1. Ручной лесозаготовительный инструмент

Основным орудием производства на лесозаготовках с давних пор служил топор, которым дерево не только срубали, очищали от сучьев, перерубали на части, но и разваливали, раскалывали, вытесывали доски, брусья и др.

Свои истоки первые орудия лесозаготовок ведут, как, впрочем, и все технические устройства, от примитивного каменного рубила с острыми кромками, полученными в результате скола или после некоторой обработки. Привязав его к палке, неведомый первобытный дровосек стал обладателем пратопора. «Топор» этот появился примерно в XI—VII тысячелетиях до нашей эры. Несмотря на такую долгую историю, еще в начале XX века им успешно обходились аборигены Австралии, Африки и Центральной Америки. Судя по экспериментам, проведенным археологами, таким инструментом можно было свалить средних размеров ель всего за полчаса.

Еще большее влияние на образ жизни человека оказало открытие металла. Если металлическое лезвие топора затупится в работе, его опять можно заострить, отбив молотом; он не разбивается на куски; кроме того, топоры поддавались ковке в холодном состоянии. Металлическим топором можно рубить деревья быстрее, чем раньше, возводить дома и применять еще в сотне разных дел. Это вселяло в человека уверенность в своих силах и способствовало прогрессу.

Использовать топор для рубки дерева стали после VIII века. Когда цивилизация Европы начала быстро развиваться, возникла потребность в расчистке огромных территорий, занятых густыми лесами. В Средние века додумались до изогнутой рукоятки. Это сделало топор еще более популярным у лесорубов.

Форма топора, а следовательно, и его рабочие качества не оставались без изменения на протяжении столетий. Естественно, что пока привычное орудие производства совершенствовалось, внимание умельцев было направлено не на поиски нового инструмента, а на совершенствование старого, топор оставался единственным орудием заготовки и отделки древесины в XVI столетии.

На массовую основу производство топоров как средств вырубки леса было поставлено в 1830-х годах в Соединенных Штатах Америки. Топоры братьев Коллинз, в которых вес клинка был равен весу топорища, безраздельно царили на рынке вплоть до 1880-х годов, когда их окончательно вытеснила механическая пила.

Двуручные пилы на лесоразработках появились в начале XVIII века. Впервые в России их начали применять в принудительном порядке по специальному указу Петра I при заготовке дров для Москвы и в последующем для заготовки и обработки «корабельного леса».

Скрыто во тьме имя изобретателя пилы. Античные греки и римляне поступили просто: посчитали, что первыми изготовили пилу из челюстей и позвоночников крупных рыб могущественные боги. Однако к прототипу пилы скорее следует отнести появившиеся около 10 тысяч лет назад плоские, иногда дугообразные костяные пластины с насеченными зубьями. В бронзовом веке их стали делать из бронзы, а в железном — из железа, причем снабдили сравнительно удобной рукояткой типа «лисийхвост» (рис. 1).

Рис. 1. Пила с рукояткой типа «лисий хвост»

Лесозаготовки были сезонными, велись в зимнее время. Древесина на лесосеке заготавливалась в сортиментах. Техника и технология лесозаготовок были примитивными, основными орудиями служили топор и двуручная пила (рис. 2).

Рис. 2. Двуручная пила и ее использование на валке деревьев

Основной причиной внедрения пилы вместо топора было снижение отходов древесины в виде щепы. Замена топора пилой на лесозаготовках проходила в течение длительного периода. Пилы применялись только на распиловке заготовленного леса (рис. 3).

Рис. 3. Гравюра: бригадный метод лесозаготовок

Валка деревьев и обрубка сучьев выполнялись топором.

Однако пользоваться пилами, уже двуручными, на валке деревьев приходилось втроем: двое пилили, а третий, помощник, смотрел и подталкивал шестом готовое упасть дерево в нужную сторону. Между тем свалить такое же дерево за такое же время мог и один лесоруб, вооруженный топором. Поэтому пилы на валке деревьев распространялись весьма медленно.

Правда, пильщики не раз пытались навязать роль помощника самому инструменту, зачастую находя простые и остроумные решения. Например, как не упомянуть пилы, изготовленные из согнутого ствола тонкой березы, к концам которого крепилось пильное полотно, иными словами, одноручные (рис. 4).

