3855 枝椏材用小型切片機設(shè)計

3855 枝椏材用小型切片機設(shè)計,枝椏,小型,切片機,設(shè)計 I枝椏材用小型切片機設(shè)計摘 要為了適應(yīng)我國木材資源嚴重不足且分布不集中的特點，設(shè)計了這種體積小、生產(chǎn)能力大且削片合格率高的枝椏材用小型切片機，來滿足林區(qū)小型工廠的生產(chǎn)或木材家具廠的碎料加工，以節(jié)約木材資源。在此次設(shè)計中，機架、左右上蓋都采用了焊接件，降低了整機的重心，有效地增強了整機的穩(wěn)定性；電機和軸之間通過皮帶傳動，緩和了載荷沖擊，防止過載給飛刀等主要部件帶來的損壞；軸通過兩個圓錐滾子軸承與機架連接，防止軸產(chǎn)生較大的跳動影響木片合格率；刀盤和軸之間配合緊密；飛刀用壓塊夾緊，牢固穩(wěn)定，方便拆裝和更換。此削片機最適合加工枝椏材和小徑級的原木，投資小，價格低廉且見效快，非常適合作坊式工廠和小型個體企業(yè)生產(chǎn)。關(guān)鍵詞： 削片機; 盤式削片機; 木片; 刀盤; 飛刀IIABSTRACTFor adapting the characteristics of the serious shortage of the wood resources and bad-distributed condition, a kind of branch chipper is designed, which has small physical volume, high efficiency and the qualification rate to meet the needs of saving the wood resources and processing fragments in micro and furniture factory.In this design, framework, the left cover and right cover are casting, which can lower the center of gravity of the whole machine and larger the stability of the whole machine. The motor is connected with the spindle by stalk belt, which can mollify the impact, prevent the damage which caused by overloading components such as the fly-cutter etc. The spindle is connected with framework by two cones rolls of sub- bearings prevents run out of operation process on the spindle. The fit between the cutting dish and the spindle is the gradient tight match, which is tight match. The stud bolts is used to press the fly-cutter. The method which is cone-shaped of connection is firm. It is convenient for dismounting and replacement.This chipper is quite suitable to process branch and the log of the footpath class, which has a small investment and low price. It can be used in the small scaled individual business enterprise produces chip.Key words: Chipper; Disc Chipper; Chip; Cutting Dish; Fly-cutter 目 錄摘要 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????IAbstract????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????II第 1 章 緒論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 課題背景、目的及意義 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 國內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 ???????????????????????????????????????????????????????21.3 選題的設(shè)計設(shè)想、設(shè)計方法和改進 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????41.4 預(yù)期結(jié)果 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4第 2 章 盤式削片機的總體設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.1 盤式削片機的方案設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.2 盤式削片機的總體設(shè)計 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????72.3 削片原理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????92.4 本章小結(jié) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14第 3 章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????153.