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【JX345】枝桠材用小型切片机设计[KT+FY][3A0]
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【JX345】枝桠材用小型切片机设计[KT+FY][3A0],jx345,枝桠,小型,切片机,设计,kt,fy,a0
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本科学生毕业论文 枝桠材用小型切片机设计 系部名称： 机电工程学院 专业班级： 机械 08 学生姓名： 宋柄臻 指导教师： 马慧良 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院 二 一二 年六月 s of a 08a 012 毕业设计开题报告 设 计 题 目 : 枝桠 材小型切片机设计 院 系 名 称 : 机电工程学院 专 业 班 级 : 机械设计 08 学 生 姓 名 : 宋柄臻 导 师 姓 名 : 马 慧 良 开 题 时 间 : 2012 年 3 月 15 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 1 课题研究的目的和意义 题背景、目的及意义 我国是一个森林资源缺乏的国家，由于长期的过量采伐 ,使得原本就有限的可采森林资源急剧减少 ,尤其现在国家实施天然林保护工程及几大重点林区封山育林 ,禁伐或限制采伐天然林木。但国家经济建设与人民生活仍需大量的木材和木制品，使得木材供需矛盾成为当前林业所面临的主要问题。要解决好这一矛盾，一方面要加强森林资源建设经营培育与保护；另一方面通过合理有效利用森、林资源，搞好木材综合利用，提高木材的利用率，最大限度地发挥可利用木材资源 的作用，从而缓解木材供需矛盾。 利用伐区剩余物的一个主要途径是将伐区剩余物中的小径枝丫材进行削片加工，如此不仅可以提高森林资源利用率，还能改善林地卫生状况，防止发生森林病虫害等，加工后的削片可用作制浆造纸和生产人造板材料。 然而目前生产的削片机在伐区的削片作业常受到条件和环境的限制，因此开发适于伐区作业的小型削片机显得迫切需要。再有，过去城市树木修剪所产生的枝桠，基本上都作为废弃物处理，并要支出不少运输费用。随着城市绿化的迅速发展，枝桠量越来越大，为减少消纳枝桠废弃物的费用，提高枝桠的综合利用率，变废为宝 ，近年来城市对枝丫削片机的需求量在不 3 断上升；在山区，随着林果业的迅速发展，抚育量大幅增加，枝桠削片机的作用更是日益突出。 为了适应我国木材资源严重不足且分布不集中的特点，为了满足实际生产的需求，设计了这种体积小、重量轻便于运输、生产能力大且削片合格率高的枝桠材用小型切片机，来满足林区小型工厂的生产或木材家具厂的碎料加工，以节约木材资源，实现木材的综合利用。 题的设计设想、设计方法和改进 削片机是人造板、造纸行业中最基本的设备，用以制备工艺木片。自 40 年代以来，随着森林资源的日益减少和伐区剩余物 利用水平的不断提高，以及全树采伐利用新工艺的出现，工艺木片的原料已从利用原木转向更多地利用枝桠材、小径木、加工剩余物、劣质材或进行全树削片。工艺木片的生产也逐渐从制浆造纸、人造板企业转向伐区、森林采运企业。木片逐渐成为采运企业的一种重要输出商品形态，并形成木片产业。此次设计主要是针对国内外削片机的性能作出改进，并设计出一种能适应现有的木材加工设备。 此次设计的主要目的是切削木片的质量要符合规格，木片长度为 10据设计要求，进料口和出料口有了改进，刀盘加叶片保证削片的输送。确定了生产能力后选择电机 ，并计算其切削功率。对飞刀的伸出量进行了精确的调整，保证削片的质量。选用圆锥滚子轴承和主轴配合，利用皮带传动进行加工。 进料槽的结构型式有了很大改进，以使其能适应各种规格原料削片，并可提高生产率和木片质量。 带有倾斜进料槽的普通盘式削片机（倾角 45 52）是一种国内外常用的削片机。加工小径材、枝桠材以料长在 2.5 剩余物制材时效果最佳。 削片机的工作噪声高达 110右。削片机降低噪声为：加厚机罩（刀罩）体的厚度，以提高隔声效果；缩短主轴二轴承的间距，提高主轴刚度，减小振动。 2 文献综述 内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 几十年来，随着木片产业的发展，国内外已研制和生产了上百种型号的固定式和移动式削片机，其结构和性能已日趋完善 ， 在生产中发挥着重要作用 。 近年来 ， 国外的削片机的研制有了进一步发展，并研制出多种新型的削片机 ， 主要是改善进出料机构，改进飞刀 底刀结构及飞刀的装夹方式，增设控制木片质量的分离装置，降低削片机的振动与噪声 。增加辅助进料槽；增加进料槽的截面积；铰接式安装进料槽；侧面出料（木片）；减少飞刀尺寸和角度，并装刀多刀化；飞刀夹装在刀盘上，并呈螺旋线安装 ；刀盘悬臂式装配；降低削片机噪声；增设第二底刀及其多刃化；可调节生产率的削片机；改进切削机构和进给方式以及适应不同原料的削片的专用、通用、以及削片机组和削片生产线。 这些新型的削片机起到了提高生产率和木片质量 木片合格率以及降低噪声振动和减少能耗的作用，获得了巨大的经济效益。国内削片机的研制工作始于 60 年代， 70 年代中期开始研究伐区木片生产工艺与设备， 80 年代初，国家设立了“伐区枝丫木片生产设备及工艺的研究”攻关课题，进行了系统研究，取得了可喜的成果。