枝椏材用小型切片機(jī)設(shè)計(jì)【盤式削片機(jī)】
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本科學(xué)生畢業(yè)論文
枝椏材用小型切片機(jī)設(shè)計(jì)
系部名稱： 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械08-13班
學(xué)生姓名： 宋柄臻
指導(dǎo)教師： 馬慧良
職 稱： 講師
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○一二年六月
The Graduation Thesis for Bachelor's Degree
Design of a Small-sized Branch Chipper
Candidate：Song Bingzhen
Specialty： Mechanical Design & Manfacturing and automation
Class：08-13
Supervisor：Lecturer Ma Huiliang
Heilongjiang Institute of Technology
2012-06·Harbin
畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告
設(shè) 計(jì) 題 目: 枝椏材小型切片機(jī)設(shè)計(jì)
院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí): 機(jī)械設(shè)計(jì)08-13班
學(xué) 生 姓 名: 宋柄臻
導(dǎo) 師 姓 名: 馬 慧 良
開 題 時(shí) 間: 2012年3月15日
指導(dǎo)委員會(huì)審查意見：
簽字： 年 月 日
2
1課題研究的目的和意義
1.1課題背景、目的及意義
我國是一個(gè)森林資源缺乏的國家，由于長(zhǎng)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)在國家實(shí)施天然林保護(hù)工程及幾大重點(diǎn)林區(qū)封山育林,禁伐或限制采伐天然林木。但國家經(jīng)濟(jì)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(qiáng)森林資源建設(shè)﹑經(jīng)營培育與保護(hù)；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(gè)主要途徑是將伐區(qū)剩余物中的小徑枝丫材進(jìn)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。
然而目前生產(chǎn)的削片機(jī)在伐區(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(jī)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(yùn)輸費(fèi)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(fèi)用，提高枝椏的綜合利用率，變廢為寶，近年來城市對(duì)枝丫削片機(jī)的需求量在不3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(jī)的作用更是日益突出。
為了適應(yīng)我國木材資源嚴(yán)重不足且分布不集中的特點(diǎn)，為了滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，設(shè)計(jì)了這種體積小、重量輕﹑便于運(yùn)輸、生產(chǎn)能力大且削片合格率高的枝椏材用小型切片機(jī)，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，實(shí)現(xiàn)木材的綜合利用。
1.2 選題的設(shè)計(jì)設(shè)想、設(shè)計(jì)方法和改進(jìn)
削片機(jī)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(jìn)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(yùn)企業(yè)。木片逐漸成為采運(yùn)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(jì)主要是針對(duì)國內(nèi)外削片機(jī)的性能作出改進(jìn)，并設(shè)計(jì)出一種能適應(yīng)現(xiàn)有的木材加工設(shè)備。
此次設(shè)計(jì)的主要目的是切削木片的質(zhì)量要符合規(guī)格，木片長(zhǎng)度為10-20mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)料口和出料口有了改進(jìn)，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(jī)，并計(jì)算其切削功率。對(duì)飛刀的伸出量進(jìn)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(dòng)進(jìn)行加工。
進(jìn)料槽的結(jié)構(gòu)型式有了很大改進(jìn)，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(jìn)料槽的普通盤式削片機(jī)（傾角45°～52°）是一種國內(nèi)外常用的削片機(jī)。加工小徑材、枝椏材以料長(zhǎng)在2.5 mm-3 mm及剩余物制材時(shí)效果最佳。
削片機(jī)的工作噪聲高達(dá)110dB左右。削片機(jī)降低噪聲為：加厚機(jī)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(dòng)。
2文獻(xiàn)綜述
2.1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(hào)的固定式和移動(dòng)式削片機(jī)，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。近年來，國外的削片機(jī)的研制有了進(jìn)一步發(fā)展，并研制出多種新型的削片機(jī)，主要是改善進(jìn)出料機(jī)構(gòu)，改進(jìn)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(jī)的振動(dòng)與噪聲。增加輔助進(jìn)料槽；增加進(jìn)料槽的截面積；鉸接式安裝進(jìn)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(jī)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(jī)；改進(jìn)切削機(jī)構(gòu)和進(jìn)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(jī)組和削片生產(chǎn)線。這些新型的削片機(jī)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(dòng)和減少能耗的作用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)削片機(jī)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，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(jìn)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(jī)的廠家，其中鎮(zhèn)江林機(jī)廠生產(chǎn)的削片機(jī)質(zhì)量較好。目前已有9種型號(hào)的盤式削片機(jī)，主要用于制漿﹑造紙林片加工。
