原木檢測機設(shè)計（全套含CAD圖紙）

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Estimate log’s outer shape with eyes, and then label them before throwing into processing. People uses tape and caliper to confirm a log’s length and diameter of the section, and look for it in the manual to obtain one log’s volume. By accumulating all the volume of the log, the number of the stock can be gotten The work of inspecting the log by manual is very heavy. In this paper, the theory of the eight point inspection and the four point compounding simulation are presented. So we can quickly measure and get the log’s external shape parameter accurately on-line with the automatic inspecting technique and computer stimulating technique. The equipment can enhance work efficiency. Based on the relativity of log shape and production, the design theory and method of log’s shape inspecting equipment are discussed. At the same time, the theoretical basis for design and manufactury is provided in this paper. Log inspection technique is recognized increasingly by lumbering. The equipment designed in this paper is a sort of experiment facility and also there are many question and juvenility. All these will accelerate researching work for the future. Keywords: Log Shape；Identify；Automatic Inspection；Shape Identify；Regression 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 概述 1 1.2 國內(nèi)和國外原木檢測機設(shè)備的發(fā)展分析 1 1.3 本課題研究的目的和意義 4 1.4 選題的研究內(nèi)容和設(shè)計設(shè)想 5 第2章 原木檢測機總體設(shè)計 6 2.1 原木檢測機總體原理介紹 6 2.1.1 原木檢測機設(shè)計原理 6 2.1.2 原木形狀識別機設(shè)計方案 6 2.2 結(jié)構(gòu)實現(xiàn)方法 8 2.3 原木檢測機機械部分設(shè)計 9 2.4 機架結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 10 2.5 輸送機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 2.6 本章小結(jié) 12 第3章 動力部件選擇和傳動機構(gòu)的計算 13 3.1 電動機的選擇 13 3.2 鏈傳動的計算 14 3.2.1 小鏈條的選擇和校驗 14 3.2.2 大鏈條的校驗計算 17 3.2.3 鏈輪的設(shè)計計算 18 3.3 鏈輪軸的設(shè)計和校核 22 3.3.1 軸的材料的選擇 22 3.3.2 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 22 3.3.3 