自90 年代木片生产得到了较大的发展。目前，国内已有 30 多 家生产削片机的厂家，其中镇江林机厂生产的削片机质量较好。目前已有 9 种型号的盘式削片机，主要用于制浆造纸林片加工。 目前 国内现有的设备 主要有 ： 福建林机厂生产 8451 机械厂生产 的 苏福马生产 的 式削片机 、 盘式削片机 、式削片机 、 盘式削片机 等以及 极少量的 式削片机和 式削片机等。 由于 我国是一个缺少木材的国家， 所以 每年都要从外国进口许多木材，尤其是近几年，随着木材工业和家具业在我国的迅猛发展 ，木材资源的缺乏日益严重，满足不了木材需求量。木片是造纸、生产人造板的原材料，在国际市场上需求量很大，每年日本和南韩要从国外买进大量的木片，木片的制备显得尤为重要。 片机原理 图 材削片机总体布置草图 此 盘式削片机主要由 电机 、刀盘、进料槽、 出料筒 、传动装置和机壳等部分组成。 刀盘套装在主轴上，主轴由两个装在轴承座中的轴承支承，由电动机通过 三角 皮带 减速 传动。刀盘除作为切削机构切削 木料外，还起飞轮作用，使飞刀在间断切削时，速度波动不大，因此要求刀盘有较大质量。 图 木分裂成木片 原木在削片机中受到飞刀与底刀的剪切作用，在切下一个木饼的同时，由于木饼受到飞刀给予的沿纤维方向的挤压力，圆饼受剪而被分裂成木块，进而分裂成木片。如（图 示。 通过观察和研究证明，盘式削片机在削片过程中，木料的被切削面紧贴在飞刀的后面，并沿着飞刀后面滑动，直到与刀盘平面相遇。当木料的上端与刀盘表面接触后，被切平面则由斜面变成平行于刀盘表面的直面， 图 削机构示意图 最后被切表面形成了一个折面。因此，盘式削片机的削片过程并不是过去人们认为的那样，原料的被切平面始终平行于刀盘平面。 在削片时，木料沿着进料槽的移动，主要是由于飞刀对木料的作用力在进给方向的分力（牵引力）的作用而致。理论上可以证明：若原木靠自重移向刀盘，那么在相邻两把飞刀切削原木的时间间隔内，原木只能移动一段很短的距离， 然而实际上原木移动的距离（即木片的长度）要比靠自重移动的距离大得多。很显然原木在切削过程中除了受重力作用外，还受到飞刀给予原木 的作用力，飞刀把原木拉向刀盘的作用力称为 牵引力 。 牵引力的大小虽与木料的树种、含水率等因素有关，但其大小足以带动木料克服摩擦阻力向刀盘方向进给。因此大多数盘式削片机不采用强制进给机构，并且适宜加工厚度和径级较大的木料。 3 基本内容、拟解决的主要问题 本内容： (1) 根据削片机基本技术参数，给出微型盘式削片机总体结构初步设计方案。 (2) 对盘式削片机刀盘、进料口、出料口、左右上盖、主轴、皮带传动等关键结构进行分析，改进进料口结构和机罩体结构的设计。 解决问题： (1) 根据工件的所 要加工的部位及尺寸要求，进行总体设计。 (2) 刀盘、主轴、轴承的设计及校核。 (3) 生产能力、切削力、切削功率和飞刀伸出量的计算。 (4) 总装配图中各零部件的安装问题，及零件的定位问题。 (5) 降低削片机噪声。 4 技术路线或研究方法 (1) 参阅相关产品的技术资料，如削片机的设计方法等，拟确定各结构设计方案，从而能安全的实现木片加工的功能。 (2) 要从各种方案中选择合适的方案，分析出各方案的优缺点，综合优化各种 设计方案，从而确定出本次设计的盘式削片机的最后设计方案。 (3) 要 完成主轴的设计与校核，刀盘的设计与校核，轴承的设计与校核，以及该盘式削片机所使用的皮带传动的选择。 (4) 完成总装配图，零件图，刀盘部件图和说明书的撰写。 5进度安排 2012 年 03 月 17 日 03 月 30 日调研及收集相关资料； 2012 年 03 月 31 日 04 月 13 日方案设计、审查和确定，撰写开题报告； 2012 年 04 月 14 日 05 月 31 日绘制图纸和撰写设计说明书； 2012 年 06 月 01 日 06 月 08 日提交图纸，说明书，审图及修改； 2012 年 06 月 09 日 06 月 20 日毕业答辩。 。 6 主要参考文献 1刘 灏主编 S北京：机械工业出版社 ,2002. 2朱龙根主编 S械工业出版社 ,2004. 3南京林业大学主编 M国林业出版社 ,1997. 4庞庆海主编 M北林业大学出版社 ,1997. 5邱宣怀，郭可谦主编机械设计 M北京：高等教育出版社 ,1997. 6吴宗泽，罗圣国主编机械设计课程设计手册 S北京：高等教育出版社 ,1992. 7吴宗泽主编机械结构设计 M北京 ：机械工业出版社 ,1988. 8郭爱莲主编新编机械工程技术手册 S北京：经济日报出版社 ,1991. 9刘品，刘丽华主编互换性与测量技术基础 M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 ,2001. 10王正本主编木工机床设计 M哈尔滨：东北林业大学出版社 ,1991. 11王国才 ,花军主编木制品加工机床 M哈尔滨：东北林业大学出版社 ,1995. 12刘鸿文主编材料力学 M北京：高等教育出版社 ,1992. 13哈尔滨工业大学理论力学教研组编理论力学 M北京：高等教育 出版社 ,1997. 14王知行，刘廷荣主编机械原理 M北京：高等教育出版社 ,2000. 15陈宝德主编木材加工工艺学 M哈尔滨：东北林业大学出版社 ,1997. 16林石著盘式削片机设计计算方法（一）、（二） J南京：南京林业大学 ,1986. 