目前國內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備主要有：福建林機(jī)廠生產(chǎn)BX117-4、8451機(jī)械廠生產(chǎn)的BX118-4、蘇福馬生產(chǎn)的BX116A、BX117C盤式削片機(jī)、BX1107/4盤式削片機(jī)、BX116盤式削片機(jī)、BX1108/3盤式削片機(jī)等以及極少量的BX1710B盤式削片機(jī)和BX1112盤式削片機(jī)等。由于我國是一個(gè)缺少木材的國家，所以每年都要從外國進(jìn)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(yán)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(chǎng)上需求量很大，每年日本和南韓要從國外買進(jìn)大量的木片，木片的制備顯得尤為重要。
2.2切片機(jī)原理
圖2.1木材削片機(jī)總體布置草圖
此盤式削片機(jī)主要由電機(jī)、刀盤、進(jìn)料槽、出料筒、傳動(dòng)裝置和機(jī)殼等部分組成。
刀盤套裝在主軸上，主軸由兩個(gè)裝在軸承座中的軸承支承，由電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶減速傳動(dòng)。刀盤除作為切削機(jī)構(gòu)切削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時(shí)，速度波動(dòng)不大，因此要求刀盤有較大質(zhì)量。
圖2.2原木分裂成木片
原木在削片機(jī)中受到飛刀與底刀的剪切作用，在切下一個(gè)木餅的同時(shí)，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(jìn)而分裂成木片。如（圖2.2）所示。
通過觀察和研究證明，盤式削片機(jī)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(dòng)，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，
圖2.3切削機(jī)構(gòu)示意圖
最后被切表面形成了一個(gè)折面。因此，盤式削片機(jī)的削片過程并不是過去人們認(rèn)為的那樣，原料的被切平面始終平行于刀盤平面。
在削片時(shí)，木料沿著進(jìn)料槽的移動(dòng)，主要是由于飛刀對(duì)木料的作用力在進(jìn)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(shí)間間隔內(nèi)，原木只能移動(dòng)一段很短的距離，然而實(shí)際上原木移動(dòng)的距離（即木片的長(zhǎng)度）要比靠自重移動(dòng)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(dòng)木料克服摩擦阻力向刀盤方向進(jìn)給。因此大多數(shù)盤式削片機(jī)不采用強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級(jí)較大的木料。
3基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
3.1基本內(nèi)容：
(1) 根據(jù)削片機(jī)基本技術(shù)參數(shù)，給出微型盤式削片機(jī)總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案。
(2) 對(duì)盤式削片機(jī)刀盤、進(jìn)料口、出料口、左右上蓋、主軸、皮帶傳動(dòng)等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，改進(jìn)進(jìn)料口結(jié)構(gòu)和機(jī)罩體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
3.2 擬解決問題：
(1) 根據(jù)工件的所要加工的部位及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
(2) 刀盤、主軸、軸承的設(shè)計(jì)及校核。
(3) 生產(chǎn)能力、切削力、切削功率和飛刀伸出量的計(jì)算。
(4) 總裝配圖中各零部件的安裝問題，及零件的定位問題。
(5) 降低削片機(jī)噪聲。
4技術(shù)路線或研究方法
(1) 參閱相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)資料，如削片機(jī)的設(shè)計(jì)方法等，擬確定各結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，從而能安全的實(shí)現(xiàn)木片加工的功能。
(2) 要從各種方案中選擇合適的方案，分析出各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合優(yōu)化各種 設(shè)計(jì)方案，從而確定出本次設(shè)計(jì)的盤式削片機(jī)的最后設(shè)計(jì)方案。
(3) 要完成主軸的設(shè)計(jì)與校核，刀盤的設(shè)計(jì)與校核，軸承的設(shè)計(jì)與校核，以及該盤式削片機(jī)所使用的皮帶傳動(dòng)的選擇。
(4) 完成總裝配圖，零件圖，刀盤部件圖和說明書的撰寫。
5．進(jìn)度安排
2012年03月17日～03月30日調(diào)研及收集相關(guān)資料；
2012年03月31日～04月13日方案設(shè)計(jì)、審查和確定，撰寫開題報(bào)告；
2012年04月14日～05月31日繪制圖紙和撰寫設(shè)計(jì)說明書；
2012年06月01日～06月08日提交圖紙，說明書，審圖及修改；
2012年06月09日～06月20日畢業(yè)答辯。。
6主要參考文獻(xiàn)
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枝椏材用小型切片機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
為了適應(yīng)我國木材資源嚴(yán)重不足且分布不集中的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jī)，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(jì)中，機(jī)架、左右上蓋都采用了焊接件，降低了整機(jī)的重心，有效地增強(qiáng)了整機(jī)的穩(wěn)定性；電機(jī)和軸之間通過皮帶傳動(dòng)，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(gè)圓錐滾子軸承與機(jī)架連接，防止軸產(chǎn)生較大的跳動(dòng)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(jī)最適合加工枝椏材和小徑級(jí)的原木，投資小，價(jià)格低廉且見效快，非常適合作坊式工廠和小型個(gè)體企業(yè)生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞： 削片機(jī); 盤式削片機(jī); 木片; 刀盤; 飛刀
ABSTRACT
For 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
