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枝桠材用小型切片机设计【盘式削片机】,枝桠,小型,切片机,设计,盘式削片机
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枝桠材用小型切片机设计摘 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ABSTRACTFor 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 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景、目的及意义11.2 国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果21.3 选题的设计设想、设计方法和改进41.4 预期结果4第2章 盘式削片机的总体设计52.1盘式削片机的方案设计52.2盘式削片机的总体设计72.3削片原理92.4本章小结14第3章 主要技术参数的确定和计算153.各树种单位切削力153.2切削功率的计算153.3电机的选择183.4飞刀伸出量的确定193.5生产能力的确定193.6 本章小结19第4章 主要部件的设计计算204.1刀盘结构设计及尺寸的确定204.2装刀部分设计和底刀部分设计214.3主轴的结构设计224.3.1 轴的最小直径计算224.3.2轴承的选择234.4传动比计算和大、小带轮的计算244.5 进料槽设计计算274.6 本章小结27第5章 各部件的校核和验算285.1轴的强度校核285.2刀盘的校核335.3 轴承的校核365.4 本章小结38结论39参考文献40致谢41附录42第1章 绪 论1.1 课题背景、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（350mm以上）过细（30mm以下）过短（250mm以下）过薄（5mm以下）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 mm竹材的切片不充分具有分层切削的功能将森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。1.2 国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34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1015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、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) BX117-4 ,福建林机厂生产，主要技术性能如下：刀盘直径 700 mm转速 800 r/min飞刀数量 4把最大切削原料直径 130 mm木片长度 15-25 mm生产能力 10 km/h电机 30 kw单位动力匹配 9 kwh/m2) BX118-4,8451机械厂生产,主要技术性能如下：刀盘直径 750 mm进料口尺寸 160 mm 170 mm飞刀数量 4把木片长度 15-25 mm生产能力 4-6 km/h电机 37 kw单位动力匹配 6.2-9.3 kwh/m3) BX116A,苏福马生产，主要技术性能如下：刀盘直径 630 mm转速 800 r/min飞刀数量 3把最大切削原料直径 100 mm木片长度 15-25 mm生产能力 2-3 km/h电机 22 kw此外还有以下几种型号：（1）BX117C盘式削片机;(2) BX1107/4盘式削片机;(3) BX116盘式削片机;(4) BX1108/3盘式削片机等以及极少量的BX1710B盘式削片机和BX1112盘式削片机等。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，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。1.3 选题的设计设想、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10-20mm。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2-4章。 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4552）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 mm-3 mm及剩余物制材时效果最佳。削片机的工作噪声高达110dB左右。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。1.4 预期结果为适应造纸、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。 第2章 盘式削片机的方案设计总体设计2.1 盘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100mm的木材），保证穴处削出木片的长短，薄厚均匀，木片规格一般为:长10 mm20 mm厚为3 mm5 mm，宽度不需要控制，但是也不应该超过20 mm，木片的合格率在85%以上。 图2.1 木材削片机黑箱表示 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： 图2.2 木材削片机功能树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: 图2.3 木材削片机的形态学矩阵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: A3 B2 C1 D1 E1 F1 G2 电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2.2盘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2.4木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。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A4、A5锻钢。