XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Особенности сборки и конструирования самодельного дровокола
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
XXI век – век информации и технологий, где всем правит техника, а информация выступает товаром. Мы - дети информационных технологий. У большинства современной молодежи виртуальная любовь, виртуальные друзья, которых не перечесть, незаменимые «лайки», эмоции и слова заменили «смайлы», необдуманные поступки…. и все ради того, чтоб состояться в виртуальном мире.
Я тоже, казалось бы, маленькое звено этого поколения, который живет «сумасшедшим» темпом жизни. Возможно оттого, что я родился и вырос в селе, меня еще не полностью «поглотил» виртуальный мир. В свое свободное время я люблю проводить не за гаджетами, а у себя в гараже. Мне нравится «творить», люблю экспериментировать. В детстве, если я наблюдал за работой своего дедушки и папы, которые в процессе работы мне все показывали и рассказывали, отвечали на все мои «глупые» вопросы, повзрослев, я начал пробовать сам собирать технику. Первые попытки желали оставлять лучшего. Но я не сдавался. Упорно трудился. Активно использовал в своих познаниях интернет. Со временем ко мне начали обращаться уже знакомые с просьбой отремонтировать в технике поломанные детали. И так мой интерес к конструированию перерос в нечто большее. Вот так обычный гараж стал моим излюбленным местом времяпровождения.
Как и любой подросток, я помогаю родителям в хозяйстве. Ну и как же обойтись без колки дров? Физический труд, к которому относится колка дров, полезен для здоровья. Однако сам процесс не приносит удовольствия, особенно когда нет свободного времени. Поэтому я попробовал создать специальное приспособление, для облегчения труда и экономии времени.
В магазинах продается большое количество дровоколов. Полностью ориентироваться на их конструкцию я не стал. Я посчитал, что использование некоторых приспособлений не позволяет соблюсти все правила безопасности непосредственно в домашних условиях. Из-за этого я еще на начальном этапе учел климат местности проживания и примерно определил, какое количество дров мне придется периодически заготавливать для колки маленького количества поленьев, необходимых для работы камина или растопки банной печи. Ведь нужно было сделать конструкцию.
Актуальность:
В современном мире удивить кого – то требует огромного изобретательства и смекалки. Нередко изобретения собственной сборки народных умельцев вызывают восхищение творением и улыбку окружающих. Порой самодельное изобретение удивляет больше заводских вариантов.
Россия – страна изобретателей. Преимущество «Наших» в том, что пользуясь подручными средствами в обычном гараже, могут изобретать и сконструировать и практично применять свои изобретения в хозяйстве, сэкономив свой бюджет.
Исходя из вышеизложенного, я поставил перед собой цель:
Собрать дровокол с минимальными финансовыми затратами, используя готовые детали вышедших из строя механизмов.
Для достижения цели разработал ряд задач:
Создать дровокол из бывших в употреблении деталей и узлов, снятых со старой техники.
Обеспечить практичность, мобильность, надежность и безотказность дровокола.
При конструировании учитывать особенности подгонки деталей и технику безопасности.
Гипотеза: Применяя бывшие в употреблении готовые детали приборов и механизмов, конструировать оборудования с минимальными финансовыми затратами для использования в личных подсобных хозяйствах.
Объект исследования: дровокол
Предмет исследования: конструкционные материалы, особенности сборки узлов.
Метод исследования: экспериментальная подборка материалов.
Практическая значимость: Дровокол значительно облегчает физический труд (практически полное отсутствие необходимости прикладывать существенную физическую силу), автоматизирует непростой процесс заготовки дров, экономит время и обладает высокой степенью безопасности.
I. Основная часть.
I.I. История создания , развития дровокола и его назначение.
Для заготовки дров используют специальную конфигурацию топора - колун. Впервые этот инструмент начали использовать на Руси еще в первом тысячелетии нашей эры. Позднее славяне значительно модернизировали конструкцию колуна, изменив ширину и остроту его лезвия. За время своего существования такие топоры сумели побывать не только в руках дровоколов, но и на поле брани.
Колун и топор - разные вещи
Вопреки расхожему мнению, есть существенная разница между топором и колуном. Эти инструменты подходит для конкретных задач. Топор используют для рубки деревьев, а колун - для колки дров. Помимо целевого назначения, есть разница во внешнем виде изделий. Конструкция топора характеризуется наличием более острого лезвия - оно легкое, компактное, тонкое и с небольшими фигурными изгибами. Колун, в свою очередь, достаточно массивный и объемный - весит до 3 кг. От удара таким агрегатом полено должно расколоться ни мелкие части. Поэтому здесь важна не острота, а интенсивность.
Для работы с древесиной можно использовать разные инструменты. Но если речь идет о быстром разделении полена на части, можно воспользоваться топором. Причем для этой цели подходит именно пресловутый колун. Он обладает малой площадью полотна и особой заточкой лезвия - клиновидной. Вбивая колун в полено, создается трещина, которую достаточно просто расширить по мере внедрения полотна вглубь раскола.