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題背景、目的及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 2
1.3 選題的設(shè)計(jì)設(shè)想、設(shè)計(jì)方法和改進(jìn) 4
1.4 預(yù)期結(jié)果 4
第2章 盤式削片機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5
2.1盤式削片機(jī)的方案設(shè)計(jì) 5
2.2盤式削片機(jī)的總體設(shè)計(jì) 7
2.3削片原理 9
2.4本章小結(jié) 14
第3章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 15
3.各樹種單位切削力 15
3.2切削功率的計(jì)算 15
3.3電機(jī)的選擇 18
3.4飛刀伸出量的確定 19
3.5生產(chǎn)能力的確定 19
3.6 本章小結(jié) 19
第4章 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.1刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸的確定 20
4.2裝刀部分設(shè)計(jì)和底刀部分設(shè)計(jì) 21
4.3主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.3.1 軸的最小直徑計(jì)算 22
4.3.2軸承的選擇 23
4.4傳動(dòng)比計(jì)算和大、小帶輪的計(jì)算 24
4.5 進(jìn)料槽設(shè)計(jì)計(jì)算 27
4.6 本章小結(jié) 27
第5章 各部件的校核和驗(yàn)算 28
5.1軸的強(qiáng)度校核 28
5.2刀盤的校核 33
5.3 軸承的校核 36
5.4 本章小結(jié) 38
結(jié)論 39
參考文獻(xiàn) 40
致謝 41
附錄 42
第1章 緒 論
1.1 課題背景、目的及意義
我國是一個(gè)森林資源缺乏的國家，由于長(zhǎng)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(shí)施天然林保護(hù)工程及幾大重點(diǎn)林區(qū)封山育林,禁伐或限制采伐天然林木。但國家經(jīng)濟(jì)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(qiáng)森林資源建設(shè)﹑經(jīng)營培育與保護(hù)；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(gè)主要途徑是將伐區(qū)剩余物中的小徑枝椏材進(jìn)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(jī)是生產(chǎn)木片的一種專用設(shè)備，木材削片機(jī)也叫木材切片機(jī)，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(jī)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(duì)于過粗（350mm以上）過細(xì)（30mm以下）過短（250mm以下）過?。?mm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(duì)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(jī)械。
然而目前生產(chǎn)的削片機(jī)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(jī)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(yùn)輸費(fèi)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(fèi)用，提高枝椏的綜合利用率，變廢為寶，近年來城市對(duì)枝丫削片機(jī)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(jī)的作用更是日益突出。
所以針對(duì)我國林材資源嚴(yán)重不足且分布不均，為了滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，故設(shè)計(jì)一種體積小﹑重量輕﹑便于運(yùn)輸?shù)男⌒椭坎挠孟髌瑱C(jī)，以減少木材浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)木材的綜合利用。
1.2 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(hào)的固定式和移動(dòng)式削片機(jī)，固定式多用于工廠；移動(dòng)式一般用于林區(qū)山場(chǎng)。按工作部件的結(jié)構(gòu)形式分鼓式削片機(jī)和盤式削片機(jī)兩種，按進(jìn)料方式分又有斜口進(jìn)料和平口進(jìn)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(jì)70年代，北歐、北美的林業(yè)發(fā)達(dá)國家首先生產(chǎn)并使用的削片機(jī)僅裝有3～4把切刀。20世紀(jì)40年代，出現(xiàn) 6把以上切刀的多刀削片機(jī)。50年代又出現(xiàn)新型螺旋面刀盤的多刀削片機(jī)，進(jìn)一步改善了木材削片機(jī)的工作性能。近年來，國外的削片機(jī)的研制有了進(jìn)一步發(fā)展，并研制出多種新型的削片機(jī)，主要是改善進(jìn)出料機(jī)構(gòu)，改進(jìn)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(jī)的振動(dòng)與噪聲。增加輔助進(jìn)料槽；增加進(jìn)料槽的截面積；鉸接式安裝進(jìn)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(jī)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(jī)；改進(jìn)切削機(jī)構(gòu)和進(jìn)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(jī)組和削片生產(chǎn)線。這些新型的削片機(jī)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(dòng)和減少能耗的作用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
國內(nèi)削片機(jī)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(jī)械研究所于70年代研制成移動(dòng)式聯(lián)合削片機(jī)，能同時(shí)完成削片、木片篩選和將合格木片風(fēng)送到裝料倉或運(yùn)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(jìn)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(jī)的廠家，其中鎮(zhèn)江林機(jī)廠生產(chǎn)的削片機(jī)質(zhì)量較好。目前已有9種型號(hào)的盤式削片機(jī)，主要用于制漿﹑造紙林片加工。