Рис. 4. Одноручная пила

Или широко применявшиеся в XIX веке «американки», представлявшие комбинацию ножовки и двуручной пилы. Таким инструментом спилить небольшое дерево можно было в одиночку. Куда сложнее была пила, оснащенная поддерживающими опорами (рис. 5), подпружиненными роликами и винтами, регулирующими прижим полотна к стволу. Видимо, из-за этой самой сложности она и не пользовалась популярностью у лесозаготовителей.

Рис. 5. Пила с поддерживающими опорами

Заканчивая характеристику внедрения пилы на лесозаготовках, можно отметить, что при заготовке дров топором потери древесины особенно значительны. При заготовке бревен, в особенности длиной 4 сажени, эти потери значительно меньше. Поэтому неудивительно, что темпы внедрения пилы при заготовке бревен были более медленными по сравнению с заготовками дров, и топор еще долгое время использовался на этих операциях.

В конце 20-х — начале 30-х годов XX века шведская фирма «Сандвикен» выпускала подпружиненные пилы «Компис» (рис. 6), которые работали следующим образом. Сначала в ствол дерева упирали штангу, к ней крепилась возвратная пружина.

Рис. 6. Пила «Компис»

Другой ее конец соединялся с одноручной пилой-ножовкой, которую в одну сторону тянул лесоруб, а в другую — пружина.

Поперечное пиление древесины и особенно валка деревьев — весьма трудоемкие и тяжелые операции на лесозаготовках. Первые попытки их механизации, используя паровой привод, были сделаны еще в конце XIX века. Но громоздкость такой установки, трудность подвода пара к паровому двигателю пилы, большой вес самой пилы, ее плохая транспортабельность и маневренность не дали возможности ее применения даже при заготовке крупномерных деревьев.

В середине XIX века происходит интенсивное развитие техники, что отражается и на технологии лесозаготовок, где появляются первые лесоповалочные механизмы. Так, в устройстве, придуманном американским инженером Гамильтоном в 1861 году (рис. 7), двое рабочих рукоятками вращали колесо-маховик с зубчатым венцом, тем самым приводя в возвратно-поступательное движение пильное полотно.

Рис. 7. Лесоповалочный механизм Гамильтона

Примерно в те же годы русский изобретатель Д. И. Журавский первым предложил пилу, в которой роль режущего органа выполнял диск с зубьями. Вращался он от ручного привода, через коническую передачу, а крепился на раме, передвигавшейся по двум пазам в горизонтальном направлении.

2. Моторизированный лесозаготовительный инструмент

Создатели пил с паровыми двигателями старались применять прежде всего стандартные узлы и детали, уже опробованные в технике. Распространенную тогда паровую машину включил в свой передвижной агрегат (рис. 8) английский инженер Рансоме (I860 год). От ее силовой установки пар поступал по длинным шлангам к цилиндрам нескольких рабочих машин, к штокам которых крепились собственно пилы. Такие агрегаты можно было встретить в начале XX столетия. Но было замечено, что возвратнопоступательные движения пильного полотна не эффективны и значительно снижают КПД привода на разгон и торможение.

Рис. 8. Агрегат Рансоме с паровой машиной

Толчком к дальнейшему совершенствованию механических пил явилось изобретение нового режущего инструмента — пильной цепи. В 1830 году немецкий врач-протезист Бернард Хайн изобрел хирургический инструмент для разрезания кости (рис. 9), работающий таким образом: цепь из скрепленных между собой звеньев с режущими зубьями, поставленными под углом, приводилась в движение ручкой звездочки, которая крутила цепь по шине. Так медицина получила остеоскоп, а промышленность — первую цепную пилу.

Рис. 9. Изобретение Бернарда Хайна

Первый патент на цепную пилубыл выдан WalterS. ShipeB 1885 году (рис. 10). В своем изобретении автор в качестве двигателя предлагал использовать паровую машину или лошадь. В дальнейшем совершенствование шло по пути создания мобильной версии пилы и улучшения конструкции зубьев цепи. Было сделано много попыток приспособить эти громоздкие конструкции для валки и распиловки деревьев.