Самые первые колуны изготавливали крестьяне самостоятельно, изредка обращаясь за помощью к местным кузнецам. Готовый инструмент был достаточно тяжелым и, следовательно, предсказуемым в эксплуатации. Его можно было использовать одной рукой. Согласно словарю-справочнику холодного оружия Трубникова Б.Г., когда на Руси два дровокола кололи одну большую "чурку", они становились друг напротив друга и обменивались топорами.
В работе колун, если он плохо закреплен на обухе, с сползает с обуха. Поэтому каждый из работников был жизненно заинтересован в том, чтобы качественно расклинить обух и закрепить колун. Если он слетал во время работы, виноват был сам владелец инструмента. Для большей надежности создавалось множество хитростей, например, после раклинивания его отмачивали ночь в воде, а потом вставляли в колун ещё мокрым. Когда инструмент просыхал, металл сидел на дереве как влитой.
Для облегчения физического труда люди начали механизировать процесс заготовки дров. Так появились первые дровоколы.
Дровокол (англ. logsplitter) — станок, который предназначается для наколки дров. Такой тип инструмента часто называют дровокольным станком, колуном или станком для расколки дров. При этом дровокольные станки выполняют также торцовку дров и раскол их на отдельные поленья. Первые механизмы для колки дров появились в Европе в XVI веке. Их приобретали владельцы крупных промышленных предприятий в целях создания тепловой энергии. Замена традиционного ручного труда помогала быстрее выполнять заготовку дров. С тех пор инженерами было создано несколько типов дровокольных станков, различающихся в первую очередь по принципу работы. С небольшими объёмами заготовки дров справлялись обычными механическими дровоколами, которые отличались простотой конструкции, а также минимальным количеством сложных узлов. Самые простые механические дровоколы напоминали обычный колодезный журавль, но вместо ведра в данной конструкции закреплялся резак с ручками. Стоечное соединение и перекладины были шарнирными с применением хорошего смазочного материала. Принцип работы такой конструкции интуитивно понятен и предполагал установку чурбака на подставку с резким оттягиванием рычага вниз. Инерция резца набирала значительную силу, благодаря чему чурбак раскалывался, а весь процесс повторялся до получения полена нужной толщины. Современные дровоколы чаще всего являются гидравлическими устройствами и широко используются для быстрого и лёгкого раскроя брёвен. Основное преимущество эксплуатации любого современного дровокола — максимально высокая безопасность, поэтому колуны бензинового или электрического типа по большинству показателей во много раз превосходят ставший уже традиционным топор.
Дровоколы классифицируют по различным признакам.
По расположению бревна:
горизонтальные. Бревно укладывается в горизонтальный жёлоб и толкается в направлении ножа, либо бревно лежит неподвижно в жёлобе, нож движется на него. Также встречаются станки, сочетающие в себе оба эти варианта.
вертикальные. Бревно устанавливается вертикально, сверху на него толкается нож (при помощи гидроцилиндра). КПД данных станков выше, нежели у горизонтальных, поскольку бревно во время раскола не движется и не создает дополнительного трения. Однако при работе с криво отпиленными чурбаками (как это часто происходит в России) приходится удерживать их вручную, что ведет к нарушениям техники безопасности.
По типу привода:
привод от электродвигателя
привод от бензинового двигателя
привод от трактора (от вала отбора мощности либо от гидросистемы)
с комбинированным приводом.
Промышленные дровоколы с электродвигателем используют, как правило, двигатель на 380 В или 220 В мощностью от 3 кВт.
II. Особенности сборки конструкции.
Сборка деталей из бросовых материалов.
Идея сборки своего собственного изобретения пришла мне, когда я случайным образом обнаружил у папы в гараже бензиновый двигатель от старого мотоблока Champion модели G200HK (Приложение 1). Перед сборкой своего дровокола мне нужно было определиться, набросать эскиз (Приложение 2), убедиться есть ли в наличии необходимые инструменты и детали. Для заготовки конструкции мне понадобились следующие инструменты:
угловой шлифовальной машинкой (УШМ);
отрезные круги и зачистные лепестковые диски для УШМ;
струбцины для фиксации свариваемых металлических элементов;
рулетка, угольник, уровень и маркер;
инверторный сварочный аппарат, работающий на постоянном электротоке и позволяющий делать аккуратные швы.
Чтобы сделать функционирующий дровокол, нужны были следующие материалы:
швеллер шириной 15 см;
круглые трубы 2 сечением 25 мм (на рычаг);
круглые трубы d = 50 мм на ноги столешницы;
отрезки труб высотой 400 мм;
два колеса от модели ВАЗ 2106 с полуосями;
ось от ВАЗ 2106;
приводной ремень;
редуктор с уменьшением хода шкифа 20/1.