盤式削片機(jī)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(bǔ)償長(zhǎng)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(jìn)入再碎機(jī)粉碎。該機(jī)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(jī)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(zhǎng)度一致，切削木片合格率可達(dá)97%左右。 發(fā)展趨勢(shì) 世界各國木材削片機(jī)的制造現(xiàn)都注意于改進(jìn)切削機(jī)構(gòu)、刀片的質(zhì)量和裝卡方法，以減少刃磨和換卡時(shí)間。世界性森林資源的減少促進(jìn)了伐區(qū)移動(dòng)式削片機(jī)的發(fā)展；而伐區(qū)聯(lián)合削片機(jī)和全樹削片聯(lián)合機(jī)的采用，將使經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)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(jī)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(zhǎng)度 15-25 mm
生產(chǎn)能力 10 km3/h
電機(jī) 30 kw
單位動(dòng)力匹配 9 kwh/m3
2) BX118-4,8451機(jī)械廠生產(chǎn),主要技術(shù)性能如下：
刀盤直徑 750 mm
進(jìn)料口尺寸 160 mm × 170 mm
飛刀數(shù)量 4把
木片長(zhǎng)度 15-25 mm
生產(chǎn)能力 4-6 km3/h
電機(jī) 37 kw
單位動(dòng)力匹配 6.2-9.3 kwh/m3
3) 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(zhǎng)度 15-25 mm
生產(chǎn)能力 2-3 km3/h
電機(jī) 22 kw
此外還有以下幾種型號(hào)：（1）BX117C盤式削片機(jī);(2) BX1107/4盤式削片機(jī);(3) BX116盤式削片機(jī);(4) BX1108/3盤式削片機(jī)等以及極少量的BX1710B盤式削片機(jī)和BX1112盤式削片機(jī)等。目前，盤式切片機(jī)在我國造紙行業(yè)中占有著非常重要的地位，然而我國對(duì)現(xiàn)在多數(shù)的盤式削片機(jī)都存在效率低和木片合格率差等缺點(diǎn)。由于我國是一個(gè)缺少木材的國家，所以每年都要從外國進(jìn)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(yán)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(chǎng)上需求量很大，每年日本和南韓要從國外買進(jìn)大量的木片，木片的制備顯得尤為重要。
1.3 選題的設(shè)計(jì)設(shè)想、設(shè)計(jì)方法和改進(jìn)
削片機(jī)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(jìn)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(yùn)企業(yè)。木片逐漸成為采運(yùn)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(jì)主要是針對(duì)國內(nèi)外削片機(jī)的性能作出改進(jìn)，并設(shè)計(jì)出一種能適應(yīng)現(xiàn)有的木材加工設(shè)備。
此次設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一臺(tái)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(jī)。切削木片的質(zhì)量要符合規(guī)格，木片長(zhǎng)度為10-20mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)料口和出料口有了改進(jìn)，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(jī)，并計(jì)算其切削功率。對(duì)飛刀的伸出量進(jìn)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(dòng)進(jìn)行加工。具體設(shè)計(jì)見第2-4章。
進(jìn)料槽的結(jié)構(gòu)型式有了很大改進(jìn)，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(jìn)料槽的普通盤式削片機(jī)（傾角45°～52°）是一種國內(nèi)外常用的削片機(jī)。加工小徑材、枝椏材以料長(zhǎng)在2.5 mm-3 mm及剩余物制材時(shí)效果最佳。
削片機(jī)的工作噪聲高達(dá)110dB左右。削片機(jī)降低噪聲為：加厚機(jī)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(dòng)。
1.4 預(yù)期結(jié)果
為適應(yīng)造紙、纖維板、刨花板行業(yè)對(duì)木片長(zhǎng)度的不同要求，木片長(zhǎng)度可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。此削片機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊合理，操作簡(jiǎn)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。
第2章 盤式削片機(jī)的方案設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)
2.1 盤式削片機(jī)的方案設(shè)計(jì)
根據(jù)此次木材削片機(jī)的技術(shù)要求，應(yīng)用功能設(shè)計(jì)法,對(duì)木材削片機(jī)的功能進(jìn)行分解，并建立了木材削片機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣，以確定此次削片機(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)各分功能—進(jìn)行組合尋求原理方案解—評(píng)價(jià)與決策”。
a建立木材削片機(jī)黑箱
木材削片機(jī)的設(shè)計(jì)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(zhǎng)短，薄厚均勻，木片規(guī)格一般為:長(zhǎng)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。
圖2.1 木材削片機(jī)黑箱表示
b木材削片機(jī)功能分解
由于一般機(jī)器都是由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)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(dòng)機(jī) → 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) → 控制操作 → 執(zhí)行機(jī)構(gòu)”。
并且以上這些機(jī)構(gòu)都裝在支撐件上,木材削片機(jī)功能的分解依據(jù)所設(shè)計(jì)的技術(shù)系統(tǒng)過程。
木材削片機(jī)的功能是完成伐區(qū)枝丫材削片，其功能可分解為：進(jìn)料、切削、能量轉(zhuǎn)換、信號(hào)控制以及傳動(dòng)方式以及行走方式等幾個(gè)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(dá)有：