17洪德纯 ,于志宏 ,祝悦红著国外削片机的新进展 J吉林：吉林林学院 ,1994（ 5）： 3718李春虹著对 116式削片机设计的几点看法 J辽宁：沈阳大学学 报 ,1994（ 2）： 6919洪德纯著新型盘式削片机 J吉林：吉林林学院 ,1994（ 3）： 3920张晓文 J北京林业大学 ,2005. 21M. 1990. 22 of J 1998, 447- 1 - 黑 龙 江 工 程 学 院 毕业设计（论文） 外文翻译 学生学号： 20083749 学生姓名： 宋柄臻 指导教师： 马 慧 良 - 2 - 附录：毕业设计（论文）外文翻译原文 to of be by a in a to at an a as to a be to a a of or is to a a it is to by he To do it is to is a of as as to as to a is a 1 0% of by is of or a by or is a a to on a or as or of is of by It is by in by as a is 3 - 50,000 2100 It be by a A is a of by is is It on in or in In by an is by a in is by on or a be to a on in be by a of or to or in is by a or be so a be is 40C 2100， do be In is to a or be is In it is by to on be it to in to 0or to To be is to in it is If or in a is or or of of an - 4 - is to or as an in In In is if is a or in to is a of If to is to in 2 he to is to be in by In so is by or be in be to RR)as a a be by or of no be is in of It is in to a RR of is is as in to RR is in to a is of - 5 - a is If it At as it in as an is as an of to is is in A is to is ,800on an is in m/an a to is a a an as it by to of is of .6 0 by a of as in is in is by 0 0 It is by in 0 00 or by to a in to by as As ), as or a on - 6 - 如何延长轴承寿命 摘要 ： 自然界苛刻的工作条件会导致轴承的失效，但是如果遵循一些简单的规则，轴承正常运转的机会是能够被提高的。在轴承的使用过程当中，过分的忽视会导致轴承的过热现象，也可能使轴承不能够再被使用，甚至完全的破坏。但是一个被损坏的轴承，会留下它为什么被损坏的线索。通过一些细致的侦察工作，我们可以采取行动来避免轴承的再次失效。 关键词 ： 轴承 失效 寿命 导致轴承失效的原因很多，但常见的是不正确的使用、污染、润滑剂使用不当、装卸或搬运时的损伤及安装误差等。诊断失效的原因并不困难，因为根据轴承上留下的痕迹可以确定轴承 失效的原因。 然而，当事后的调查分析提供出宝贵的信息时，最好首先通过正确地选定轴承来完全避免失效的发生。为了做到这一点，再考察一下制造厂商的尺寸定位指南和所选轴承的使用特点是非常重要的。 1 轴承失效的原因 在球轴承的失效中约有 40%是由灰尘、脏物、碎屑的污染以及腐蚀造成的。污染通常是由不正确的使用和不良的使用环境造成的，它还会引起扭矩和噪声的问题。由环境和污染所产生的轴承失效是可以预防的，而且通过简单的肉眼观察是可以确定产生这类失效的原因。 通过失效后的分析可以得知对已经失效的或将要失效的轴承应该在哪些方 面进行查看。弄清诸如剥蚀和疲劳破坏一类失效的机理，有助于消除问题的根源。 只要使用和安装合理，轴承的剥蚀是容易避免的。剥蚀的特征是在轴承圈滚道上留有由冲击载荷或不正确的安装产生的压痕。剥蚀通常是在载荷超过材料屈服极限时发生的。如果安装不正确从而使某一载荷横穿轴承圈也会产生剥蚀。轴承圈上的压坑还会产生噪声、振动和附加扭矩。 类似的一种缺陷是当轴承不旋转时由于滚珠在轴承圈间振动而产生的椭圆形压痕。这种破坏称为低荷振蚀。这种破坏在运输中的设备和不工作时仍振动的设备中都会产生。此外，低荷振蚀产生的碎屑的作用就象磨粒 一样，会进一步损害轴承。与剥蚀不同，低荷振蚀的特 征通常是由于微振磨损腐蚀在润滑剂中会产生 淡红色。 - 7 - 消除振动源并保持良好的轴承润滑可以防止低 荷振蚀。给设备加隔离垫或对底座进行隔离可以减轻环境的振动。另外在轴承上加 一个较小的预载荷不仅有助于滚珠和轴承圈保持紧密的接触，并且对防止在设备运输中 产生的低荷振蚀也有帮助。 造成轴承卡住的原因 是缺少内隙、润滑不当和载荷过大。在卡住之前，过大的摩擦和热量使轴承钢软化。 过热的轴承通常会改变颜色，一般会变成蓝黑 色或淡黄色。摩擦还会使保持架受力，这会破 坏支承架，并加速轴承的失效。 材料过早出现疲劳破坏是由重载后过大的预载引起的。如果这些条件不可避免，就应仔细计算轴承寿命，以制定一个维护计划。 另一个解决办法是更换材料。若标准的轴承材料不能保证足够的轴承寿命，就应当采用特殊的材料。另外，如果这个问题是由于载荷过大造成的，就应该采用抗载能力更强或其他结构的轴承。 