按彎扭合成強度條件計算 24 3.3.4 軸的安全系數(shù)校核 27 3.4 軸承的選擇和校核 29 3.4.1 選擇軸承 29 3.4.2 軸承的選用計算 29 3.5 鏈輪軸鍵的選擇和鍵聯(lián)接的強度計算 30 3.5.1 鍵的類型選擇 30 3.5.2 計算鍵工作面剪切 30 3.5.3 計算鍵工作面擠壓 30 3.6 螺栓的選擇和校核 31 3.7 本章小結(jié) 32 第4章 檢測機構(gòu)的設(shè)計計算 33 4.1 檢測機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 33 4.2檢測系統(tǒng)原理的計算 34 4.3 檢測機構(gòu)的零件的選擇和校核 37 4.3.1 傳感器的選擇和原理 37 4.3.2 檢測擺桿軸的選擇和校核 38 4.3.3 彈簧絲的選擇和計算 38 4.3.4 傳感器中軸承的選擇和計算 39 4.4 本章小結(jié) 40 結(jié)論 41 參考文獻 42 致謝 43 第1章 緒 論 1.1 概述 隨著現(xiàn)代木材加工工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的制材技術(shù)正在逐步更新，以制材學(xué)和測樹學(xué)為基礎(chǔ)的原木描述理論已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代木材工業(yè)的發(fā)展。因此，有必要在理論、方法、手段上建立一套全新的原木外形及其缺陷的描述體系，采用新的、高精度的計算公式，將制材學(xué)與測樹學(xué)的原木描述理論向前推進一步；采用新發(fā)明、新技術(shù)制造新設(shè)備，實現(xiàn)原木檢測過程的高度自動化，以適應(yīng)現(xiàn)代木材加工工業(yè)的發(fā)展。一般情況下原木模型的實測參數(shù)越多，重建模型的精度越高。但實測參數(shù)越多會使檢測設(shè)備復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化計算量增大，導(dǎo)致對計算機的容量要求高、投資增大、不利于推廣應(yīng)用。所以，找出一種即可以保證原木描述精度，又不需要大量檢測參數(shù)的原木最佳形狀識別體系，一直是國內(nèi)外從事原木模型描述學(xué)者潛心研究的課題。另外，如何利用先進的原木檢測技術(shù)，對原木形狀進行真實再現(xiàn)，以利于木材的分類、選擇、合理加工、提高其利用率，對制材企業(yè)來說顯得尤為重要。 1.2 國內(nèi)和國外原木檢測機設(shè)備的發(fā)展分析 我國對原木檢測技術(shù)的研究始于上世紀80年代以前，從國內(nèi)的研究形勢和方向看，今后我國的研究重點可能會向以下幾個方面發(fā)展： (1)根據(jù)原木干形，建立原木的分段模型，提高原木的檢測精度。 (2)原木模型的設(shè)計必須與檢測設(shè)備的研究同步進行。最佳的模型優(yōu)化設(shè)計應(yīng)節(jié)省設(shè)備投資，拋棄不實用的數(shù)學(xué)模型，推廣和完善有利于普及和應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。 (3)逐步提高離散模型和仿真模型矩陣的階數(shù)發(fā)，展動態(tài)檢測技術(shù)，使離散模型盡快地應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。 目前，國內(nèi)采用最多的原木檢測形式是人工檢測的方法。手工檢尺存在著諸多不利方面，其檢測結(jié)果受人為因素影響很大。這種方法完全由人操作、控制，依據(jù)工人的眼看心算，獲得原木的尺寸、規(guī)格等參數(shù)。檢尺員的工作經(jīng)驗、工作態(tài)度等導(dǎo)致了工作結(jié)果差別很大。另外，這種方法的勞動強度大，效率低。隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會生產(chǎn)率的快速提高，這種傳統(tǒng)方法難以適應(yīng)制材行業(yè)的發(fā)展。因此，人工檢測的方法是一種落后的生產(chǎn)方式，隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展與普及，這種生產(chǎn)方式終將被淘汰。