圖2.2 木材削片機(jī)功能樹
c功能元求解
經(jīng)查閱文獻(xiàn)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:
圖2.3 木材削片機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣
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(jì)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(shí)解”。在對(duì)實(shí)解的評(píng)價(jià)分析中，我通過模糊評(píng)價(jià)法最終確定了下面的設(shè)計(jì)方案:
A3 — B2 — C1 — D1— E1 — F1 — G2
電動(dòng)機(jī)—帶傳動(dòng)—自重進(jìn)料—上出料—固定式刀—回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)—其他動(dòng)力牽引
2.2盤式削片機(jī)的總體設(shè)計(jì)
根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)的結(jié)果,繪制削片機(jī)總體布置草圖如下:
圖2.4木材削片機(jī)總體布置草圖
此盤式削片機(jī)主要由電機(jī)、刀盤、進(jìn)料槽、出料筒、傳動(dòng)裝置和機(jī)殼等部分組成。
刀盤套裝在主軸上，主軸由兩個(gè)裝在軸承座中的軸承支承，由電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶減速傳動(dòng)。刀盤除作為切削機(jī)構(gòu)切削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時(shí)，速度波動(dòng)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(hào)鑄鋼；當(dāng)切削速度大于50 m/s時(shí)采用A4、A5鍛鋼。鑄鋼件須退火處理，鍛鋼件須正火處理；粗加工后進(jìn)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(jī)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(duì)刀盤半徑沿轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jī)構(gòu)示意圖
盤式削片機(jī)是由安裝在刀盤上的飛刀和安裝在進(jìn)料槽上的底刀和旁底刀形成剪切機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)的精度和刀盤直徑的大小等因素。
由于削片時(shí)原料尾端在進(jìn)料槽中抬起，為獲得要求的木片長(zhǎng)度，實(shí)際裝刀高度應(yīng)比計(jì)算值小2 mm左右。
削片機(jī)的進(jìn)料槽與刀盤成一定的安裝角度，因?yàn)榈侗P與進(jìn)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(jī)的動(dòng)力消耗有一定關(guān)系。此削片機(jī)的喂料槽是傾斜安裝的，稱為斜喂料。考慮到制造方便，此喂料槽的橫截面為方槽形，其截面積的大小及形狀實(shí)際上取決于該削片機(jī)所切削的原木的最大直徑。
盤式削片機(jī)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(gè)～８?jìng)€(gè)葉片，它在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣流，把削出的木片沿機(jī)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(shí)，木片的拋出高度可達(dá)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(jī)中受到飛刀與底刀的剪切作用，在切下一個(gè)木餅的同時(shí)，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(jìn)而分裂成木片。如（圖2.6）所示:
圖2.6原木分裂成木片
通過觀察和研究證明，盤式削片機(jī)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(dòng)，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(gè)折面。因此，盤式削片機(jī)的削片過程并不是過去人們認(rèn)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(shí)，木料沿著進(jìn)料槽的移動(dòng)，主要是由于飛刀對(duì)木料的作用力在進(jìn)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(shí)間間隔內(nèi)，原木只能移動(dòng)一段很短的距離，然而實(shí)際上原木移動(dòng)的距離（即木片的長(zhǎng)度）要比靠自重移動(dòng)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(dòng)木料克服摩擦阻力向刀盤方向進(jìn)給。因此大多數(shù)盤式削片機(jī)不采用強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級(jí)較大的木料。
b削片機(jī)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(diǎn)，Y-O-X為過刀刃上O點(diǎn)且垂直O(jiān)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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α2──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)
圖2.7削片機(jī)喂料槽與刀盤之間的幾何關(guān)系圖
對(duì)于斜喂料槽削片機(jī)一般只給出投入角ε和投木偏角α2來表示削片機(jī)的特征。而實(shí)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(gè)三角關(guān)系可以從圖2.7求得。
根據(jù)每個(gè)角度的定義從圖2.7可以得出：
由后二式相乘并代入前式即得：
有時(shí)，投入角ε可以用另一種形式表示，這時(shí)引進(jìn)另一角度——虎口角α1
虎口角α1——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：
如上圖所示，O B’ B D為刀盤平面，AO為進(jìn)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(zhǎng)度l為：
(2.1)
即 (2.2)
式中：h——飛刀伸出量；
由于削片時(shí)原料尾端在進(jìn)料槽中抬起，為獲得要求的木片長(zhǎng)度，實(shí)際裝刀高度應(yīng)比計(jì)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)方向?yàn)棰瘢?
圖2.8 原木的切削方向
圖2.9 切削時(shí)原木位移量的計(jì)算
圖2.10 飛刀作用在原木上的力