各樹種單位切削力 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.2 切削功率的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.3 電機的選擇 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????183.4 飛刀伸出量 的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????193.5 生產(chǎn)能力的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????193.6 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19第 4 章 主要部件的設(shè)計計算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????204.1 刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸的確定 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????204.2 裝刀部分設(shè)計和底刀部分設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224.3.1 軸的最小直徑計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224.3.2 軸承的選擇 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????234.4 傳動比計算和大、小帶輪的計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????244.5 進料槽設(shè)計計算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????274.6 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27第 5 章 各部件的校核和驗算 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285.1 軸的強度校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????285.2 刀盤的校核 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????335.3 軸承的校核 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????365.4 本章小結(jié) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????38結(jié)論 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????39參考文獻 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????40致謝 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????41附錄 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????421第 1 章 緒 論1.1 課題背景、目的及意義我國是一個森林資源缺乏的國家，由于長期的過量采伐,使得原本就有限的可采森林資源急劇減少,尤其現(xiàn)在國家所實施天然林保護工程及幾大重點林區(qū)封山育林,禁伐或限制采伐天然林木。但國家經(jīng)濟建設(shè)與人民生活仍需大量的木材和木制品，使得木材供需矛盾成為當(dāng)前林業(yè)所面臨的主要問題。要解決好這一矛盾，一方面要加強森林資源建設(shè)﹑經(jīng)營培育與保護；另一方面通過合理有效利用森、林資源，搞好木材綜合利用，提高木材的利用率，最大限度地發(fā)揮可利用木材資源的作用，從而緩解木材供需矛盾。利用伐區(qū)剩余物的一個主要途徑是將伐區(qū)剩余物中的小徑枝椏材進行削片加工，如此不僅可以提高森林資源利用率，還能改善林地衛(wèi)生狀況，防止發(fā)生森林病蟲害等，加工后的削片可用作制漿﹑造紙和生產(chǎn)人造板材料。木 材 削 片 機 是 生 產(chǎn) 木 片 的 一 種 專 用 設(shè) 備 ， 木 材 削 片 機 也 叫 木 材 切 片 機 ， 屬 于木 材 加 工 系 列 設(shè) 備 之 一 。 廣 泛 應(yīng) 用 于 紡 織 、 造 紙 、 制 漿 、 人 造 板 等 行 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程 中的 備 料 工 段 。 