Рис. 10. Общий вид изобретения Walter S. Shipe (чертеждля патента)

На смену пару пришло электричество. И уже в первые годы XX века в Германии изобрели способ валки деревьев с его помощью. Ствол обтягивали внизу стальной проволокой (рис. 11). Затем включали электромотор, проволока начинала быстро, словно лента транспортера, вращаться. Нагреваемая током, а также от трения, она обугливала древесину и легко перепиливала ствол.

Рис. 11. Валка деревьев при помощи нагретой стальной нити

Переносные цепные механические пилы были впервые применены перед Первой мировой войной.

В эти годы проводились эксперименты и по применению на заготовке древесины пил полустационарного типа, приводом которых служили бензиновые, электрические и пневматические двигатели. Режущим инструментом первых механических пил являлись полосовые пилы консольного типа, в которых использовался принцип возвратно-поступательного движения пильного полотна.

Наиболее распространенной стала моторная пила типа «лисий хвост» с пильным полотном, консольно укрепленным на ползуне кривошипно-ползунного механизма. Масса этих пил составляла около 200 кг. Они монтировались на колесной раме и нашли весьма ограниченное применение на распиловке крупномерных бревен в условиях лесного склада.

Практика внедрения электропил показала, что работа с ними не требовала большого физического труда, так как усилие резания развивала электроэнергия. Однако для работы электропилами были нужны преобразователи тока, электростанции, в основном передвижные, большое количество кабеля, который рабочий должен был переносить за собой.

Требовалось много обслуживающего персонала, чтобы обеспечить работу всего этого энергетического оборудования. Неизмеримо возрос объем подготовительно-вспомогательных работ. Переход от электропил к бензиномоторным пилам снял эти проблемы и позволил рабочему легко перемещаться по лесосеке (понятие «легко» относительно, так как перемещаться приходилось с достаточно тяжелой пилой, с топливным бачком для заправки пилы и комплектом пильных цепей).

Первой пилой с цепным пильным аппаратом была электромоторная пила «Канона» (1910 год). Технической же революцией в области создания переносных моторных пил следует считать выпуск в 1912—1914 годах в Германии цепной бензиномоторной пилы «Сектор», имевшей массу 80 кг и мощность двигателя 3 кВт.

Основной вклад в создание современной цепной пилы внесли два человека — Андреас Штиль и Джозеф Бафорд Кокс.

Андреас Штиль, немецкий механик, запатентовал в 1926 году первую электрическую цепную пилу (рис. 12), а в 1929 — первую бензопилу (рис. 13) и запустил их в массовое производство под маркой STIHL.

Рис. 12. Первая моторная пила STIHL, тип STG (с электроприводом)

Рис. 13. Бензиномоторная пила ZMS1, типА

В последующие годы в западноевропейских странах (Германия, Швеция, Австрия, Чехословакия) появились новые конструкции цепных пил. Все эти пилы при мощности двигателя 2,5—3,5 кВт имели массу 40—55 кг и обслуживались двумя рабочими.

Для создания мотоинструментов необходимы были достаточно легкие двигатели требуемой мощности. Из-за отсутствия нужных двигателей промышленное применение моторных инструментов в лесной отрасли началось только сЗО-х годов XX века.

По мере совершенствования двигателей и технологии их производства масса моторных инструментов непрерывно снижалась. В конце 40-х годов, в результате применения легких сплавов, легированных сталей и форсирования двигателей, сухая масса бензиномоторных пил мощностью 2,2—3,6 кВт снизилась до 13—15 кг при рабочем объеме цилиндра 80—150 см³.

В 1947 году Джозеф Бафорд Кокс — профессиональный лесоруб — модернизировал цепь для цепной пилы, которая доставляла до этого много хлопот, требовала постоянный заточки и правки. Наблюдая во время перерыва в работе за личинкой жука-короеда, Джозеф Кокс обратил внимание на легкость, с которой маленькая личинка древесного жука прогрызает себе путь в древесине крепкого пня, двигаясь при этом в любую сторону, независимо от направления волокон. Повторив из стали Г-образные челюсти личинки, лесоруб сделал прообраз современной пильной цепи (рис. 14). Потом он со своей женой создал компанию Oregon по производству цепей и шин.