原木的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)棰?，刀?duì)原木的切削方向?yàn)棰?，飛刀的運(yùn)動(dòng)方向Ⅰ與刀對(duì)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(shí)，原木沿著喂料槽軸向被牽引的距離i:
(2.3)
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)
(2.5)
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(jī)的幾何參數(shù)，此外還取決于原木的物理機(jī)械性質(zhì)。從圖2.10可知當(dāng)飛刀沿著切削面切入原木時(shí)，原木受到飛刀的作用力P作用，它由二個(gè)分力組成: P1是垂直于刀的后面的作用力，P2是垂直于刀的前面的作用力。P1不參與木片的分裂，只有P2才使木餅沿纖維方向撕裂。
P2又可分解成二個(gè)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，P3隨P2增加到一定限度時(shí)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(shí)，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(gè)直角三角形相似，那么
(2.6)
因此，木片的厚度t=ob有:
(2.7)
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(jì)算：
P3=l×e×t (2.8)
式中 l ——木片長(zhǎng)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(qiáng)度來計(jì)算：
P2= oa×e×σ (2.9)
式中 σ ——垂直于刀的前面劑壓木餅的強(qiáng)度系數(shù)
把P3、P2的值代回原式，可得出木片厚度t
(2.10)
從上式可以看出，對(duì)于一定幾何參數(shù)的削片機(jī)，木片的厚度隨木片的長(zhǎng)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(zhǎng)度和木材的物理機(jī)械性能等因素，還與進(jìn)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(shí)，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(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，普通盤式削片機(jī)的組成和組裝。木片的長(zhǎng)度和厚度計(jì)算，排料方式的選擇為上出料，木料被飛刀牽引向前進(jìn)給的速度計(jì)算。
第3章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算
3.1 各樹種單位切削力
鑒于對(duì)同一削片機(jī)，不同種木材的機(jī)械物理性質(zhì)不同,在切削時(shí)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(jì)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(jì)算
由文獻(xiàn)[4]可知計(jì)算公式
kw （3.1）
圖3.1飛刀對(duì)木材的作用
如圖3.1所示：圖中表示削片時(shí)飛刀對(duì)木材的總切削力。刀盤對(duì)木材的支承力降低了后刀面對(duì)木材的支承力，互相影響，所以也包括在總作用力中?？傋饔昧Ψ纸鉃榍邢蚍至胺ㄏ蚍至?。在切削過程中，隨木片的變化而變化，其短時(shí)平均值為。與寬度成正比，有：
式中： ——切削寬度，m；
——單位寬度平均切向阻力，N/m?？赏ㄟ^試驗(yàn)測(cè)得，據(jù)表2知：對(duì)群眾楊，約N/mm。
（3.2）
式中： ——木片纖維長(zhǎng)度(m)；
——木材順纖維抗剪強(qiáng)度，N/m2；
——有法向正壓力時(shí)，木材順紋剪切附加阻力系數(shù)；
、、——飛刀安裝后角、飛刀楔角、進(jìn)料槽傾斜角；
、、——木材前刀面、后刀面、進(jìn)料槽壁摩擦角。
圖3.2 進(jìn)料槽的傾斜角
當(dāng)時(shí)，
(3.3)
一把飛刀一次切削功耗為：
(3.4)
式中：——切口面積，(m2)。 ， ——木料橫斷面積，m2)
如果進(jìn)料槽在通過主軸線的兩個(gè)相互垂直平面內(nèi)的投影傾斜角分別為和（如3.2圖所示），則由下式確定：
(3.5)
切削功率為
(3.6)
式中：——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；
——飛刀數(shù)。
對(duì)于原木有：
(3.7)
式中：——原木直徑，m 。
考慮木材徑級(jí)不同大小不一時(shí)，可經(jīng)計(jì)算取其平均直徑 (m)
式中：——各徑級(jí)木材直徑，(m)；
——各徑級(jí)木材長(zhǎng)度占總木材數(shù)的比例。
考慮木段之間的空隙時(shí)間應(yīng)增加一個(gè)切削連續(xù)性系數(shù)，則切削功率為：
(3.8)
值由下式確定： (3.9)
式中：——每段木材切削時(shí)間，s ；
——相鄰木段之間的間隙時(shí)間，s 。
對(duì)于松木：N/mm
當(dāng) 時(shí)，有：
kw
3.3 電機(jī)的選擇
削片機(jī)所需電機(jī)功率為
Pd (3.10)
式中：Pd——削片機(jī)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率；
Pc——削片機(jī)需要的輸入功率；
η——電動(dòng)機(jī)到切削機(jī)構(gòu)間傳動(dòng)裝置的總效率；
總效率η為：
η=η1 η2
η1——帶傳動(dòng)效率；
η2——軸承傳動(dòng)效率；
則 η=0.96 0.98=0.94
Pd= 5.39 kw
因此選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)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/min
n===800r/min
各軸的輸入功率 P=P=5.5kw
P= Pη=
各軸轉(zhuǎn)矩
計(jì)算電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩
=
I軸
II軸
3.4飛刀伸出量的確定
由2.3盤式削片機(jī)削片原理分析知
(3.11)
mm ，，，則mm
3.5生產(chǎn)能力的確定
非強(qiáng)制進(jìn)料的盤式削片機(jī)的生產(chǎn)能力(實(shí)積m3/h)為
（3.12）
式中： ——設(shè)備時(shí)間利用系數(shù)，?。?
——工作時(shí)間利用系數(shù)，取；
——原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆枝椏材取，其他原料取1；
——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；
——飛刀數(shù)量；
——木片平均長(zhǎng)度，mm；
——原料的斷面積，mm2；
則 (km3/h)
3.6本章小結(jié)
本章主要介紹了盤式削片機(jī)的各個(gè)參數(shù)確定，包括生產(chǎn)能力，切削功率，電機(jī)，切削力，飛刀伸出量的確定。
第4章 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸的確定
圖4.1 刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