該 機 的 主 要 切 削 原 料 是 剝 皮 后 的 小 徑 木 、 竹 材 、 板 皮 材 及 采 伐 次 薪 材余 料 等 。 但 對 于 過 粗 （ 350mm以 上 ） 過 細 （ 30mm以 下 ） 過 短 （ 250mm以 下 ） 過 ?。?5mm以 下 ） 及 不 規(guī) 則 原 料 （ 未 分 解 的 樹 墩 、 枝 杈 等 ） 不 充 分 具 有 均 勻 切 削 的 功 能 ，或 只 是 將 原 料 在 原 有 基 礎(chǔ) 上 切 斷 ， 對 壁 厚 低 于 5 mm竹 材 的 切 片 不 充 分 具 有 分 層 切削 的 功 能 將 森 林 采 伐 和 木 材 加 工 中 的 剩 余 物 切 削 加 工 成 工 藝 木 片 的 林 業(yè) 機 械 。然而目前生產(chǎn)的削片機在發(fā)區(qū)的削片作業(yè)常受到條件和環(huán)境的限制，因此開發(fā)適于伐區(qū)作業(yè)的小型削片機顯得迫切需要。再有，過去城市樹木修剪所產(chǎn)生的枝椏，基本上都作為廢棄物處理，并要支出不少運輸費用。隨著城市綠化的迅速發(fā)展，枝椏量越來越大，為減少消納枝椏廢棄物的費用，提高枝椏的綜合利用率，變廢為寶，近年來城市對枝丫削片機的需求量在不斷上升；在山區(qū)，隨著林果業(yè)的迅速發(fā)展，撫育量大幅增加，枝椏削片機的作用更是日益突出。所以針對我國林材資源嚴重不足且分布不均，為了滿足實際生產(chǎn)的需求，故設(shè)計一種體積小﹑重量輕﹑便于運輸?shù)男⌒椭坎挠孟髌瑱C，以減少木材浪費，實現(xiàn)木材的綜合利用。21.2 國內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果幾十年來，隨著木片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)外已研制和生產(chǎn)了上百種型號的固定式和移動式削片機，固 定 式 多 用 于 工 廠 ； 移 動 式 一 般 用 于 林 區(qū) 山 場 。 按 工 作 部 件 的 結(jié) 構(gòu)形 式 分 鼓 式 削 片 機 和 盤 式 削 片 機 兩 種 ， 按 進 料 方 式 分 又 有 斜 口 進 料 和 平 口 進 料 兩 種型 式 。 其結(jié)構(gòu)和性能已日趨完善，在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。19 世紀 70 年代，北歐、北美的林業(yè)發(fā)達國家首先生產(chǎn)并使用的削片機僅裝有3～4 把切刀。20 世紀 40 年代，出現(xiàn) 6 把以上切刀的多刀削片機。50 年代又出現(xiàn)新型螺旋面刀盤的多刀削片機，進一步改善了木材削片機的工作性能。近年來，國外的削片機的研制有了進一步發(fā)展，并研制出多種新型的削片機，主要是改善進出料機構(gòu)，改進飛刀﹑底刀結(jié)構(gòu)及飛刀的裝夾方式，增設(shè)控制木片質(zhì)量的分離裝置，降低削片機的振動與噪聲。增加輔助進料槽；增加進料槽的截面積；鉸接式安裝進料槽；側(cè)面出料（木片） ；減少飛刀尺寸和角度，并裝刀多刀化；飛刀夾裝在刀盤上，并呈螺旋線安裝；刀盤懸臂式裝配；降低削片機噪聲；增設(shè)第二底刀及其多刃化；可調(diào)節(jié)生產(chǎn)率的削片機；改進切削機構(gòu)和進給方式以及適應(yīng)不同原料的削片的專用、通用、以及削片機組和削片生產(chǎn)線。這些新型的削片機起到了提高生產(chǎn)率和木片質(zhì)量﹑木片合格率以及降低噪聲﹑振動和減少能耗的作用，獲得了巨大的經(jīng)濟效益。國內(nèi)削片機的研制工作始于 60 年代，70 年代中期開始研究伐區(qū)木片生產(chǎn)工藝與設(shè)備，中 國 林 業(yè) 部 林 業(yè) 機 械 研 究 所 于 70 年 代 研 制 成 移 動 式 聯(lián) 合 削 片 機 ， 能 同 時 完 成削 片 、 木 片 篩 選 和 將 合 格 木 片 風(fēng) 送 到 裝 料 倉 或 運 輸 車 中 的 作 業(yè) ， 從 而 大 大 地 提 高 了木 材 削 片 的 生 產(chǎn) 率 。 80 年代初，國家設(shè)立了“伐區(qū)枝丫木片生產(chǎn)設(shè)備及工藝的研究”攻關(guān)課題，進行了系統(tǒng)研究，取得了可喜的成果。自 90 年代木片生產(chǎn)得到了較大的發(fā)展。目前，國內(nèi)已有 30 多家生產(chǎn)削片機的廠家，其中鎮(zhèn)江林機廠生產(chǎn)的削片機質(zhì)量較好。目前已有 9 種型號的盤式削片機，主要用于制漿﹑造紙林片加工。盤 式 削 片 機 由 刀 盤 、 切 削 刀 、 底 刀 、 刀 盤 葉 片 等 組 成 。 刀 盤 正 面 有 安 裝 切 削 刀片 的 溝 槽 ， 沿 徑 向 偏 10°～ 15°布 置 。 刀 片 底 部 墊 有 楔 形 調(diào) 整 塊 ， 用 以 調(diào) 整 刀 片的 伸 出 量 ； 后 部 裝 有 調(diào) 距 墊 塊 ， 用 以 調(diào) 整 刃 磨 后 刀 片 的 補 償 長 度 。 在 刀 盤 上 順 著 刀刃 方 向 有 貫 通 的 縫 隙 ， 削 好 的 木 片 可 轉(zhuǎn) 到 刀 盤 的 另 一 面 。 刀 盤 外 緣 均 勻 配 置 葉 片 ，葉 片 產(chǎn) 生 的 氣 流 將 木 片 由 出 料 口 吹 出 ， 經(jīng) 過 篩 選 ， 過 大 的 進 入 再 碎 機 粉 碎 。 