топор (в роли ножа - рассекателя);
железная пластина для столешницы 60см*30см ( для столешницы);
кусок швеллера для столешницы 15см*20см ( для толкача);
Подготовив инструменты и материалы, приступил к созданию самодельного станка следующим образом:
К колёсам с полуосями приварил ось. Рама должна быть устойчивой и прочной, так как она будет постоянно подвергаться немалой, в том числе – вибрационной нагрузке. Конструкцию выбрал передвижную на колесах, чтобы станок было проще перемещать по территории двора. (Приложение 3)
Изготовил опорную конструкцию из швеллера. (Приложение 4)
Из листа металла вырезал рабочую столешницу. На готовую раму закрепил столешницу. (Приложение 5)
Полку из швеллера приварил под монтаж двигателя (Приложение 6) .
Сделал стойку из круглых труб и приварил ее к столешнице; (Приложение 7)
В целях соблюдения техники безопасности установил двигатель снизу, скрутил болтами. Для этого в определенных точках просверлил отверстия. Такое расположение двигателя помогает защитить вращающиеся элементы от разлетающихся щепок. (Приложение 1).
Далее, следовало установить ремни и проверить прямолинейность траектории их хождения. Расположение шкивов должно было быть выдержано в одной вертикальной плоскости, чтобы ремень не пытался соскочить. (Приложение 8)
Сверху установил редуктор к швеллеру; (Приложение 8)
Приварил топор к столешнице ( рассекатель); (Приложение 5)
2 круглые трубы приварил для толкателя, которые работали по принципу рычажного механизма; (Приложение 4)
К концам труб толкателя приварил кусок швеллера на месте соприкосновения с поленом. (Приложение 4)
Мой дровокол работает по следующему принципу: мотор перемещает дерево с помощью рычагов на специальный вертикальный нож - топор, который раскалывают его на несколько частей. При выборе конструкции самодельного аппарата я обратил внимание на такие особенности:
метод укладки бревен –горизонтальный. Этот вариант помогает разрезать кривые полена;
производительность. Подобные приборы могут быть бытовыми или промышленного назначения;
мощность привода. В домашних условиях лучше всего сделать агрегат с мощностью до 2,5 кВт. Но у меня мощность составляет 6,5 кВт.
По Классификации оборудования мой дровокол относится к бензиновому виду, который обеспечивает высокую степень эффективности и автономность; (Приложение 9 -видеоролик)
Техника безопасности при эксплуатации дровокола:
Насаживать поленья рекомендуется голыми руками. В этом и заключается главная опасность. При использовании перчаток, высока вероятность того, что их затянет. Это может привести к серьезной травме верхних конечностей.
Особенно внимательным следует быть при раскалывании бревен с большим количеством сучков. Если даже делать все правильно, существует вероятность появления аварийных ситуаций. Может произойти заклинивание вала, выброс щепок в разные стороны или прокручивание бревна.
III. Преимущества и недостатки сборной конструкции.
Преимущества:
Дровокол работает быстро, раскалывая бревно за две-три секунды.
Минимальный расход топлива;
Мобильность, передвижность конструкции;
Высокая производительность;
Недостатки:
развивает довольно малое усилие. С большими поленьями дровокол не справляется.
IV. Заключительная часть.
Выводы
Используя ДВС и зап части из старой техники собрал дровокол.
Сконструировал надежный, практичный, безотказный и мобильный дровокол без затрат.
При подгонке и установке конструкционных элементов создал условия безопасной работы с оборудованием.
V.Список использованных источников и литературы.
http://tehtron.com/oborudovanie/drovokol/?_openstat=ZGlyZWN0LnlhbmRleC5ydTsxMjQ4Mjk2OTs0NzI3OTgxNDU4O3lhbmRleC5ydTpwcmVtaXVt&yclid=6235812315373502463
https://sdelairukami.ru/elektrodrovokol-svoimi-rukami-dlya-bystroj-i-legkoj-kolki-drov/
https://handmade-expert.info/drovokol-svoimi-rukami-samodelnyj-mehanicheskij/ - Идеи для дома
https://delairukami.ru/dom/sdelat_drovokol_svoimi_rukami/ - Сделай своими руками
https://aqua-rmnt.com/uchebnik/oborudovanie/drovokol-svoimi-rukami.html - AQUA-RMNT.COM Энциклопедия по отоплению, канализации и водоснабжению
https://dzen.ru/media/cyrillitsa.ru/zachem-na-rusi-drovokoly-menialis-toporami-5c0c058ceb86bc00a938928d - кириллица
https://promzn.ru/stanki-i-oborudovanie/izgotovlenie-drovokola.html - промышленный портал
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Бензиновый двигатель от старого мотоблока Champion модели G200HK
Приложение 2
Эскиз дровокола
Приложение 3
Конструкция дровокола
Приложение 4
Опорная конструкция из швеллера
Приложение 5
Рабочая столешница и рассекатель
Приложение 6
Полка под монтаж двигателя
Приложение 7
Стойка столешницы
Приложение 8
Установка редуктора