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，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815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 mm左右的长缝。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HRC5256。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2.5切削机构示意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2.5)底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8590，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6065，与进料槽的偏角a2有关，旁底刀刃磨后硬度要求为HRC5660。飞刀与底刀和旁底刀的间隙一般为0.3 mm1.0 mm，这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，实际装刀高度应比计算值小2 mm左右。 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/s28 m/s时，木片的抛出高度可达4 m5 m。2.3削片原理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（图2.6）所示:图2.6原木分裂成木片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2.7) 设X-O-Z为刀盘平面，O为飞刀刃口上某一点，Y-O-X为过刀刃上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Y-O-Z平面的投影与刀盘的夹角； 投木偏角2喂料槽轴线在Y-O-Z平面的夹角； 喂料角喂料槽轴线与刀盘的夹角。(如图2.7)图2.7削片机喂料槽与刀盘之间的几何关系图 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2.7求得。根据每个角度的定义从图2.7可以得出： 由后二式相乘并代入前式即得： 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Y-O-Z平面的投影与X-O-Y平面的夹角，它与投入角互为余角。那么上式也可表示为： 如上图所示，O B B D为刀盘平面，AO为进料槽的中心线，CD平行于刀盘轴线，其值等于飞刀伸出量，则木片的长度l为： (2.1)即 (2.2)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，实际装刀高度应比计算值小2 mm左右。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.从图2.8中可以找到它们之间的关系。刀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， 图2.8 原木的切削方向 图2.9 切削时原木位移量的计算图2.10 飞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AB，从图2.9可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: (2.3) 并且由飞刀速度V可以求得原木的被牵引速度Va和切削速度V: (2.4) (2.5)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2.10可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: 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不参与木片的分裂，只有P2才使木饼沿纤维方向撕裂。P2又可分解成二个分力，沿木材纤维方向的作用力P3和垂直纤维方向的作用力P4。飞刀切入原木一定深度后，P3随P2增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oa时，木饼开始分裂成木片，则木片的厚度为ob。在撕裂瞬间木片主要尺寸的相互关系有:aob 和cod由于顶角相等，二个直角三角形相似，那么 (2.6)因此，木片的厚度t=ob有: (2.7)沿木纤维方向的作用力P3的值，可以从木材纤维方向的撕裂深度来计算： P3=let (2.8)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P2的值，可以从垂直于刀的前面挤压木饼的强度来计算： P2= oae (2.9)式中 垂直于刀的前面剂压木饼的强度系数 把P3、P2的值代回原式，可得出木片厚度t (2.10) 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。2.4本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。第3章 主要技术参数的确定和计算3.1 各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3.1常见树种枝丫单位切削力3.2切削功率的计算由文献4可知计算公式 kw （3.1） 图3.1飞刀对木材的作用 如图3.1所示：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。总作用力分解为切向分力及法向分力。在切削过程中，随木片的变化而变化，其短时平均值为。与宽度成正比，有： 式中： 切削宽度，m；单位宽度平均切向阻力，N/m。可通过试验测得，据表2知：对群众杨，约N/mm。 （3.2）式中： 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；、木材前刀面、后刀面、进料槽壁摩擦角。 图3.2 进料槽的倾斜角当时， (3.3) 一把飞刀一次切削功耗为： (3.4)式中：切口面积，(m)。 ， 木料横断面积，m)如果进料槽在通过主轴线的两个相互垂直平面内的投影倾斜角分别为和（如3.2图所示），则由下式确定： (3.5)切削功率为 (3.6)式中：刀盘转速，r/min； 飞刀数。对于原木有： (3.7)式中：原木直径，m 。考虑木材径级不同大小不一时，可经计算取其平均直径 (m)式中：各径级木材直径，(m)；各径级木材长度占总木材数的比例。