該 機 有少 刀 、 多 刀 和 螺 旋 面 刀 3 種 類 型 ， 前 兩 種 切 削 的 木 片 均 勻 度 都 較 差 ， 螺 旋 面 刀 盤 式削 片 機 由 于 在 切 削 過 程 中 切 削 表 面 全 部 同 刀 盤 接 觸 ， 單 位 壓 力 較 小 ， 木 片 切 口 整 齊 ，碎 木 片 少 ， 刀 盤 磨 損 小 ， 切 削 成 的 木 片 長 度 一 致 ， 切 削 木 片 合 格 率 可 達 97%左 右 。發(fā) 展 趨 勢 世 界 各 國 木 材 削 片 機 的 制 造 現(xiàn) 都 注 意 于 改 進 切 削 機 構(gòu) 、 刀 片 的 質(zhì) 量 和 裝3卡 方 法 ， 以 減 少 刃 磨 和 換 卡 時 間 。 世 界 性 森 林 資 源 的 減 少 促 進 了 伐 區(qū) 移 動 式 削 片 機的 發(fā) 展 ； 而 伐 區(qū) 聯(lián) 合 削 片 機 和 全 樹 削 片 聯(lián) 合 機 的 采 用 ， 將 使 經(jīng) 濟 效 果 進 一 步 提 高 。以下例舉一些國內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備或資料：1) BX117-4 ,福建林機廠生產(chǎn)，主要技術(shù)性能如下：刀盤直徑 700 mm轉(zhuǎn)速 800 r/min飛刀數(shù)量 4 把最大切削原料直徑 130 mm木片長度 15-25 mm生產(chǎn)能力 10 km3/h電機 30 kw單位動力匹配 9 kwh/m32) BX118-4,8451 機械廠生產(chǎn) ,主要技術(shù)性能如下：刀盤直徑 750 mm進料口尺寸 160 mm × 170 mm飛刀數(shù)量 4 把木片長度 15-25 mm生產(chǎn)能力 4-6 km3/h電機 37 kw單位動力匹配 6.2-9.3 kwh/m33) BX116A,蘇福馬生產(chǎn)，主要技術(shù)性能如下：刀盤直徑 630 mm轉(zhuǎn)速 800 r/min飛刀數(shù)量 3 把最大切削原料直徑 100 mm木片長度 15-25 mm生產(chǎn)能力 2-3 km3/h電機 22 kw此外還有以下幾種型號：（1）BX117C 盤式削片機;(2) BX1107/4 盤式削片機;(3) BX116 盤式削片機;(4) BX1108/3 盤式削片機等以及極少量的 BX1710B 盤式削片機和BX1112 盤式削片機等。目前，盤式切片機在我國造紙行業(yè)中占有著非常重要的地位，然而我國對現(xiàn)在多數(shù)的盤式削片機都存在效率低和木片合格率差等缺點。由于我國是4一個缺少木材的國家，所以每年都要從外國進口許多木材，尤其是近幾年，隨著木材工業(yè)和家具業(yè)在我國的迅猛發(fā)展，木材資源的缺乏日益嚴重，滿足不了木材需求量。木片是造紙、生產(chǎn)人造板的原材料，在國際市場上需求量很大，每年日本和南韓要從國外買進大量的木片，木片的制備顯得尤為重要。1.3 選題的設(shè)計設(shè)想、設(shè)計方法和改進削片機是人造板、造紙行業(yè)中最基本的設(shè)備，用以制備工藝木片。自 40 年代以來，隨著森林資源的日益減少和伐區(qū)剩余物利用水平的不斷提高，以及全樹采伐利用新工藝的出現(xiàn)，工藝木片的原料已從利用原木轉(zhuǎn)向更多地利用枝椏材、小徑木、加工剩余物、劣質(zhì)材或進行全樹削片。工藝木片的生產(chǎn)也逐漸從制漿造紙、人造板企業(yè)轉(zhuǎn)向伐區(qū)、森林采運企業(yè)。木片逐漸成為采運企業(yè)的一種重要輸出商品形態(tài)，并形成木片產(chǎn)業(yè)。此次設(shè)計主要是針對國內(nèi)外削片機的性能作出改進，并設(shè)計出一種能適應(yīng)現(xiàn)有的木材加工設(shè)備。此次設(shè)計的主要目的是設(shè)計一臺結(jié)構(gòu)合理，功能完整且精度滿足要求的枝椏材用小型切片機。切削木片的質(zhì)量要符合規(guī)格，木片長度為 10-20mm。根據(jù)設(shè)計要求，進料口和出料口有了改進，刀盤加葉片保證削片的輸送。確定了生產(chǎn)能力后選擇電機，并計算其切削功率。對飛刀的伸出量進行了精確的調(diào)整，保證削片的質(zhì)量。選用圓錐滾子軸承和主軸配合，利用皮帶傳動進行加工。具體設(shè)計見第 2-4 章。進料槽的結(jié)構(gòu)型式有了很大改進，以使其能適應(yīng)各種規(guī)格原料削片，并可提高生產(chǎn)率和木片質(zhì)量。帶有傾斜進料槽的普通盤式削片機（傾角 45°～52°）是一種國內(nèi)外常用的削片機。加工小徑材、枝椏材以料長在 2.5 mm-3 mm 及剩余物制材時效果最佳。削片機的工作噪聲高達 110dB 左右。削片機降低噪聲為：加厚機罩（刀罩）體的厚度，以提高隔聲效果；縮短主軸二軸承的間距，提高主軸剛度，減小振動。1.4 預(yù)期結(jié)果為適應(yīng)造紙、纖維板、刨花板行業(yè)對木片長度的不同要求，木片長度可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。此削片機，結(jié)構(gòu)緊湊合理，操作簡便，生產(chǎn)能力大，木片合格率高，單位木片產(chǎn)量能耗低，是國內(nèi)生產(chǎn)出口木片的理想設(shè)備。5第 2 章 盤式削片機的方案設(shè)計總體設(shè)計2.1 盤式削片機的方案設(shè)計根據(jù)此次木材削片機的技術(shù)要求，應(yīng)用功能設(shè)計法,對木材削片機的功能進行分解，并建立了木材削片機的形態(tài)學(xué)矩陣，以確定此次削片機的設(shè)計方案。一般思路: “問題抽象— 建立功能結(jié)構(gòu)(黑箱)—功能分析—尋找作用原理,以實現(xiàn)各分功能—進行組合尋求原理方案解—評價與決策” 。