如圖4.1所示，將刀盤看作實(shí)心圓盤，根據(jù)文獻(xiàn)[15]計(jì)算公式，計(jì)算刀盤應(yīng)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
(4.1)
式中： ——刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的盈虧功;
取 (P為切削功率)
——刀盤的角速度,；
——速度不均勻系數(shù)，；
則 kgm-2
刀盤直徑為460mm 。
由文獻(xiàn)[5] (4.2)
得： kg
即刀盤重量為77.8kg
由文獻(xiàn)[7] (4.3)
式中：——飛輪材料的比重
——飛輪的寬度
得： m
取 mm
為防止輪緣破裂，驗(yàn)證輪緣的圓周速度
m/s
鋼制飛輪的最大圓周速度：60m/s
故刀盤強(qiáng)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(jì)的，飛刀經(jīng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。由于少刀盤式削片機(jī)屬于間歇運(yùn)動(dòng)，故實(shí)際消耗功率是變化的，因此，將刀盤看作飛輪設(shè)計(jì)，以便在驅(qū)動(dòng)力的功超過切削阻力的功時(shí)，將多余的能量貯藏起來，使動(dòng)能增大時(shí)，速率增加不太大；反之，當(dāng)切削阻力的功超過驅(qū)動(dòng)力的功時(shí)，把多余的能量釋放出來，使動(dòng)能減少時(shí)，速率降低不至于太大。刀盤的作用就是使刀盤的速率波動(dòng)不至于太大。
4.2裝刀部分設(shè)計(jì)和底刀部分設(shè)計(jì)
裝刀是首先用螺栓在試刀架上達(dá)到定位要求長(zhǎng)度時(shí)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(zhǎng)度是通過飛刀的伸出量來調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)的調(diào)整機(jī)構(gòu)是通過安刀架、定位塊間長(zhǎng)度而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(dòng)的，２把飛刀同時(shí)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。
1.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(jì)
4.3.1 軸的最小直徑計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[1]實(shí)心圓軸公式，其切應(yīng)力 MPa (4.4)
圖4.3 主軸結(jié)構(gòu)
寫成設(shè)計(jì)公式，軸的最小直徑
mm (4.5)
上兩式中： ——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
——軸傳遞的功率，KW；
——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
——許用切應(yīng)力，MPa；
——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表4.1查得。
對(duì)于受彎矩較大的軸宜取較小的值。當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑：?jiǎn)捂I增大，雙鍵增大。
表4.1軸強(qiáng)度計(jì)算公式中的系數(shù)
軸的材料
Q235,20
Q255,Q275,35
45
40Cr,38SiMnMo
τ/MPa
12
15
20
25
30
35
40
45
52
C
160
148
135
125
118
112
106
102
98
軸的最小直徑為
mm
參照文獻(xiàn)[14]主軸的設(shè)計(jì)，考慮到各部件間的關(guān)系，設(shè)計(jì)該軸的結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。
為了使軸的強(qiáng)度足夠，選mm。
4.3.2軸承的選擇
兩個(gè)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(shí)由于木材對(duì)刀盤有沖擊作用，以及切削分力，都使得刀盤受到一個(gè)軸向力，同時(shí)考慮到軸的軸向位置要求準(zhǔn)確，從而保證飛刀與底刀的間隙，故選用一對(duì)圓錐滾子軸承(GB/T297-93),軸承型號(hào)30210，d=50 mm，mm，寬度mm，其徑向承載能力大，滿足設(shè)計(jì)要求。
密封裝置采用毛氈式。
潤滑采用脂潤滑。
4.4傳動(dòng)比計(jì)算和大、小帶輪的計(jì)算
傳動(dòng)比
因?yàn)橄髌瑫r(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，且運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平穩(wěn)，故選用帶傳動(dòng)。
兩軸平行，回轉(zhuǎn)方向相同，傳動(dòng)比較小，速度m/s，選用開口傳動(dòng)。
帶傳動(dòng)是具有中間撓性件的一種傳動(dòng)，所以：1）能緩和載荷沖擊；2）運(yùn)行平穩(wěn)，無噪聲；3）制造和安裝精度不象嚙合傳動(dòng)那么嚴(yán)格；4）過載時(shí)，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(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件（可達(dá)15m）。
帶傳動(dòng)的特點(diǎn)很適合這臺(tái)削片機(jī)的要求，故帶傳動(dòng)是很好的選擇。
由知
定帶型號(hào)和帶輪直徑
工作情況系數(shù)
計(jì)算功率 kw (4.6)
選帶型號(hào) 根據(jù)kw，n=1920r/min 查文獻(xiàn)8-12此坐標(biāo)位于B型處
固選普通型
小帶輪直徑 取mm
大帶輪直徑
mm （設(shè)） (4.7)
計(jì)算帶長(zhǎng)
求
=252.5mm
求
=102.5mm
初取中心距 mm
帶長(zhǎng) mm (4.8)
求中心距和包角
中心距
mm (4.9)
小輪包角
(4.10)
求帶根數(shù)
帶速 m/s (4.11)
帶速在5～25m/s范圍內(nèi)，合適
傳動(dòng)比
帶根數(shù) kw，，
，kw
(4.12)
取=3根
求軸上載荷
張緊力
N (4.13)
軸上載荷
N (4.14)
帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪材料 由于m/s<25 m/s 選灰鑄鐵 HT200鑄造
結(jié)構(gòu)形狀 鑄造大、小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖4.4所式：
下面介紹一下灰口鑄鐵的特點(diǎn)：
灰口鑄鐵的拉伸強(qiáng)度和塑性很低，這是由于片狀石墨對(duì)基體嚴(yán)重割裂作用造成的。石墨片相當(dāng)于在剛基體上形成的許多裂紋和空洞。受拉應(yīng)力作用時(shí)，裂紋尖端的曲率半徑愈小以及石墨片長(zhǎng)度愈大，則在裂紋尖端處引起的應(yīng)力力愈大，拉伸度降低的就也
圖4.4 帶輪結(jié)構(gòu)