蠕动不象过早疲劳那样普遍。轴承的蠕动是由于轴和内圈之间的间隙过大造成的。蠕动的害处很大，它不仅损害轴承，也破坏其他零件。 蠕动的明显特征是划痕、擦痕或轴与内圈的颜色变化。为了防止蠕动，应该先用肉眼检查一下轴承箱件和轴的配件。 蠕动与安装不正有关。如果轴承圈不正或翘起，滚珠将沿着一个非圆周轨道运动。这个问题是由于安装不正确或公差不正确或轴承安装现场的垂直度不够造成的。如果偏斜超过 轴承就会过早地失效。 检查润滑剂的污染比检查装配不正或蠕动要困难得多。污染的特征是使轴承过早的出现磨损。润滑剂中的固体杂质就象磨粒一样。如果滚珠和保持架之间润滑不良也会磨损并削弱保持架。在这种情况下，润滑对于完全加工形式的保持架来说是至关重要的。相比之下，带状或冠状保持架能较容易地使润滑剂到达全部表面。 锈是湿气污染的一种形式，它的出现常常表明 材料选择不当。如果某一材料经检验适合工作要求，那么防止生锈的最简单的方法是给轴承包装起来，直到安装使用时才打开包装。 2 避免失效的方法 解决轴承失效问题的最好办法就是避免失效发生。这可以在选用过程中通过考虑关键性能特征来实现。这些特征包括噪声、起动和运转扭矩、刚性、非重复性振摆以及径向和轴向间隙。 扭矩要求是由润滑剂、保持架、轴承圈质量（弯曲部分的圆度和表面加工质量）以及是否使用密封或遮护装置来决定。润滑剂的粘度必须认真加以选择，因为不适宜的润滑剂会产生过大的扭矩，这在小型轴承中尤其如此。另外，不同的润滑 剂的噪声特性也- 8 - 不一样。举例来说，润滑脂产生的噪声比润滑油大一些。因此，要根据不同的用途来选用润滑剂。 在轴承转动过程中，如果内圈和外圈之间存在一个随机的偏心距，就会产生与凸轮运动非常相似的非重复性振摆（ 保持架的尺寸误差和轴承圈与滚珠的偏心都会引起 重复性振摆不同的是， 没有办法进行补偿的。 在工业中一般是根据具体的应用来选择不同类型和精度等级的轴承。例如，当要求振摆最小时，轴承的非重复性振摆不能超过 米。同样，机床主轴只能容许最小的振摆，以保证切削精度。因此在机床的应用中应该使 用非重复性振摆较小的轴承。 在许多工业产品中，污染是不可避免的，因此常用密封或遮护装置来保护轴承，使其免受灰尘或脏物的侵蚀。但是，由于轴承内外圈的运动，使轴承的密封不可能达到完美的程度，因此润滑油的泄漏和污染始终是一个未能解决的问题。 一旦轴承受到污染，润滑剂就要变质，运行噪声也随之变大。如果轴承过热，它将会卡住。当污染物处于滚珠和轴承圈之间时，其作用和金属表面之间的磨粒一样，会使轴承磨损。采用密封和遮护装置来挡开脏物是控制污染的一种方法。 噪声是反映轴承质量的一个指标。轴承的性能可以用不同的噪声等级来表示 。 噪声的分析是用安德逊计进行的，该仪器在轴承生产中可用来控制质量，也可对失效的轴承进行分析。将一传感器连接在轴承外圈上，而内圈在心轴以 1800r/转速旋转。测量噪声的单位为 用 um/ 根据经验，观察者可以根据声音辨别出微小的缺陷。例如，灰尘产生的是不规则的劈啪声；滚珠划痕产生一种连续的爆破声，确定这种划痕最困难；内圈损伤通常产生连续的高频噪声，而外圈损伤则产生一种间歇的声音。 轴承缺陷可以通过其频率特性进一步加以鉴定。通常轴承缺陷被分为低、中、高三个波段。缺陷 还可以根据轴承每转动一周出现的不规则变化的次数加以鉴定。 低频噪声是长波段不规则变化的结果。轴承每转一周这种不规则变化可出现 0次，它们是由各种干涉（例如 轴承圈滚道上的凹坑）引起的。可察觉的凹坑是一种制造缺陷，它是在制造过程中由于多爪卡盘夹的太紧而形成的。 中频噪声的特征是轴承每旋转一周不规则变化出现 1060 次。这种缺陷是由在轴承圈和滚珠的磨削加工中出现的振动引起的。轴承每旋转一周高频不规则变化出现 60300次，它表明轴承上存在着密集的振痕或大面积的粗糙不平。 利用轴承的噪声特性对轴承进行分类 ，用户除了可以确定大多数厂商所使用的 可确定轴承的噪声等级。 准只定义了诸如孔、外径、振摆等尺寸公差。随着 别的增加（从 3 增到 9），公差逐渐变小。但 级并不能反映其他轴- 9 - 承特性，如轴承圈质量、粗糙度、噪声等。因此，噪声等级的划分有助于工业标准的改进。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 为了适应我国木材资源严重不足且分布不集中的特点，设计了这种体积小、生产能力大且削片合格率高的 枝桠材用小型切片机 ，来满足林区小型工厂的生产或木材家具厂的碎料加工，以节约木材资源。 在此次设计中，机架、左右上盖都采用了 焊接 件，降低了整机的重心，有效地增强了整机的稳定性；电机和轴之间通过皮带传动，缓和了载荷冲击，防止过载给飞刀等主要部件带来的损坏；轴通过两个圆锥滚子轴承与机架连接，防止轴产生较大的跳动影响木片合格率；刀盘和轴之间 配合紧密； 飞刀用压 块夹紧 ， 牢固稳定 ，方便拆装和更换。 此削片机最适合加 工枝桠材和小径级的原木，投资小，价格低廉且见效快，非常适合作坊式工厂和小型个体企业生产。 