a 建立木材削片機黑箱木材削片機的設(shè)計技術(shù)要求為:把伐區(qū)剩余物如枝丫材、小徑材（直徑小于 100mm的木材） ，保證穴處削出木片的長短，薄厚均勻，木片規(guī)格一般為:長 10 mm～20 mm厚為 3 mm～5 mm，寬度不需要控制，但是也不應(yīng)該超過 20 mm，木片的合格率在 85%以上。輸出枝 丫 小 徑能 量信 號 切 削 木 材 合 格 木 片圖 2.1 木材削片機黑箱表示 b 木材削片機功能分解由于一般機器都是由原動機、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)、控制操作系統(tǒng)及制成部件等構(gòu)成,其技術(shù)過程通常是：“原動機 → 傳動機構(gòu) → 控制操作 → 執(zhí)行機構(gòu)” 。并且以上這些機構(gòu)都裝在支撐件上,木材削片機功能的分解依據(jù)所設(shè)計的技術(shù)系統(tǒng)過程。木材削片機的功能是完成伐區(qū)枝丫材削片，其功能可分解為：進料、切削、能量轉(zhuǎn)換、信號控制以及傳動方式以及行走方式等幾個子功能，將功能與子功能、功能員之間的關(guān)系亦功能樹來表達有：6伐區(qū)木材削片 進 料能 量 轉(zhuǎn) 換傳 動 方 式切 削行 走 方 式 帶 傳 動齒 輪 減 速 器機 械 進 料人 工 進 料切 削 元 件切 削 運 動 變 換圖 2.2 木材削片機功能樹c 功能元求解經(jīng)查閱文獻及分析已有的技術(shù)系統(tǒng)并利用形態(tài)綜合法建立如下形態(tài)學(xué)矩陣: 功 能 元編 號 名 稱 1能 量 轉(zhuǎn) 換傳 動 方 式人 工 進 料出 料 方 式切 削 元 件切 削 運 動行 走 方 式 汽 油 機帶 傳 動自 重 方 式上 出 料固 定 式 刀回 轉(zhuǎn) 運 動自 帶 動 力 行走 功 能 元 解2其 他 動 力 牽引往 復(fù) 直 線 運動 3柴 油 機電 機 直 通 過聯(lián) 軸 器 直 接聯(lián) 接人 工 手 持下 出 料可 調(diào) 飛 刀 電 動 機圓 形 飛 刀 4液 壓 馬 達齒 輪 減 速 器側(cè) 出 料圖 2.3 木材削片機的形態(tài)學(xué)矩陣7上面形態(tài)學(xué)矩陣中可以組合出的整體方案數(shù)從理論上計算如下:S=4 x 3 x 2 x 3x 3 x 2 x 2=864可見組合方案數(shù)目非常大，在這些組合中，存在著不可行的“虛解”和可行的“實解” 。在對實解的評價分析中，我通過模糊評價法最終確定了下面的設(shè)計方案:A3 — B2 — C1 — D1— E1 — F1 — G2電動機—帶傳動—自重進料—上出料—固定式刀—回轉(zhuǎn)運動—其他動力牽引2.2 盤式削片機的總體設(shè)計根據(jù)以上方案設(shè)計的結(jié)果,繪制削片機總體布置草圖如下:圖 2.4 木材削片機總體布置草圖此盤式削片機主要由電機、刀盤、進料槽、出料筒、傳動裝置和機殼等部分組成。刀盤套裝在主軸上，主軸由兩個裝在軸承座中的軸承支承，由電動機通過三角皮帶減速傳動。刀盤除作為切削機構(gòu)切削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時，速度波動不大，因此要求刀盤有較大質(zhì)量。大刀盤的材料一般采用 30、35 號鑄鋼；當(dāng)切削速度大于 50 m/s 時采用 A4、A5 鍛鋼。鑄鋼件須退火處理，鍛鋼件須正火處理；8粗加工后進行探傷檢查，在開口處不允許有降低使用性能的缺陷。主軸的毛坯應(yīng)為鍛件，不應(yīng)有降低使用性能的缺陷。此盤式削片機的刀盤上裝有 2 把飛刀，飛刀在刀盤上的安裝一般使其刀刃相對刀盤半徑沿轉(zhuǎn)動方向向前傾斜 8°～15° 布置。在安裝每把飛刀下面的刀盤上，沿刃口方向開有一條寬度為 40 mm 左右的長縫。飛刀和楔形墊塊用螺栓固定在刀盤上。墊塊的作用是保證飛刀有一定的后角，一般為 5°左右。飛刀材料一般采用鉻鎳合金工具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，熱處理后刃口部分的硬度為 HRC52～56。飛刀的刃磨角（楔角）取30°～40°，凍材、硬材取較大值。飛刀刃口突出刀盤平面的高度稱為刀片的伸出量（又稱裝刀高度） ，其大小影響木片的長度，因此刀盤上所有飛刀刃口的伸出量必須相等。飛刀更換或 刃磨后，應(yīng)保持伸出量不變。 圖 2.5 切削機構(gòu)示意圖盤式削片機是由安裝在刀盤上的飛刀和安裝在進料槽上的底刀和旁底刀形成剪切機構(gòu)的( 如圖 2.5)底刀和旁底刀的刃口有的是用硬質(zhì)合金堆焊而成。為防止有較大的沖擊力損壞刃口，底刀的刃磨角較大，一般為 85°～ 90°，也有的大于 90°（采用 90°的底刀，四角可輪換使用） 。進料槽側(cè)壁下方裝有旁底刀，旁底刀的刃磨角一般為 60°～65° ，與進料槽的偏角 a2 有關(guān)，旁底刀刃磨后硬度要求為 HRC56～60。飛刀與底刀和旁底刀的間隙一般為 0.3 mm～1.0 mm，這取決于削片機的精度和刀盤直徑的大小等因素。由于削片時原料尾端在進料槽中抬起，為獲得要求的木片長度，實際裝刀高度 應(yīng)h9比計算值小 2 mm 左右。 削片機的進料槽與刀盤成一定的安裝角度，因為刀盤與進料槽之間的相互配置以及幾何角度的大小，直接影響到削出木片的幾何形狀，并與削片機的動力消耗有一定關(guān)系。此削片機的喂料槽是傾斜安裝的，稱為斜喂料?？紤]到制造方便，此喂料槽的橫截面為方槽形，其截面積的大小及形狀實際上取決于該削片機所切削的原木的最大直徑。盤式削片機的排料分為上排料和下排料兩種形式。