немного похожа на велосипедную цепь, бегая вокруг звездочек ( зубчатые колеса предназначен для поворота цепи) только с примерно 30-ю острыми зубьями (изготовленными из закаленной стали), установленными вокруг него с промежутками. Внутри двигателя, когда поршень входит и выходит из цилиндра, он толкает шатун, который поворачивает коленчатый вал , Коленчатый вал вращает шестерни, которые соединены (через центробежную муфту, поясняется ниже) с одной из звездочек, на которых установлена ​​цепь, - и цепь вращается вокруг.

Как бензопила превращает бензин в опилки!

Да, грубо говоря, это то, что делает бензопила: с научной точки зрения она преобразует химическую энергию, содержащуюся в бензине, в механическую энергию, которую вы можете использовать для «работы», превращая дерево в бревна, опилки, шум и тепло. Вот очень упрощенное объяснение:

1. Топливо, которое вы кладете в бензобак бензопилы, содержит в химической форме все энергия Вы будете потреблять вырубать и рубить бревна. Чтобы сделать его красивым и легким, в обычном баке с бензопилой содержится всего 0,5 литра (1,1 жидких пинт в США) газа (бензобак автомобиля вмещает, может быть, 45–55 литров или 12–15 американских галлонов жидкости, что примерно в 100 раз больше).
2. Топливо подается через карбюратор смешать его с воздухом.
3. Воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр , который работает так же, как и в автомобильном двигателе, но только с простым двухтактным (двухтактным) действием вместо более сложного (четырехтактного) цикла, используемого в автомобиле. Внутри цилиндра воздушно-топливная смесь воспламеняется искровой (искровой) пробкой, горит, высвобождает свою энергию и толкает поршень взад-вперед. Поршень в двигателе бензопилы имеет отверстие (диаметр) около 45 мм (1,75 дюйма) и ход (расстояние перемещения) около 33 мм (1,3 дюйма) - поэтому он меньше половины размера поршня типичного автомобильного двигателя и движется только вдвое меньше.
4. Шатун и кривошип превращают движение поршня назад и вперед во вращательное движение.
5. Приводной вал передает мощность на центробежную муфту.
6. Двигатель бензопилы работает постоянно, но вы не хотите, чтобы цепь вращалась, если вы на самом деле не рубите лес: это опасно и тратит энергию. Сцепление решает эту проблему. Как более подробно объяснено ниже, центробежная муфта соединяет двигатель и цепь, когда скорость двигателя высокая (когда оператор нажимает на дроссель), и останавливает вращение цепи, когда скорость двигателя низкая (когда бензопила просто работает на холостом ходу). ).
7. Механизмы передают мощность от сцепления к звездочке, которая удерживает цепь.
8. Цепь вращается по краю длинного стального листа, называемого направляющим стержнем , выплевывая древесную пыль!

Это очень упрощенная схема бензопилы. Вы можете увидеть гораздо более подробное и точное представление в этом Вырез бензопилой из популярной науки, август 1951 года, которую я использовал в качестве одной из своих ссылок. Это показывает гораздо более подробную информацию о механизме воздушного охлаждения и коробке передач, но (как со всеми вырезами) это немного сложнее следовать

Центробежная муфта

Давайте поговорим немного больше о сцеплении. Муфта - это устройство, которое создает и освобождает механическое соединение между двигатель и машина, на которой она движется: это своего рода «выключатель», который позволяет двигателю работать все время (что быстрее и проще, чем включать и выключать его), не всегда управляя машиной, к которой он подключен.

В бензопиле сцепление означает, что вы можете постоянно поддерживать работу двигателя и просто отключать цепь (чтобы она оставалась надежно неподвижной), когда пила фактически не используется. В бензопилах используется центробежная муфта, которая автоматически включается, когда двигатель вращается на высокой скорости (когда пила действительно рубит дрова), и отключается, когда она работает медленнее (другими словами, на холостом ходу). Центробежная муфта очень проста и состоит из нескольких частей. Есть внутренний приводной вал (напрямую соединенный с двигателем и все время вращающийся) и внешний обод, расположенный вокруг него (соединенный со звездочкой цепи). Между ними находятся механические рычаги, соединенные с внутренним валом, которые летят наружу с высокой скоростью (с центробежная сила - или при отсутствии центростремительной силы, если вы предпочитаете) сцепление внутренней и наружной частей сцепления вместе. Центробежные муфты также используются в высокопроизводительных йо-йо ,

Фото: как работает центробежная муфта: слева: на низкой скорости внутренние части сцепления (красного цвета) плотно скреплены пружинами (черные зигзаги). Между внутренней и внешней частями муфты имеется зазор, поэтому внешняя часть (черная) не вращается, даже если внутренняя часть быстро вращается внутри нее, приводимая в движение центральным ведущим валом (синяя). Справа: на более высокой скорости пружины не могут остановить вылетание внутренних частей сцепления и их фиксацию с внешним ободом, что также приводит к его вращению. Вы можете думать о центробежной силе, заставляющей внутренние части сцепления разлетаться со скоростью, или, если хотите, вы можете видеть, что натяжение пружины не может обеспечить достаточную центростремительную силу, чтобы удерживать все вместе на более высоких скоростях.

Преимущества и недостатки бензопил

преимущества

Основное преимущество использования бензопилы - скорость - довольно очевидно. Было бы трудно провести целый день, рубя лес через ручную пилу, но вы могли бы сделать это с помощью бензопилы.

Небольшая грубая математика показывает, почему бензопила может быть в 5–10 раз быстрее обычной ручной пилы. Подумайте, сколько досок из дерева вы могли бы сделать из одного обрезанного ствола дерева: может быть, десять или пятнадцать? Теперь подумайте, как тяжело видеть сквозь одну доску ручной пилой; разрезание целого дерева займет у вас как минимум в 10 раз больше времени, при условии, что у вас не закончится энергия и вы сначала не расплавите лезвие пилы.