关键词 ： 削片机 ; 盘式削片机 ; 木片 ; 刀盘 ; 飞刀 黑龙江工程学院本科生毕业设计 or of of a of is to of in In of of of is by by as is by of of on is is is to is of is It is is to of a It be in 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 I 1 章 绪论 1 题背景、目的及意义 1 内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 2 题的设计设想、设计方法和改进 4 期结果 4 第 2 章 盘式削片机的总体设计 5 式削片机的方案设计 5 式削片机的总体设计 7 片原理 9 章小结 14 第 3 章 主要技术参数的确定和计算 15 15 削功率的计算 18 机的选择 18 刀伸出量的确定 19 产能力的确定 19 章小结 19 第 4 章 主要部件的设计计算 20 盘结构设计及尺寸的确定 20 刀部分设计和底刀部分设计 21 轴的结构设计 22 的最小直径计算 22 承的选择 23 动比计算和大、小带轮的计算 24 黑龙江工程学院本科生毕业设计 料槽 设计计算 27 章小结 27 第 5 章 各部件的校核和验算 28 的强度校核 28 盘的校核 33 承的校核 36 章小结 38 结论 39 参考文献 40 致谢 41 附录 42 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 1 第 1 章 绪 论 题背景、目的及 意义 我国是一个森林资源缺乏的国家 ， 由于长期的过量采伐 ,使得原本就有限的 可采森林资源急剧减少 ,尤其现在国家 所 实施天然林保护工程及几大重点林区封山育林 ,禁伐或限制采伐天然林木 。 但国家经济建设与人民生活仍需大量的木材和木制品 ， 使得木材供需矛盾成为当前林业所面临的主要问题 。 要解决好这一矛盾 ， 一方面要加强森林资源建设经营培育与保护；另一方面通过合理有效利用森 、 林资源 ， 搞好木材综合利用，提高木材的利用率，最大限度地发挥可利用木材资源的作用，从而缓解木材供需矛盾。 利用伐区剩余物的一个主要途径是将伐区剩余物中的小径 枝桠 材进行削片加工，如此不仅可以提高森林资源利用率，还能改善林地卫生状况 ，防止发生森林病虫害等，加工后的削片可用作制浆造纸和生产人造板材料。 木材削片机是生产木片的一种专用设备，木材削片机也叫 木材切片机 ，属于木材加工系列设备之一。广泛应用于纺织、造纸、制浆、人造板等行业生产过程中的备料工段。该机的主要切削原料是剥皮后的小径木、竹材、板皮材及采伐次薪材余料等。但对于过粗（ 350细（ 30短（ 250薄（ 5及不规则原料（未分解的树墩、枝杈等）不充分具有均匀切削的功能，或只是将原料在原有基础上切断，对壁厚低于 5 林采伐 和 木材加工 中的剩余物切削加工成工艺木片的林业机械 。 然而目前生产的削片机在发区的削片作业 常受到条件和环境的限制 ， 因此开发适于伐区作业的小型削片机显得迫切需要。 再有，过去城市树木修剪所产生的 枝桠 ，基本上都作为废弃物处理，并要支出不少运输费用。随着城市绿化的迅速发展， 枝桠 量越来越大 ， 为减少消纳 枝桠 废弃物的费用 ，提高 枝桠 的综合利用率，变废为宝，近年来城市对枝丫削片机的需求量在不断上升；在山区，随着林果业的迅速发展，抚育量大幅增加，枝桠 削片机的作用更是日益突出。 所以针对我国林材资源严重不足且分布不均，为了满足实际生产的需求，故设计一种体积小重量轻便于运输的小型 枝桠 材用削片 机，以减少木材浪费，实现 木材的综合利用。 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 2 内外研究状况和相关领域中已有的研究成果 几十年来，随着木片产业的发展，国内外已研制和生产了上百种型号的固定式和移动式削片机， 固定式多用于工厂；移动式一般用于林区山场。按工作部件的结构形式分鼓式削片机和盘式削片机两种，按进料方式分又有斜口进料和平口进料两种型式。 其结构和性能已日趋完善 ， 在生产中发挥着重要作用 。 19世纪 70年代，北欧、北美的林业发达国家首先生产并使用的削片机仅装有 3 4把切刀。 20 世纪 40 年代，出现 6 把以上切刀的多刀削片机。 50 年代又出现新型螺旋面刀盘的多刀削片 机，进一步改善了木材削片机的工作性能。 近年来 ， 国外的削片机的研制有了进一步发展，并研制出多种新型的削片机 ， 主要是改善进出料机构，改进飞刀 底刀结构及飞刀的装夹方式，增设控制木片质量的分离装置， 降低削片机的振动与噪声 。 增加辅助进料槽；增加进料槽的截面积；铰接式安装进料槽；侧面出料（木片）；减少飞刀尺寸和角度，并装刀多刀化；飞刀夹装在刀盘上，并呈螺旋线安装；刀盘悬臂式装配；降低削片机噪声；增设第二底刀及其多刃化；可调节生产率的削片机；改进切削机构和进给方式以及适应不同原料的削片的专用、通用、以及削片机组和削片生 产线。这些新型的削片机起到了提高生产率和木片质量 木片合格率以及降低噪声 振动和减少能耗的作用 ， 获得了 巨大的经济效益。 国内削片机的研制工作始于 60 年代， 70 年代中期开始研究伐区木片生产 工艺与 设备 ， 中国林业部林业机械研究所于 70 年代研制成移动式联合削片机，能同时完成削片、木片筛选和将合格木片风送到装料仓或运输车中的作业，从而大大地提高了木材削片的生产率。 80年代初，国家设立了“伐区枝丫木片生产设备及工艺的研究”攻关课题，进行了系统研究，取得了可喜的成果。自 90 年代木片生产得到了较大的发展。目前，国内已有 30 多家生产削片机的厂 家，其中镇江林机厂生产的削片机质量较好。目前已有 9种型号的盘式削片机，主要用于制浆 造纸林片加工。 盘式削片机 由刀盘、切削刀、底刀、刀盘叶片等组成。刀盘正面有安装切削刀片的沟槽，沿径向偏 10 15 布置。