上排料是在刀盤的外緣安裝６個～８個葉片，它在刀盤轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生氣流，把削出的木片沿機殼的切口方向吹送出去，落入木片料倉。當(dāng)葉片的速度為 27 m/s～28 m/s 時，木片的拋出高度可達 4 m～5 m。2.3 削片原理a 原木被削成木片的過程原木在削片 機中受到飛刀與底刀的剪切作用， 在切下一個木餅的同時，由于木 餅受到飛刀給予的沿纖維方向的 擠壓力，圓餅受剪而被分裂成木 塊，進而分裂成木片。如（圖 2.6）所示:圖 2.6 原木分裂成木片10通過觀察和研究證明，盤式削片機在削片過程中，木料的被切削面緊貼在飛刀的后面，并沿著飛刀后面滑動，直到與刀盤平面相遇。當(dāng)木料的上端與刀盤表面接觸后，被切平面則由斜面變成平行于刀盤表面的直面，最后被切表面形成了一個折面。因此，盤式削片機的削片過程并不是過去人們認為的那樣，原料的被切平面始終平行于刀盤的平面。在削片時，木料沿著進料槽的移動，主要是由于飛刀對木料的作用力在進給方向的分力（牽引力）的作用而致。理論上可以證明：若原木靠自重移向刀盤，那么在相鄰兩把飛刀切削原木的時間間隔內(nèi)，原木只能移動一段很短的距離，然而實際上原木移動的距離（即木片的長度）要比靠自重移動的距離大得多。很顯然原木在切削過程中除了受重力作用外，還受到飛刀給予原木的作用力，飛刀把原木拉向刀盤的作用力稱為牽引力。牽引力的大小雖與木料的樹種、含水率等因素有關(guān)，但其大小足以帶動木料克服摩擦阻力向刀盤方向進給。因此大多數(shù)盤式削片機不采用強制進給機構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級較大的木料。b 削片機喂料槽與刀盤之間的幾何關(guān)系(圖 2.7)設(shè) X-O-Z 為刀盤平面， O 為飛刀刃口上某一點，Y-O-X 為過刀刃上 O 點且垂直 O點運動方向 的平面。那么:投入角 ε──喂料槽軸線在Y-O-Z 平 面的投影與刀盤的夾角；投木偏 角 α 2──喂料槽軸線在 Y-O-Z 平面的夾角；喂料角 ω──喂料槽軸線與刀盤的夾角。 (如圖 2.7)11圖 2.7 削片機喂料槽與刀盤之間的幾何關(guān)系圖對于斜喂料槽削片機一般只給出投入角 ε 和投木偏角 α 2 來表示削片機的特征。而實際上原木的被切削狀態(tài)可以通過喂料角 ω 完全反映出來。這個三角關(guān)系可以從圖2.7 求得。根據(jù)每個角度的定義從圖 2.7 可以得出： OACGBDA?2cosins???由后二式相乘并代入前式即得：2cosinsia???有時，投入角 ε 可以用另一種形式表示，這時引進另一角度——虎口角 α 1虎口角 α 1——喂料槽軸線在 Y-O-Z 平面的投影與 X-O-Y 平面的夾角，它與投入角 ε互為余角。那么上式也可表示為： 21cossina??如上圖所示，O B ’ B D 為刀盤平面，AO 為進料槽的中心線， CD 平行于刀盤軸線，其值等于飛刀伸出量，則木片的長度 l 為：12(2.1)21'1coscosaOCaAOl??即　　　　　　　　　　 (2.2)21cosahl式中：h——飛刀伸出量；由于削片時原料尾端在進料槽中抬起，為獲得要求的木片長度，實際裝刀高度應(yīng)比計算值小 2 mm 左右。原木被牽引的距離、牽引速度和切削速度之間的關(guān)系取決于飛刀的后角 α 和投入角 ε.從圖 2.8 中可以找到它們之間的關(guān)系。刀的后面與刀的運動方向的夾角稱為飛刀的后角 α。刀的后面與刀的前面的夾角稱為刀刃角 β。設(shè)飛刀的運動方向為Ⅰ，13圖 2.8 原木的切削方向 圖 2.9 切削時原木位 移量的計算14圖 2.10 飛刀作用在原木上的力原木的運動方向為Ⅱ，刀對原木的切削方向為Ⅲ，飛刀的運動方向Ⅰ與刀對原木的切削方向Ⅲ的夾角稱為牽引角 δ。牽引角的大小受到飛刀的后角的限制，它接近于飛刀的后角或等于后角。若原木的直徑為 d，飛刀在原木上所經(jīng)過的路程為 AB，從圖 2.9 可以求出飛刀每切削一次時，原木沿著喂料槽軸向被牽引的距離 i:(2.3) )sin(i????d并且由飛刀速度 V 可以求得原木的被牽引速度 Va和切削速度 Vδ :(2.4))sin(a????V(2.5))i(δ沿著切削方向從原木切下的木餅又如何分裂成木片呢?木片的厚度主要取決于削片機的幾何參數(shù)，此外還取決于原木的物理機械性質(zhì)。從圖 2.10 可知當(dāng)飛刀沿著切削面切入原木時，原木受到飛刀的作用力 P 作用，它由二個分力組成: P1 是垂直于刀的后面的作用力，P 2 是垂直于刀的前面的作用力。P 1 不參與木片的分裂，只有 P2 才使木餅沿纖維方向撕裂。15P2 又可分解成二個分力，沿木材纖維方向的作用力 P3 和垂直纖維方向的作用力P4。飛刀切入原木一定深度后，P 3 隨 P2 增加到一定限度時就引起木材的縱向破裂，木餅撕裂成木片。若飛刀沿切削面切入深度為 oa 時，木餅開始分裂成木片，則木片的厚度為 ob。在撕裂瞬間木片主要尺寸的相互關(guān)系有:△aob 和△cod 由于頂角相等，二個直角三角形相似，那么(2.6)oabP?23因此，木片的厚度 t=ob 有 :(2.7)23t?沿木纖維方向的作用力 P3 的值，可以從木材纖維方向的撕裂深度來計算：P3=l×e×t (2.8)式中 l ——木片長度e ——飛刀切入原木的平均寬度r ——木材沿纖維方向的撕裂深度系數(shù)垂直于飛刀前面的作用力 P2 的值，可以從垂直于刀的前面擠壓木餅的強度來計算：P2= oa×e×σ (2.9)式中 σ ——垂直于刀的前面劑壓木餅的強度系數(shù)把 P3、 P2 的值代回原式，可得出木片厚度 t(2.10)??lt?