Фото: Управление лесным хозяйством: бензопила может прорубить дерево примерно за одну десятую часть времени, которое вам потребуется при помощи ручной пилы. В отличие от ручной пилы, ее так же легко использовать сбоку (как показано здесь). Использование ручной пилы под таким углом действительно сложно! Фото предоставлено Служба охраны рыбы и дикой природы США ,

Давайте попробуем более сложную оценку. Предположим, у вас есть дерево диаметром 30 см (примерно 1 фут) и цепная пила, которая делает надрез на 0,5 мм (0,02 дюйма) на древесину при каждом проходе цепи. Это означает, что цепь должна проходить через дерево 600 раз (30 см = 300 мм, и для удаления каждого мм требуется два прохода цепи). Если вы используете мощную бензопилу со скоростью вращения около 2800 об / мин (для упрощения математики назовите ее 3000 об / мин), цепь (теоретически) сделает 600 проходов всего за 20 секунд. На практике это займет немного больше времени. Давайте скажем минуту.

Сколько времени это займет с ручной пилой? Предположим, что ваша пила имеет зубцы того же размера, что и бензопила, и предположим, что она примерно такой же длины, как бензопила (и, следовательно, вдвое меньше, чем цепь). Вам все еще нужно сделать эти 600 проходов через лес. Может быть, вы сверхчеловек: предположим, вы можете делать один полный проход пилы каждую секунду и постоянно поддерживать этот темп. Тогда это все равно займет, как минимум, 600 секунд или 10 минут. На практике это займет немного больше времени, так как вы устали, поскольку пила время от времени выскальзывает из своей канавки и так далее. Это всего лишь приблизительные расчеты с задним числом, но вы понимаете: использование бензопилы, безусловно, в несколько раз быстрее (и, вероятно, в 5–10 раз), чем использование хорошей ручной пилы.

Недостатки

Фото: техническое обслуживание бензопилы: Хотя это абсолютно необходимо для обеспечения безопасности и производительности, регулярные проверки и ремонт могут быть трудоемкими делами, которые отнимают у вас время, которое вы экономите с помощью механизированной пилы. Фотография бензопилы Poulan Wild Thing от Денниса Херринга. ВМС США ,

Двумя большими недостатками бензопил являются безопасность и техническое обслуживание. Хотя бензопилой может пользоваться любой достаточно сильный взрослый человек (после соответствующей подготовки), тем не менее, он по своей природе опасен. (У меня есть руководство для бензопилы Stihl MS270, открытое рядом со мной, когда я пишу это, и интересно отметить, что около 16 из 64 страниц - полностью четверть текста - посвящены предупреждениям и мерам предосторожности.) Самый большой риск возникает от проблемы, называемой отдачей , когда цепь цепляется за что-то, но двигатель продолжает вращаться, поэтому вся пила летит вверх и назад к вашей голове (подумайте, действие и реакция - Третий закон Ньютона ), потенциально вызывая смертельные травмы. Шлемы бензопилой с забралами предлагают некоторую защиту; То же самое можно сказать об униформе бензопилы (изготовленной из синтетических волокон, таких как нейлон , которые зацепляют зубья бензопилой и быстро останавливают машину).

Другая большая проблема с бензопилами - количество обслуживания, в котором они нуждаются. Ручная пила восхитительно не требует технического обслуживания: производимые вами опилки просто выпадают из желобка, который вы делаете. В бензопиле сверхтонкая пыль может попасть в механизм и смешаться с цепью смазочный масло, чтобы сделать беспорядочный беспорядок, который должен регулярно убираться. Опять же, глядя на руководство по Stihl MS270, интересно увидеть, что есть полностраничный график, на котором показаны пара десятков различных проверок и работ по техническому обслуживанию, которые вы должны выполнять перед началом работы каждый день или еженедельно, ежемесячно или годовой основе после этого. Так что, хотя верно видеть, что бензопилы экономят ваше время при фактической рубке древесины, часть этого времени, к сожалению, теряется в обслуживании!

Художественное произведение: Самая ранняя бензопила, изобретенная Сэмюэлем Бенсом в 1905 году, проиллюстрирована в его оригинальной патентной заявке, которую я просто раскрасил и слегка прибрал, чтобы было легче следить. Здесь вы можете увидеть, как пила работает в двух разных конфигурациях. На верхнем рисунке мы смотрим со стороны, и пила поворачивается так, чтобы она срезалась горизонтально. На среднем рисунке мы видим ту же конфигурацию, но теперь мы смотрим сверху вниз. На нижнем рисунке пила была оснащена шкивом, поэтому она режет упавшее бревно по вертикали. Произведение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Кто изобрел бензопилу?

Самый ранний патент на «бесконечную цепную пилу» (патент США 780 476) был выдан Сэмюэлю Дж. Бенсу из Сан-Франциско 17 января 1905 года и подан примерно 18 месяцами ранее в июле 1903 года. Вот одна из диаграмм этого патента: показывая (сбоку и сверху) огромную статическую пильную машину, прорезавшую ствол дерева. Бенс в основном интересовался тем, как работает пила, и не указывал источник питания, за исключением того, что отметил, что он «оснащен движущей силой, такой как паровой двигатель, газовый двигатель или любой другой двигатель». Около 16 лет спустя, в 1921 году, он подал еще один патент (патент США № 1617565) на переносную цепную пилу, которая «призвана обеспечить простой, компактный, долговечный и эффективный станок, способный легко обрабатываться парой операторов для быстрого и оперативно рубить бревна или деревья независимо от их местоположения, и такие, которые можно легко перенести с места на место ".