我國在原木檢測領(lǐng)域與發(fā)達國家相比差距較大。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)中只有少數(shù)大型廠家采用光環(huán)定心機對原木進行定心檢測。光環(huán)定心機的工作原理是:采用兩組同心光環(huán)分別打在原木的兩個端面上，由人工目測確定原木兩端面的中心點，然后通過液壓控制的機械式升降臺架來調(diào)整原木的位置，通過操作者的目測使其在兩端面上原木與光環(huán)相內(nèi)接，從而確定出兩端面的最大內(nèi)接圓。光環(huán)定心機對彎曲度不超過3%的大徑級原木進行定心比較有效，但對于彎曲度較大的小徑級原木來講就顯得有些力不從心。特別是隨著大徑級原木的不斷銳減以及單板旋切速度的不斷提高，對原木定心精度和定心速度的要求也隨之提高?，F(xiàn)在國外最高的定心速度已經(jīng)達到每分鐘10根以上，光環(huán)定心機已經(jīng)無法滿足這樣旋切生產(chǎn)節(jié)拍的要求。除此之外，我國還有許多膠合板生產(chǎn)廠家還使用根據(jù)3點定心和4點定心原理研制開發(fā)的機械定心機對原木進行定心。雖然這些機械定心機的定心精度比人工定心精度要高且出材率可提高2%～4%，但在實際生產(chǎn)過程中這種機械式定心機對原木的徑級和截面圓形度的要求較高，所以較難滿足實際生產(chǎn)的需求。 我國對原木旋切定心機的研制基本上是經(jīng)歷了一個從人工定心到3點、4點定心再到光環(huán)定心的過程。但是我國對定心機的研制起步較晚，目前只有信陽木工機械廠等少數(shù)幾個廠家可生產(chǎn)較為先進的光環(huán)投影定心機(例如信陽木工機械廠生產(chǎn)的BD1516和BD1526型光環(huán)投影定心機)。多數(shù)廠家還停留在3點、4點及普通光環(huán)定心機的制造上?，F(xiàn)在我國已經(jīng)在試制6點機械式定心機及激光掃描定心機。將計算機技術(shù)應(yīng)用到原木形狀識別領(lǐng)域，是近十年興起的新技術(shù)，在我國尚處于研究開發(fā)階段。計算機本身具有許多優(yōu)點，如運算速度快、工作可靠、可進行人機對話、隨機數(shù)據(jù)存儲與查詢、模擬技術(shù)等，完全可以承擔對原木直徑、長度、外形輪廓的自動檢測。國內(nèi)在這方面有一些新的研究，如南京林業(yè)大學(xué)在其國家自然科學(xué)基金項目“原木斷層掃描圖像識別與虛擬切削研究”中，應(yīng)用X-CT掃描技術(shù)，重構(gòu)原木內(nèi)部缺陷信息的三維圖像，通過圖像處理與識別提取原木的外形和缺陷信息，同時進行多種方案的模擬切削，以最優(yōu)化的方案獲得最大的出材率和經(jīng)濟效益，進而控制鋸解或旋切木材的出材率；由北京航空航天大學(xué)和廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司合作研制開發(fā)的“原木材積自動化檢測系統(tǒng)”，結(jié)合自動化測試技術(shù)與計算機視覺技術(shù),采用工控機控制高分辨率的工業(yè)CCD（電荷耦合器）數(shù)字成像單元，對原木端面攝像，并把圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C，利用相應(yīng)的圖像處理和識別軟件處理后，將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了隨時調(diào)用。 國外原木檢測理論發(fā)展較早。70年代中期，世界上研究原木數(shù)學(xué)模型有了新的進展。1973年Airth和Calvert提出了只為特定工序的專業(yè)下鋸設(shè)備應(yīng)用的幾種附加的數(shù)學(xué)模型。同一時期，Pneumations也建立了同樣的數(shù)學(xué)模型，彌補了傳統(tǒng)原木描述理論的不足。從那時起這種以截頂圓錐體為理論基礎(chǔ)的原木數(shù)學(xué)模型，一直是原木數(shù)學(xué)描述領(lǐng)域中的權(quán)威模型。到1982年，Petrouskii提出了以二次干曲線繞軸旋轉(zhuǎn)形成的圓截頂原木數(shù)學(xué)描述理論。同時期，美國BOF研究室在研究中開始考慮了原木芯部缺陷和節(jié)子的分布。