愈多。受壓應(yīng)力時(shí)，因石墨片不引起大的局部應(yīng)力，因而對(duì)壓縮強(qiáng)度影響不大。變質(zhì)處理后，由于石墨片細(xì)化，石墨對(duì)基體的割裂減小，使鑄鐵的強(qiáng)度提高，但對(duì)塑性無明顯改善?；铱阼T鐵有良好的消震性。鑄鐵中的石墨對(duì)振動(dòng)的傳播起削弱作用，尤其當(dāng)石墨為片狀的時(shí)候，這是灰口鑄鐵的突出優(yōu)點(diǎn)之一。對(duì)于一般鑄鐵，在有潤滑的條件下，含有石墨的鑄鐵是很好的耐磨材料。石墨本身有良好的潤滑作用和減摩性；尤其是石墨周圍的孔隙中可以儲(chǔ)存潤滑劑，使摩擦面積始終保持良好的潤滑條件。鑄鐵成分一般控制在共晶成分附近，因此流動(dòng)性能好，熔點(diǎn)比鋼低得多，易于制造薄壁復(fù)雜形狀的零件。鑄鐵凝固時(shí)由于析出了石墨，體積膨脹，減少了鑄件的凝固收縮。體積減小可減小鑄件的內(nèi)應(yīng)力避免變形和開裂，同時(shí)可大大減少補(bǔ)縮用的冒口，簡(jiǎn)化鑄造工藝，容易得到質(zhì)量可靠的鑄件。
由于鑄鐵有上述優(yōu)點(diǎn)，很適合大、小帶輪的制造材料，故選用HT200來鑄造。
4.5 進(jìn)料槽的設(shè)計(jì)計(jì)算
進(jìn)料槽的尺寸根據(jù)刀盤的直徑確定，方形進(jìn)料槽的寬度一般為倍的刀盤直徑，其長(zhǎng)度取決于原料的長(zhǎng)短。
mm
mm
由于本次設(shè)計(jì)的削片機(jī)主要是切削成捆的枝椏材，故設(shè)計(jì)進(jìn)料槽的尺寸為100mm135mm350mm，進(jìn)料槽的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，方便自由進(jìn)料。只要把成捆的原料扔進(jìn)進(jìn)料槽，便可實(shí)現(xiàn)自由進(jìn)料。
4.6 本章小結(jié)
本章主要介紹了刀盤的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定，裝刀和底刀的部分設(shè)計(jì)，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)比和大、小帶輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算，進(jìn)料槽和出料口的設(shè)計(jì)計(jì)算。
第5章 各部件的校核和驗(yàn)算
5.1軸的強(qiáng)度校核
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ為軸的四個(gè)截面
圖5.1 軸結(jié)構(gòu)圖
計(jì)算支承反力
水平面受力分析見圖5.2
水平支反力
N
N
圖5.2 水平面受力圖
垂直面受力分析見圖5.3
垂直面反力
N
N
圖5.3 垂直面受力圖
畫軸彎矩圖
水平面彎矩分析見圖5.4
圖5.4 水平面彎矩圖
垂直面彎矩分析見圖5.5
圖5.5 垂直面彎矩圖
合成彎矩分析見圖5.6
畫軸轉(zhuǎn)矩圖
軸受轉(zhuǎn)矩 Nmm
圖5.6 合成彎矩圖
轉(zhuǎn)矩分析見圖5.7
圖5.7 轉(zhuǎn)矩圖
許用應(yīng)力 用文獻(xiàn)[14]查得： MPa
許用應(yīng)力值 MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
畫當(dāng)量彎矩圖
當(dāng)量彎矩
Nmm
當(dāng)量彎矩
Nmm (5.1)
Nmm (5.2)
當(dāng)量彎矩分析見圖5.8
圖5.8 當(dāng)量彎矩圖
校核軸徑
設(shè)計(jì)的最小直徑 mm
軸徑
mm (5.3)
mm (5.4)
mm
判斷危險(xiǎn)截面
初步分析、、、四個(gè)截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，下面以截面為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，MPa，MPa
對(duì)稱循環(huán)疲勞極限
MPa
MPa
脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限
MPa
MPa
等效系數(shù)
截面上的應(yīng)力
彎矩
Nmm
彎曲應(yīng)力幅
MPa
彎曲平均應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
MPa
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力
MPa
應(yīng)力集中系數(shù)
有效應(yīng)力集中系數(shù)
因在此截面處，有軸直徑變化，過度圓角半徑mm ，由，和MPa，經(jīng)文獻(xiàn)[1]查得，。
如果一個(gè)截面上有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，則分別求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從而取最大值。
表面狀態(tài)系數(shù)
由文獻(xiàn)[5]查得μm, σB=650MPa)
由文獻(xiàn)[5]查得
安全系數(shù)
彎曲安全系數(shù)
(5.5)
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)
(5.6)
復(fù)合安全系數(shù)
(5.7)
以上分析說明，軸是完全符合要求的。
5.2刀盤的校核
按照文獻(xiàn)[12]中有孔圓盤公式計(jì)算切向和徑向應(yīng)力值
切向應(yīng)力：
(5.8)
式中：
——材料密度；
——刀盤角速度，S-1；
——內(nèi)孔直徑，mm；
——刀盤直徑，mm；
——變量半徑；
——系數(shù)，。
在處，達(dá)到最大值
(5.9)
MN/m2
徑向應(yīng)力
(5.10)
在處，達(dá)到最大值
MN/m2
由離心力牽引起的在刀盤上被刀槽削弱處斷裂的應(yīng)力作用在斷面上的離心力：
(5.11)
式中：
——刀盤重量，kg；
——刀盤旋轉(zhuǎn)軸線至半個(gè)刀盤的質(zhì)量中心的距離，mm；
mm
——刀盤旋轉(zhuǎn)角速度，S-1。
離心力
N
在斷面上的應(yīng)力：
(5.12)
式中：
——斷面上的總面積；
m2
kg/m2
安全系數(shù)：
刀盤連接處，由切應(yīng)力引起的剪應(yīng)力計(jì)算
近似計(jì)算公式：
(5.13)
式中：
——剪應(yīng)力，kg/cm2；
——?jiǎng)虞d荷系數(shù)，取
——最大切削力
有兩把刀工作時(shí)， kg
，——相鄰兩刀槽之間的斷面與的面積；
cm2
cm2
剪應(yīng)力
kg/cm2
扭轉(zhuǎn)力矩所引起的平均剪應(yīng)力的計(jì)算
在斷面處，計(jì)算平均剪應(yīng)力公式：
(5.14)
式中：
——平均剪應(yīng)力；
——電機(jī)瞬時(shí)過載系數(shù)，；
——削片機(jī)主軸由電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)的力矩
Nmm
——連接處的最小半徑，mm
——所有連接處總的斷面積
mm2
平均剪應(yīng)力
(kg/cm2) (5.15)
故刀盤強(qiáng)度符合要求。
5.3 軸承的校核
軸承選取為30210型圓錐滾子軸承，經(jīng)文獻(xiàn)[1]查手冊(cè)，軸承主要性能參數(shù)如下：N，N，r/min（脂潤滑），，，，計(jì)算步驟及結(jié)果如下：
壽命計(jì)算
附加軸向力
N (5.16)
N (5.17)
軸承軸向力
因，軸承2被壓緊，故
N
N
X、Y值
查文獻(xiàn)[1] ，
，
沖擊載荷系數(shù)
考慮中等沖擊，經(jīng)文獻(xiàn)[1]查
當(dāng)量動(dòng)載荷
N (5.18)
N (5.19)
軸承壽命
因，只計(jì)算軸承壽命
h105h (5.20)
靜載荷計(jì)算
，
查文獻(xiàn)[14]得 ，
當(dāng)量靜載荷
N
N
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