刀片底部垫有楔形调整块，用以调整刀片的伸出量；后部装有调距垫块，用以调整刃磨后刀片的补偿长度。在刀盘上顺着刀刃方向有贯通的缝隙，削好的木片可转到刀盘的另一面。刀盘外缘均匀配置叶片，叶片产生的气流将木片由出料口吹出，经过筛选，过大的进入再碎机粉碎。该机有少刀、多刀和螺旋面刀 3 种类型，前两种 切削的木片均匀度都较差，螺旋面刀盘式削片机由于在切削过程中切削表面全部同刀盘接触，单位压力较小，木片切口整齐，碎木片少，刀盘磨损小，切削成的木片长度一致，切削木片合格率可达 97%左右。 发展趋势 世界各国木材削片机的制造现都注意于改进切削机构、黑龙江工程学院本科生毕 业设计 3 刀片的质量和装卡方法，以减少刃磨和换卡时间。世界性森林资源的减少促进了伐区移动式削片机的发展；而伐区联合削片机和全树削片联合机的采用，将使经济效果进一步提高。 以下例举一些国内现有的设备或资料： 1) 福建林机厂生产，主要技术性能如下： 刀盘直径 700 速 800 r/刀数量 4 把 最大切削原料直径 130 片长度 15产能力 10 h 电机 30 位动力匹配 9 m 2) 451 机械厂生产 ,主要技术性能如下： 刀盘直径 750 料口尺寸 160 170 刀数量 4 把 木片长度 15产能力 4-6 h 电机 37 位动力匹配 m 3) 福马生产，主要技术性能如下： 刀盘直径 630 速 800 r/刀数量 3 把 最 大切削原料直径 100 片长度 15产能力 2-3 h 电机 22 外还 有以下几种型号：（ 1） 式削片机 ;(2) 盘式削片机 ;(3) 式削片机 ;(4) 盘式削片机 等以及 极少量的 式削片机和式削片机等。 目前， 盘式切片机在我国造纸行业中占有着非常重要的地位，黑龙江工程学院本科生毕 业设计 4 然而我国 对现在多数的 盘式削片机 都存在 效率低和木片合格率差等缺点 。 由于 我国是一个缺少木材的国家， 所以 每年都要从外国进口许多木材，尤其是近几年，随着木材工业和家具业在我国的迅猛发展，木材资源的缺乏日益严重，满足不了木材需求量。木片是造纸、生产人造板的原材料，在国际市场上需求量很大，每年日本和南韩要从国外买进大量的木片，木片的制备显得尤为重要。 题的设计设想、设计方法和改进 削片机是人造板、造纸行业中最基本的设备，用以制备工艺木片。自 40 年代以来，随着森林资源的日益减少和伐区剩余物利用水平的不断提高，以及全树采伐利用新工艺的出现，工艺木片 的原料已从利用原木转向更多地利用枝桠材、小径木、加工剩余物、劣质材或进行全树削片。工艺木片的生产也逐渐从制浆造纸、人造板企业转向伐区、森林采运企业。木片逐渐成为采运企业的一种重要输出商品形态，并形成木片产业。此次设计主要是针对国内外削片机的性能作出改进，并设计出一种能适应现有的木材加工设备。 此次设计的主要目的是 设计一台结构合理，功能完整且精度满足要求的枝桠材用小型切片机。 切削木片的质量要符合规格，木片长度为 10根据设计要求，进料口和出料口有了改进，刀盘加叶片保证削片的输送。确定了生产能 力后选择电机，并计算其切削功率 。 对飞刀的伸出量进行了精确的调整 ，保证削片的质量。选用圆锥滚子轴承和主轴配合，利用皮带传动进行加工。具体设计见第 2。 进料槽的结构型式有了很大改进，以使其能适应各种规格原料削片，并可提高生产率和木片质量。 带有倾斜进料槽的普通盘式削片机（倾角 45 52）是一种国内外常用的削片机。加工小径材、枝桠材以料长在 2.5 剩余物制材时效果最佳。 削片机的工作噪声高达 110右。削片机降低噪声为：加厚机罩（刀罩）体的厚度 ，以提高隔声效果；缩短主轴二轴承 的间距，提高主轴刚度，减小振动。 期结果 为适应造纸、纤维板、刨花板行业对木片长度的不同要求，木片长度可在一定的范围内调节。 此 削片机，结构紧凑合理，操作简便，生产能力大，木片合格率高，单位木片产量能耗低，是国内生产出口木片的理想设备。 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 5 第 2 章 盘式削片机的 方案设计 总体设计 式 削片机 的方案设计 根据 此次木材削片机的技术要求 ， 应用功能设计法 ,对木材削片机的功能进行分解 ，并建立了木材削片机的形态学矩阵 ，以 确定此次削片机的设计方案 。 一般思路 : “问题抽象 建立功能结构 (黑箱 ) 功能分析 寻找作用原理 ,以实现各分功能 进行组合寻求原理方案解 评价与决策 ”。 a 建立木材削片机黑箱 木材削片机的设计技术要求为 :把伐区剩余物如枝丫材、小径材（直径小于 100保证穴处削出木片的长短，薄厚均匀，木片规格一般为 :长 10 20 为 3 5 度不需要控制，但是也不应该超过 20 片的合格率在 85%以上。 输出枝丫小径能量信号切削木材合格木片图 材削片机黑箱表示 b 木材削片机功能分解 由于一般机器都是由原动机、传动机构、工作机构、控制操作系统及制成部件等构成 ,其技术过程通常是： “原动机 传动机构 控制操作 执行机构 ”。 并且 以上这些机构都装在支撑件上 ,木材削片机功能的分解依据所设计的技术系统过程 。 