它假設(shè)節(jié)子在過軸心線的平面內(nèi)，形狀是個圓錐體，原木的實測參數(shù)是材長、小頭直徑和錐角。這些改進脫離了傳統(tǒng)的原木描述形式，開始趨向?qū)嵱没枋鲈救毕輸?shù)學(xué)模型建立的研究階段。由于原木描述方法開始用于描述原木缺陷，因此，在制材工業(yè)先進國家中，這種原術(shù)數(shù)學(xué)模型開始廣泛使用。后來BOF(下鋸優(yōu)化)研究的權(quán)威Lewis教授在“改進的BOF系統(tǒng)”中提出了中間彎曲的原木模型，在數(shù)學(xué)模型的建立過程中增測了小頭的長徑、短徑及水平面中間彎曲高度，使原木數(shù)學(xué)模型的建立從原木圓截面數(shù)學(xué)描述過渡到原木橢圓截面數(shù)學(xué)模型的描述，從直中心線過渡到彎曲中心線，開始了原木形狀數(shù)學(xué)描述的新領(lǐng)域。之后，原木數(shù)學(xué)描述學(xué)者又提出了弓形彎曲、翹曲和偏心原木的數(shù)學(xué)模型，使原木數(shù)學(xué)模型的建立有了新的進展。 目前，世界上針對原木檢測機設(shè)備主要有以下幾種： 圖1.1是3點定心原理圖和圖1.2是法國瓦萊特·格洛公司生產(chǎn)的機械式原木3點定心機。它在工作時，木段上料支架將木段放在定心機構(gòu)上，隨后在液壓缸的推動下，兩組3點連動定心機構(gòu)分別獨立用其定心觸點將木段頂起，隨后由上木機構(gòu)完成上木，實現(xiàn)一個定心上木工作循環(huán)。這種定心上木機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、定心上木生產(chǎn)效率高、自動化程度高、定心原理可靠等優(yōu)點，整個生產(chǎn)線包括定心、上木、旋切等工序，整個過程僅由一人操作。該機構(gòu)最大的問題是其定心原理與原木實際截面輪廓之間的差異，當原木截面為圓形時這種定心方法的定心精度極高，遇到截面不規(guī)則或有缺陷原 圖1.1 3點定心原理圖 圖1.2 機械式3點定心機 木時，定心精度會受到很大的影響。 圖1.3是激光掃描原木檢測系統(tǒng)原理圖，圖1.4是芬蘭生產(chǎn)的原木外形激光掃描系統(tǒng)。對于各大制材企業(yè)來說，合理利用原木資源，不僅是獲取利潤的要求，也是企業(yè)能否長期生存，發(fā)展壯大的關(guān)鍵。另外，我國林區(qū)各大貯木場長期以來在原木檢尺和原木等級分選方面采用人工方法，這樣統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)人為因素較多，既無法實現(xiàn)科學(xué)管理，又浪費了大量人力、財力。同時，無法與先進的制材加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高加工效率。當前，世界許多國家都在研究原木檢測設(shè)備，使這一領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，木材檢測設(shè)備日臻完善。 卡軸 激光管 光電接收器 被測原木 圖1.3 激光掃描原理圖 圖1.4 原木外形激光掃描系統(tǒng) 圖1.5、圖1.6是在近幾年世界木工機床展覽會上展出的最新木材檢測設(shè)備的照片： 對于各大制材企業(yè)來說，合理利用原木資源，不僅是獲取利潤的要求，也是企業(yè)能否長期生存，發(fā)展壯大的關(guān)鍵。另外，我國林區(qū)各大貯木場長期以來在原木檢尺和原木等級分選方面采用人工方法，這樣統(tǒng)計出的數(shù)據(jù)人為因素較多，既無法實現(xiàn)科學(xué)管理，又浪費了大量人力、財力。同時，無法與先進的制材加工設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高加工效率。當前，世界許多國家都在研究原木形狀識別設(shè)備，使這一領(lǐng)域的技術(shù)日趨成熟，木材檢測設(shè)備日臻完善。 圖1.5 原木檢測設(shè)備 圖1.6 原木檢測設(shè)備 1.3 本課題研究的目的和意義 目前，我國木材出材率和綜合利用率指標與發(fā)達國家相比，有較大的差距，而我國的森林資源低于世界平均水平，木材加工時的極大浪費與當前森林資源的短缺極不 協(xié)調(diào)。因此，開發(fā)引進先進加工技術(shù)，千方百計提高木材出材率和利用率以降低各種木制品和各種用途用產(chǎn)品木材的消耗量是十分必要的。