從上式可以看出，對于一定幾何參數(shù)的削片機，木片的厚度隨木片的長度增大而增加，隨木片沿纖維方向的抗剪能力的增大而增加，隨作用在垂直于切削平面上的作用力增加而減小。木片厚度不僅取決于木片長度和木材的物理機械性能等因素，還與進料槽及飛刀的安裝角度和飛刀的刃磨角等因素有關(guān)。當(dāng)飛刀的刃磨角和安裝后角較大時，則削出的木片較厚，反之，較薄。2.4 本章小結(jié)本章主要介紹了削片機的結(jié)構(gòu)和工作原理，普通盤式削片機的組成和組裝。木片16的長度和厚度計算，排料方式的選擇為上出料，木料被飛刀牽引向前進給的速度計算。第 3 章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算3.1 各樹種單位切削力鑒于對同一削片機，不同種木材的機械物理性質(zhì)不同,在切削時其單位切削力、木片厚度等參數(shù)都各不相同所以以下取一種木材參數(shù)作計算示例，其他可依此類推。表 3.1 常見樹種枝丫單位切削力3.2 切削功率的計算由文獻[4]可知計算公式kw （3.1）?sin60ZAFPcxc????17βδε圖 3.1 飛刀對木材的作用如圖 3.1 所示：圖中表示削片時飛刀對木材的總切削力。刀盤對木材的支承力降低了后刀面對木材的支承力，互相影響，所以也包括在總作用力中?？傋饔昧?分解F為切向分力 及法向分力 。在切削過程中， 隨木片的變化而變化，其短時平均xFy xF值為 。 與寬度成正比，有： xavFbxav???式中： ——切削寬度，m；b——單位寬度平均切向阻力，N/m。 可通過試驗測得，據(jù)表 2 知：對群眾xFxF楊，約 N/mm。97.3? ??? 00/ 9sin()9cos()tan()ta(2 )tacos(i ???????????? ??? ?????? ????? pfppl csx（3.2）式中： ——木片纖維長度(m)；l——木材順纖維抗剪強度，N/m2 ；/?——有法向正壓力時，木材順紋剪切附加阻力系數(shù)；cf、 、 ——飛刀安裝后角、飛刀楔角、進料槽傾斜角；???、 、 ——木材前刀面、后刀面、進料槽壁摩擦角。?ps18α 2α 1圖 3.2 進料槽的傾斜角當(dāng) 時， 09??????p(3.3) ??)tan()tan(2tsico/ ?????????? pplFsx一把飛刀一次切削功耗為： (3.4)AFWx???1式中： ——切口面積，(m2)。 ， ——木料橫斷面積，m2)A?sin(cAc如果進料槽在通過主軸線的兩個相互垂直平面內(nèi)的投影傾斜角分別為 和 （如1?23.2 圖所示） ，則 由下式確定：?(3.5)212221sinsinisin1 ??????切削功率為(3.6)?sin60ZAFPcxc????式中： ——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；n——飛刀數(shù)。Z19對于原木有： (3.7)??sin240???ZdFPxc式中： ——原木直徑，m 。d考慮木材徑級不同大小不一時，可經(jīng)計算取其平均直徑 (m)??2iavd式中： ——各徑級木材直徑，(m)；i——各徑級木材長度占總木材數(shù)的比例。ia考慮木段之間的空隙時間應(yīng)增加一個切削連續(xù)性系數(shù) ，則切削功率為：c(3.8)??sin240ZdFPavxc ????值由下式確定： (3.9)c ??ricitt式中： ——每段木材切削時間，s ；cit——相鄰木段之間的間隙時間，s 。ri對于松木： N/mm 10?xF當(dāng) 時，有：052?kwcP6052sin240871.3???7.5?3.3 電機的選擇削片機所需電機功率為Pd (3.10)η c?式中：P d——削片機實際需要的電動機輸出功率；Pc——削片機需要的輸入功率；η——電動機到切削機構(gòu)間傳動裝置的總效率；總效率 η 為：η =η 1 η 2?20η 1——帶傳動效率；η 2——軸承傳動效率；則 η =0.96 0.98=0.94?Pd= 5.39 kw 因此選擇電動機型號為 Y132S-4 型，額定功率 5.5kw，額定轉(zhuǎn)速 1920r/min。各軸的轉(zhuǎn)速 n =n =1920r/minImn I= i= =800r/min41920各軸的輸入功率 P =P =5.5kwIdP = P η=II?kw17.598.065.??各軸轉(zhuǎn)矩計算電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩 dT=d mNnmd ????36.271905.950I 軸 NTd?36.271II 軸 iII ????? 78.6.4.?3.4 飛刀伸出量的確定由 2.3 盤式削片機削片原理分析知(3.11)21cos?hl?mm ， ， ，則 mm20?l0152?06.1?3.5 生產(chǎn)能力的確定非強制進料的盤式削片機的生產(chǎn)能力 (實積 m3/h)為QnZlFKQ321806???（3.12）21式中： ——設(shè)備時間利用系數(shù)，取 ；1K5.0~31?K——工作時間利用系數(shù)，取 ；2 872——原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆枝椏材取 ，其他原料取 1；3 7.3——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；n——飛刀數(shù)量；Z——木片平均長度，mm；l——原料的斷面積，mm2；F則 (km3/h)6.14/701.352807.5.016 28 ??????Q3.6 本章小結(jié)本章主要介紹了盤式削片機的各個參數(shù)確定，包括生產(chǎn)能力，切削功率，電機，切削力，飛刀伸出量的確定。