Рис. 14. Современные виды пильных цепей, с прямым зубом и Г-образным зубом

Благодаря появлению бензинового двигателя пила стала автономной. Но по-прежнему инструмент оставался достаточно громоздким и тяжелым. В 1935 году начинается производство первой цепной пилы с электродвигателем, которой мог управлять один человек, — Dolmar DB35. И лишь спустя 15 лет, в 1950 году, компания STIHL выпустила первую в мире бензопилу для одного оператора — STIHL, тип BL (рис. 15). При мощности 4,5 л. с. она весила «всего» 16 кг. А в 1958 году у STIHL появился мембранный карбюратор (до этого все карбюраторы были поплавкового типа), и год спустя на рынок вышла легендарная бензопила Contra, которой можно было работать в любом положении.

Рис. 15. Бензиномоторная пила STIHL, тип BL

В 1958 году братья Эммерик, основатели компании Solo (Германия), установили 2-тактный двигатель для мотоопрыскивателей,  которые они производили уже около 10 лет, на бензиномоторную пилу, которая получила название Solo REX. Братьям Эммерик удалось развернуть двигатель приводным валом напрямую к пильной гарнитуре. Пила не только получила компактный и мощный двигатель, но и избавилась от громоздкого редуктора, благодаря чему существенно снизился ее вес. До этой модернизации у бензиномоторных пил коленчатый вал двигателя располагался вдоль оси инструмента и требовал наличия угловой передачи на привод цепи. Итак, первой серийной пилой, в конструкции которой отсутствовал редуктор, стала пила REX фирмы Solo (рис. 16). Именно она и стала прообразом всех безредукторных бензиномоторных пил, производящихся по сегодняшний день.

Рис. 16. Solo REX

В Советском Союзе популярной была бензиномоторная пила «Дружба». Она была разработана сотрудниками Центрального научно-исследовательского института механизации и энергетики лесной промышленности (Московская область) и Запорожского машиностроительного конструкторского бюро «Прогресс» имени академика А. Г. Ивченко в ноябре 1953 года. Производители — Машиностроительный завод им. Дзержинского (Пермь) и ГУП ПО «Сибприбормаш» (Бийск). Выпускалась с различными модернизациями с 1955 по 2009 год. В 90-х годах выпуск пилы и запасных частей к ней освоили также небольшие частные предприятия в самых различных городах России.

Массовое производство пил «Дружба» (рис. 17) началось в 1955 году в Перми, а уже в 1958 году, на выставке в Брюсселе, изделие было награждено «Золотой медалью». Назвали пилу «Дружбой» в честь 300-летия воссоединения Украины с Россией, празднование которого пришлось на 1954 год.

Рис. 17. Бензиномоторная пила «Дружба»

На бензопиле STIHL Contra (рис. 18), о которой уже упомянули выше, тоже использовался прямой привод пильной цепи. Эта бензопила стала настолько популярной, что даже сейчас производятся ограниченные партии современного аналога для некоторых стран Африки, Азии и Латинской Америки.

Рис. 18. Бензиномоторная пила STIHL Contra

В этом же году на рынке бензиномоторных пил появляется еще один сильный игрок. Одна из старейших компаний в мире — шведская фирма Husqvarna, которая на тот момент имела огромный опыт в разработке 2-тактных двигателей для мотоциклов, представила миру свою первую бензиномоторную пилу — модель А90 (рис. 19).

Рис. 19. Бензиномоторная пила Нusqvarna А90

В 1972 году STIHL представляет систему остановки цепи QuickStop, которая активировалась рукой, на модели 031 AVE, особенностью которой была и антивибрационная система (рис. 20).

Это последняя стадия кардинальной эволюции бензиномоторной пилы, и с этого момента основные элементы конструкции и компоновки дошли и до нашего времени.

Рис. 20. Бензиномоторная пила STIHL 031 AVE

Если до этого новаторами с точки зрения разработки новинок отрасли были компании Solo, STIHL и Dolmar, то в I960 году инициативу перехватили и до настоящего времени прочно удерживают в своих руках две компании — STIHL и Husqvarna. Эти два поистине достойных друг друга конкурента и сегодня определяют «моду» среди бензиномоторных пил.