其中提高原木定心精度和效率也是達到上述目的的措施之一。高精度和高效率必然會帶來提高經(jīng)濟效益的結(jié)果。此外，考慮經(jīng)濟效益還應(yīng)兼顧出材率和優(yōu)等品出材率兩方面。在這種情況下，對原木外形特征描述時，要考慮節(jié)子、開裂、彎曲等缺陷對板材或單板等級的影響，以達到木材質(zhì)量的高效利用。目前原木定心技術(shù)最發(fā)達的國家是芬蘭。芬蘭Raute公司定心上木機，采用激光對原木7個斷面掃描。每個斷面每隔10為一個測點，共即252個點。計算機接受掃描數(shù)據(jù)，繪制木段形狀圖及確定其最大的內(nèi)接圓柱體，找出最佳回轉(zhuǎn)中心，木段最終旋切位置精度達到±0.005mm.我們在研究、開發(fā)原木定心技術(shù)時可借鑒芬蘭的先進技術(shù)。我們的研究不僅要趕上世界先進水平，而且要超過世界先進水平，并要積極促進該技術(shù)向生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。 80年代以后，我國的家具制造業(yè)和建筑材料業(yè)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟連續(xù)高速的發(fā)展消耗了大量的林木資源。國家近幾年相繼出臺了保護林木的若干政策，以防止我國的林木由于過度開采而枯竭。因此，對于制材行業(yè)的眾多企業(yè)來說，如何有效地利用有限的林木資源是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。森林資源減少，限制采伐，必然形成國內(nèi)制材業(yè)原料短缺，原料價格上漲，使各個企業(yè)生產(chǎn)成本增加，競爭加劇的局面。在這種情況下，如何提高原材料的利用率，細化每一根原木的可利用部位，做到優(yōu)化下鋸，最大限度擴大木材的可利用率，是當務(wù)之急。在面對國際競爭方面，近幾年由于進出口貿(mào)易的增加以及木材價格的開放，將使我國的原料價格與國際市場價格拉平。隨著21世紀到來，我國的制材企業(yè)更多地參與國際競爭。在先進的制材國家中，利用高精度原木檢測仿真系統(tǒng)對原木形狀進行精確的描述，進而引導(dǎo)加工設(shè)備合理加工，從而實現(xiàn)BOF制材，已經(jīng)變成企業(yè)生存的必要條件。在此基礎(chǔ)上，國外主要制材設(shè)備制造廠家均在他們生產(chǎn)的數(shù)控設(shè)備上采用了這些技術(shù)，瑞典、芬蘭、加拿大和美國的公司都在全球推銷基于BOF技術(shù)的制材設(shè)備。國外著名的制材專家指出：在自動化制材中，應(yīng)進一步提高對原木沿長度方向的形狀識別，特別是對弓形彎曲、翹曲和偏心原木的更精確的識別。從以上分析可以看出，原木的形狀識別在制材行業(yè)的地位是舉足輕重的。由此可以看出，在未來幾年，木材檢測技術(shù)將在我國制材企業(yè)的實際生產(chǎn)中扮演重要角色。 1.4 本章小結(jié) 該原木檢測機分為機架，驅(qū)動機構(gòu)，檢測機構(gòu)，數(shù)據(jù)采集機構(gòu)，數(shù)據(jù)計算機構(gòu)及計算機模擬形狀圖象等，本設(shè)計就不介紹數(shù)據(jù)采集，計算和計算機模擬圖象信息，本設(shè)計主要介紹原木檢測機的機械結(jié)構(gòu)組成，機械工作原理，驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和動力部件選擇和校核。 本系統(tǒng)在分析各種方法的基礎(chǔ)上提出了一種全新的思路，即首先檢測原木橫截面上均勻分布的8個點，然后將這8個點的坐標值輸入計算機，利用其中的四個點進行組合后，回歸出原木的橫截面模型，實現(xiàn)原木檢測的計算機化；同時，在檢測方式上，采用了在線快速實時測量，可以提高設(shè)備的檢測效率。 第2章 原木檢測機總體設(shè)計 2.1 原木檢測機總體原理介紹 2.1.1 原木檢測機設(shè)計原理 原木檢測機床提供了一種縱向快速檢測原木外形輪廓的機械設(shè)備及工藝技術(shù)。它利用8個檢測觸頭檢測原木的截面形狀，為下一步計算機模擬識別原木整體外形提供必要的實測數(shù)據(jù)。其工作原理如下： 原木由運輸輥臺送入，啟動電機后，傳輸鏈負載原木以一定速度勻速向前運動。當原木運動到檢測框時，原木端部將檢測桿推開，檢測桿繞芯軸