第 4 章 主要部件的設(shè)計計算4.1 刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸的確定22圖 4.1 刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 4.1 所示，將刀盤看作實心圓盤，根據(jù)文獻[15]計算公式，計算刀盤應(yīng)有的轉(zhuǎn)動慣量：(4.1)?2wAJ?式中： ——刀盤運轉(zhuǎn)時的盈虧功;A取 (P 為切削功率)57.810?P——刀盤的角速度, ；wn??2?——速度不均勻系數(shù)， ；?0?則 kgm-221857.9?J.?刀盤直徑為 460mm 。由文獻[5] (4.2)22)(1DgGmRJ?得： kg28J? 8.746.02189??23即刀盤重量為 77.8kg由文獻[7] (4.3) ??BDG42?式中： ——飛輪材料的比重?——飛輪的寬度得： m??24DB?0596.18.746.01332??　取 mm60?B為防止輪緣破裂，驗證輪緣的圓周速度m/s106max??nv 3.190684.3??鋼制飛輪的最大圓周速度：60m/s 故刀盤強度滿足要求。刀盤的材料選用 ，刀盤結(jié)構(gòu)各部位是根據(jù)力的要求和安裝葉片而設(shè)計的，飛45ZG刀經(jīng)夾緊機構(gòu)夾緊。由于少刀盤式削片機屬于間歇運動，故實際消耗功率是變化的，因此，將刀盤看作飛輪設(shè)計，以便在驅(qū)動力的功超過切削阻力的功時，將多余的能量貯藏起來，使動能增大時，速率增加不太大；反之，當(dāng)切削阻力的功超過驅(qū)動力的功時，把多余的能量釋放出來，使動能減少時，速率降低不至于太大。刀盤的作用就是使刀盤的速率波動不至于太大。4.2 裝刀部分設(shè)計和底刀部分設(shè)計裝刀是首先用螺栓在試刀架上達到定位要求長度時聯(lián)結(jié)在一起，而后，將飛刀和壓力塊一起用螺柱固定在刀盤上。安刀架和安刀示意圖（圖 4.2） 。木片的長度是通過飛刀的伸出量來調(diào)整實現(xiàn)的。設(shè)計的調(diào)整機構(gòu)是通過安刀架、定位塊間長度而實現(xiàn)準確的調(diào)整的。其中，上邊定位塊是固定的，而下邊定位塊是可移動的，２把飛刀同時在該安刀架上調(diào)整后，在安裝在刀盤上，即能保證飛刀的伸出量的相等性，從而保證木片質(zhì)量。241.定位塊 2.飛刀 3.壓力塊 4.固定定位塊圖 4.2 試刀架4.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1 軸的最小直徑計算根據(jù)文獻[1]實心圓軸公式，其切應(yīng)力 MPa (4.4)??TTdnPW?????362.0/159圖 4.3 主軸結(jié)構(gòu)25寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑mm (4.5) ??3362.0159nPcdT?????上兩式中： ——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；TW——軸傳遞的功率，KW；P——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；n——許用切應(yīng)力，MP a；??T?——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表 4.1 查得。C對于受彎矩較大的軸宜取較小的 值。當(dāng)軸上有鍵槽時，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑：單??T?鍵增大 ，雙鍵增大 。%36表 4.1 軸強度計算公式中的系數(shù) C軸的材料 Q235,20 Q255,Q275,35 45 40Cr,38SiMnMoτ/MPa 12 15 20 25 30 35 40 45 52C 160 148 135 125 118 112 106 102 98軸的最小直徑為mm8.3607.5183???d參照文獻[14]主軸的設(shè)計，考慮到各部件間的關(guān)系，設(shè)計該軸的結(jié)構(gòu)如圖 4.3 所示。為了使軸的強度足夠，選 mm。min4.3.2 軸承的選擇兩個軸承支承著刀盤的重量，軸承應(yīng)能承受較大的單向徑向力，同時由于木材對刀盤有沖擊作用，以及切削分力，都使得刀盤受到一個軸向力，同時考慮到軸的軸向位置要求準確，從而保證飛刀與底刀的間隙，故選用一對圓錐滾子軸承(GB/T297-93),軸承型號 30210，d=50 mm， mm，寬度 mm，其徑向承載能力大，滿足90?D20?a設(shè)計要求。密封裝置采用毛氈式。26潤滑采用脂潤滑。4.4 傳動比計算和大、小帶輪的計算傳動比 4.280192?ni因為削片時會產(chǎn)生很大的噪聲，且運轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，故選用帶傳動。兩軸平行，回轉(zhuǎn)方向相同，傳動比較小，速度 m/s，選用開口傳動。0?v帶傳動是具有中間撓性件的一種傳動，所以：1）能緩和載荷沖擊；2）運行平穩(wěn)，無噪聲；3）制造和安裝精度不象嚙合傳動那么嚴格；4）過載時，將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；5）可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件（可達 15m） 。帶傳動的特點很適合這臺削片機的要求，故帶傳動是很好的選擇。由 知 12Ri?14.定 帶型