木材削片机的功能是完成伐区枝丫材削片，其功能可分解为：进料、切削、能量转换、 信号控制以及 传动方式以及行走方式等几个子功能，将功能与子功能、功能员之间的关系亦功能树来表达有： 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 6 伐区木材削片进料能量转换传动方式切削行走方式带传动齿轮减速器机械进料人工进料切削元件切削运动变换图 材削片机功能树 c 功能元求解 经查阅文献及分析已有的技术系统并利用形态综合法建立如下形态学矩阵 : 功能元编号 名称 1能量转换传动方式人工进料出料方式切削元件切削运动行走方式汽油机带传动自重方式上出料固定式刀回转运动自带动力行走功 能 元 解2其他动力牵引往复直线运动3柴油机电机直通过联轴器直接联接人工手持下出料可调飞刀电动机圆形飞刀4液压马达齿轮减速器侧出料图 材削片机的形态学矩阵 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 7 上面形态学矩阵中可以组合出的整体方案数从理论上计算如下 : S=4 x 3 x 2 x 3x 3 x 2 x 2=864 可见 组合方案数目非常大，在这些组合中，存在着不可行的“虚解”和可行的“实解”。在对实解的评价分析中，我通过模糊评价 法 最终确定了下面的设计方案 : 动机 带传动 自重进料 上出料 固定式刀 回转运动 其他动力牵引 式 削片机 的总体设计 根据 以上方案设计的结果 ,绘制削片机总体布置草图如下 : 图 此 盘式削片机主要由 电机 、 刀盘 、 进料槽、 出料筒 、传动装置和机壳等部分组成。 刀盘套装在主轴上，主轴由两个装在轴承座中的轴承支承，由电动机通过 三角 皮带减速 传 动 。刀盘除作为切削机构切削木料外，还起飞轮作用，使飞刀在间断切削时，速度波动不大，因此要求刀盘有较大质量。大刀盘的材料一般采用 30、 35 号铸钢；当切削速度大于 50 m/s 时采用 钢。铸钢件须退火处理，锻钢件须正火处理；粗加工后进行探伤检查，在开口处不允许有降 低使用性能的缺陷。主轴的毛坯应为锻件，黑龙江工程学院本科生毕 业设计 8 不应有降低使用性能的缺陷。 此 盘式削片机的刀盘上装有 2 把飞刀，飞刀在刀盘上的安装一般使其刀刃相对刀盘半径沿转动方向向前倾斜 8 15布置。在安装每把飞刀下面的刀盘上，沿刃口方向开有一条宽度为 40 右的长缝。飞刀和楔形垫块用螺栓固定在刀盘上。垫块的作用是保证飞刀有一定的后角，一般为 5左右。飞刀材料一般采用铬镍合金工具钢或优质碳素工具钢，热处理后刃口部分的硬度为 56。飞刀的刃磨角（楔角）取 3040，冻材、硬材取较大值。飞刀刃口突出刀盘平面的高度称 为刀片的伸出量（又称装刀高度），其大小影响木片的长度，因此刀盘上所有飞刀刃口的伸出量必须相等。飞刀更换或刃磨后，应保持伸出量不变。 图 盘式削片机是由安装在刀盘上的飞刀和安 装在进料槽上的底刀和旁底刀形成剪切机构的 (如图 刀和旁底刀的刃口有的是用硬质合金堆焊而成。为防止 有 较大的冲击力损坏刃口，底刀的刃磨角较大，一般为 85 90，也有的大于 90（采用 90的底刀，四角可轮换使用）。进料槽侧壁下方装有旁底刀，旁底刀的刃磨角一般为 60 65，与进料 槽的偏角 关，旁底刀刃磨后硬度要求为 60。飞刀与底刀和旁底刀的间隙一般为 0.3 1.0 取决于削片机的精度和刀盘直径的大小等因素。 由于削片时原料尾端在进料槽中抬起，为获得要求的木片长度，实际装刀高度 h 应比计算值小 2 右。 削片机的 进料槽 与刀盘成一定的 安装角度，因为刀盘与 进料槽 之间的相互配置以及黑龙江工程学院本科生毕 业设计 9 几何角度的大小，直接影响到削出木片的几何形状，并与 削片机的动力消耗有一定关系。此削片机的喂 料槽 是倾斜安装的，称为斜喂料。 考虑到制造方便，此喂料槽的横截面为方槽形，其截面积的大小及形状实际上取决于该削片机所切削的原木的最大直径。 盘式削片机的排料分为上排料和下排料两种形式。上排料是在刀盘的外缘安装个个叶片，它在刀盘转动时产生气流，把削出的木片沿 机壳 的切口方向 吹送出去 ，落入木片料仓。当叶片的速度为 27 m/s 28 m/s 时，木片的抛出高度可达 4 m 5 m。 片原理 a 原木被削成木片的过程 原木在削片机中受到飞刀与底刀的剪切作用，在切下一个木饼 的同时，由于木饼受到飞刀给予的沿纤维方向的挤压力，圆饼受剪而被分裂成木块，进而分裂成木片。如（示 : 图 通过观察和研究证明，盘式削片机在削片过程中，木料的被切削面紧贴在飞刀的后面，并沿着飞刀后面滑动，直到与刀盘平面相遇。当木料的上端与刀盘表面接触后，被切平面则由斜面变成平行于刀盘表面的直面，最后被切表面形成了一个折面。因此，盘式削片机的削片过程并不是过去 人们认为的那样，原料的被切平面始终平行于刀盘 的平面。 在削片时，木料沿着进料槽的移动，主要是由 于飞刀对木料的作用力在进给方向的黑龙江工程学院本科生毕 业设计 10 分力（牵引力）的作用而致。理论上可以证明： 若原木靠自重移向刀盘 ， 那么在相邻两把飞刀切削原木的时间间隔内 ， 原木只能移动一段很短的距离 ， 然而实际上原木移动的距离（即木片的长度）要比靠自重移动的距离大得多。很显然原木在切削过程中除了受重力作用外，还受到飞刀给予原木的 作用力，飞刀把原木拉向刀盘的作用力称为 牵引力 。牵引力 的大小虽与木料的树种、含水率等因素有关，但其大小足以带动木料克服摩擦阻力向刀盘方向进给。因此大多数盘式削片机不采用强制进给机构，并且适宜加工厚度和径级较大的木料。 b 削 片机喂料槽与刀盘之间的几何关系 (图 设 刀盘平面， O 为飞刀刃口上某一点， 过刀刃上 O 点且垂直 O 点运动方向的平面。那么 : 投入角 喂料槽轴线在 面的投影与刀盘的夹角； 投木偏角 2 喂料槽轴线在 面的夹角； 喂料角 喂料槽轴线 与刀盘的夹角。 (如图 图 料槽与刀盘之间的几何关系 图 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 11 对于斜喂料槽削片机一般只给出投入角 和投木偏角 2 来表示 削片机的特征。而实际上原木的被切 削 状态可以通过喂料角完全反映出来。这个三角关系可以从图 根据每个角度的 定义 从图 以得出： 2c 由后二式相乘并代入前式即得： 2in a 有时，投入角 可以用另一种形式表示，这时引进另一角度 虎口角 1 虎口角 1 喂 料槽轴线在 面的投影与 面的夹角，它与 投入角 互为余角。那么上式也可表示为： 21 in 如 上 图所示， O B B D 为 刀 盘平面， 进料槽的中心线， 行于刀盘轴线，其值等于 飞 刀 伸出量，则木片的长度 l 为 ： 211 c os (即 21 (式中： h飞刀伸出量； 由于削片时原料尾端在进料槽中抬起，为获得要求的木片长度，实际装刀高度 h 应比计算值小 2 右。 原木被牵引的距离、牵引速度和切削速度之间的关系取决于飞刀的后角和投入角 的后面与刀的运动方向的夹角称为飞刀的后角 。 刀的后面与刀的前面的夹角称为刀刃角。设飞刀的 运动方向为， 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 12 图 木的切削方向 图 削时原木位移量的计算 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 13 图 刀作用在原木上的力 原木的运动方向为，刀对原木的切削方向为，飞刀的运动方向与刀对原木的切削方向 的夹角称为牵引角。牵引角的大小受到飞刀的后角的限制，它接近于飞刀的后角或等于后角。 若原木的直径为 d，飞刀在原木上所经过的路程为 图 以求出飞刀每切削一次时，原木沿着喂料槽 轴向被牵引的距离 i: )s in(s in s d( 并且由飞刀速度 速度 : )s in(s V() 沿着切削方向从原木切下的木饼又如何分裂成木片呢 ?木片的厚度主要取决于削片机的几何参数 ， 此外还取决于原木的物理机械性质。从图 知当飞刀沿着切削面切入原木时 ， 原木受到飞刀的作用力 P 作用，它由二个分力组成 : 垂直于刀的前面的作用力。 参与木片的分裂，只有 使木饼沿纤维方向撕裂。 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 14 可分解成二个分力，沿木材纤维方向的作用力 垂直纤维方向的作用力 刀 切入原木一定深度后， 加到一定限度时就引起木材的纵向破裂，木饼撕裂成木片。若飞刀沿切削面切入深度为 ，木饼开始分裂成木片，则木片的厚度为 在撕裂瞬间 木片主要尺寸的相互关系有 : 于顶角相等，二个直角三角形相似，那么 23(因此，木片的厚度 t= : 23t P (沿木纤维方向的作用力 值，可以从木材纤维方向的撕裂深度来计算： P3=l e t (式中 l 木片长度 e 飞刀切入原木的平均宽度 r 木材沿纤维方向的撕裂深度系数 垂直于飞刀前面的作用力 值，可以从垂直于刀的前面挤压木饼的 强度来计算： e (式中 垂直于刀的前面剂压木饼的强度系数 把 值 代回 原式 ，可得出木片厚度 t (从上式可以看出，对于一定几何参数的削片机，木片的厚度随木 片的长度增大而增加，随木片沿纤维方向的抗剪能力的增大而增加，随作用在垂直于切削平面上的作用力增加而减小。 木片厚度不仅取决于木片长度和木材的物理机械性能等因素，还与进料槽及飞刀的安装角度和飞刀的刃磨角等因素有关。当飞刀的刃磨角和安装后角较大时，则削出的木片较厚，反之，较薄。 章小结 本章主要介绍了削片机的结构和工作原理， 普通盘式削片机 的组成和组装。木片的长度和厚度计算，排料方式的选择为上出料， 木料被飞刀牵引向前进给的速度 计算。 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 15 第 3 章 主要技术参数的确定和计算 树种单位切削力 鉴于 对同一削片机， 不同种木材的机械物理性质不同 ,在切削时其单位切削力、 木片厚度等参数都各不相同所以以下取一种木材参数作计算示例，其他可依此类推。 表 削功率的计算 由 文献 4可知计算公式 0 （ 图 木材的作用 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 16 如图 示：图中表示削片时飞刀对木材的总切削力。刀盘对木材的支承力降低了后刀面对木材的支承力，互相影响，所以也包括在总作用力中。总作用力 F 分解为切向分力切削过程中，短时平 均值为： 式中： b 切削宽度， m； 单位宽度平均切向阻力 ， N/m。 表 2知：对 群众杨 ，约 。 00/90s i n()90c )t a n()t a n(2)t a n()c s i n()t a n( 式中： l 木片纤维长度 (m)； / 木材顺纤维抗剪强度， N/m； 有法向正压力时，木材顺纹剪切附加阻力系数； 、 、 飞刀安装后角、飞刀楔角、进料槽倾斜角； p、p、 木材前刀面、后刀面、进料槽壁摩擦角。 21图 料槽的倾斜角 黑龙江工程学院本科生毕 业设计 17 当 090 )t )t 2)t s i s)t pp 一把飞刀一次切削功耗为： x 1 (式中： A 切口面积， (m)。 ， 木料横断面积， m) 如果进料槽在
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