考虑木段之间的空隙时间应增加一个切削连续性系数，则切削功率为： (3.8)值由下式确定： (3.9)式中：每段木材切削时间，s ；相邻木段之间的间隙时间，s 。对于松木：N/mm 当 时，有： kw3.3 电机的选择削片机所需电机功率为Pd (3.10)式中：Pd削片机实际需要的电动机输出功率； Pc削片机需要的输入功率； 电动机到切削机构间传动装置的总效率；总效率为： =1 21带传动效率；2轴承传动效率；则 =0.96 0.98=0.94Pd= 5.39 kw 因此选择电动机型号为Y132S-4型，额定功率5.5kw，额定转速1920r/min。各轴的转速 n=n=1920r/min n=800r/min各轴的输入功率 P=P=5.5kw P= P=各轴转矩计算电动机轴的输出转矩 =I轴 II轴 3.4飞刀伸出量的确定由2.3盘式削片机削片原理分析知 (3.11) mm ，则mm3.5生产能力的确定非强制进料的盘式削片机的生产能力(实积m/h)为 （3.12）式中： 设备时间利用系数，取；工作时间利用系数，取；原料形态影响系数，成捆枝桠材取，其他原料取1；刀盘转速，r/min；飞刀数量； 木片平均长度，mm；原料的断面积，mm；则 (km/h)3.6本章小结本章主要介绍了盘式削片机的各个参数确定，包括生产能力，切削功率，电机，切削力，飞刀伸出量的确定。第4章 主要部件的设计计算4.1刀盘结构设计及尺寸的确定图4.1 刀盘的结构设计如图4.1所示，将刀盘看作实心圆盘，根据文献15计算公式，计算刀盘应有的转动惯量： (4.1)式中： 刀盘运转时的盈亏功;取 (P为切削功率)刀盘的角速度,；速度不均匀系数，；则 kgm-2刀盘直径为460mm 。由文献5 (4.2)得： kg即刀盘重量为77.8kg由文献7 (4.3) 式中：飞轮材料的比重飞轮的宽度得： m取 mm为防止轮缘破裂，验证轮缘的圆周速度m/s钢制飞轮的最大圆周速度：60m/s 故刀盘强度满足要求。刀盘的材料选用，刀盘结构各部位是根据力的要求和安装叶片而设计的，飞刀经夹紧机构夹紧。由于少刀盘式削片机属于间歇运动，故实际消耗功率是变化的，因此，将刀盘看作飞轮设计，以便在驱动力的功超过切削阻力的功时，将多余的能量贮藏起来，使动能增大时，速率增加不太大；反之，当切削阻力的功超过驱动力的功时，把多余的能量释放出来，使动能减少时，速率降低不至于太大。刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。4.2装刀部分设计和底刀部分设计装刀是首先用螺栓在试刀架上达到定位要求长度时联结在一起，而后，将飞刀和压力块一起用螺柱固定在刀盘上。安刀架和安刀示意图（图4.2）。木片的长度是通过飞刀的伸出量来调整实现的。设计的调整机构是通过安刀架、定位块间长度而实现准确的调整的。其中，上边定位块是固定的，而下边定位块是可移动的，把飞刀同时在该安刀架上调整后，在安装在刀盘上，即能保证飞刀的伸出量的相等性，从而保证木片质量。1.定位块 2.飞刀 3.压力块 4.固定定位块图4.2 试刀架4.3主轴的结构设计4.3.1 轴的最小直径计算根据文献1实心圆轴公式，其切应力 MPa (4.4) 图4.3 主轴结构写成设计公式，轴的最小直径 mm (4.5) 上两式中： 轴的抗扭截面系数，mm；轴传递的功率，KW；轴的转速，r/min；许用切应力，MPa；与轴材料有关的系数，可由表4.1查得。对于受弯矩较大的轴宜取较小的值。当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大，双键增大。表4.1轴强度计算公式中的系数轴的材料Q235,20 Q255,Q275,35 4540Cr,38SiMnMo/MPa121520253035404552C16014813512511811210610298轴的最小直径为mm参照文献14主轴的设计，考虑到各部件间的关系，设计该轴的结构如图4.3所示。为了使轴的强度足够，选mm。4.3.2轴承的选择两个轴承支承着刀盘的重量，轴承应能承受较大的单向径向力，同时由于木材对刀盘有冲击作用，以及切削分力，都使得刀盘受到一个轴向力，同时考虑到轴的轴向位置要求准确，从而保证飞刀与底刀的间隙，故选用一对圆锥滚子轴承(GB/T297-93),轴承型号30210，d=50 mm，mm，宽度mm，其径向承载能力大，满足设计要求。密封装置采用毛毡式。润滑采用脂润滑。4.4传动比计算和大、小带轮的计算传动比 因为削片时会产生很大的噪声，且运转不够平稳，故选用带传动。两轴平行，回转方向相同，传动比较小，速度m/s，选用开口传动。带传动是具有中间挠性件的一种传动，所以：1）能缓和载荷冲击；2）运行平稳，无噪声；3）制造和安装精度不象啮合传动那么严格；4）过载时，将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件（可达15m）。带传动的特点很适合这台削片机的要求，故带传动是很好的选择。由知 定带型号和带轮直径工作情况系数 计算功率 kw (4.6)选带型号 根据kw，n=1920r/min 查文献8-12此坐标位于B型处固选普通型小带轮直径 取mm大带轮直径 mm （设） (4.7)计算带长求 =252.5mm求 =102.5mm初取中心距 mm带长 mm (4.8)求中心距和包角中心距 mm (4.9)小轮包角 (4.10)求带根数 带速 m/s (4.11)带速在525m/s范围内，合适传动比 带根数 kw，kw (4.12)取=3根求轴上载荷张紧力 N (4.13)轴上载荷 N (4.14)带轮结构设计带轮材料 由于m/s25 m/s 选灰铸铁 HT200铸造结构形状 铸造大、小带轮的结构如图4.4所式：下面介绍一下灰口铸铁的特点：灰口铸铁的拉伸强度和塑性很低，这是由于片状石墨对基体严重割裂作用造成的。石墨片相当于在刚基体上形成的许多裂纹和空洞。受拉应力作用时，裂纹尖端的曲率半径愈小以及石墨片长度愈大，则在裂纹尖端处引起的应力力愈大，拉伸度降低的就也图4.4 带轮结构愈多。受压应力时，因石墨片不引起大的局部应力，因而对压缩强度影响不大。变质处理后，由于石墨片细化，石墨对基体的割裂减小，使铸铁的强度提高，但对塑性无明显改善。灰口铸铁有良好的消震性。铸铁中的石墨对振动的传播起削弱作用，尤其当石墨为片状的时候，这是灰口铸铁的突出优点之一。对于一般铸铁，在有润滑的条件下，含有石墨的铸铁是很好的耐磨材料。石墨本身有良好的润滑作用和减摩性；尤其是石墨周围的孔隙中可以储存润滑剂，使摩擦面积始终保持良好的润滑条件。铸铁成分一般控制在共晶成分附近，因此流动性能好，熔点比钢低得多，易于制造薄壁复杂形状的零件。铸铁凝固时由于析出了石墨，体积膨胀，减少了铸件的凝固收缩。体积减小可减小铸件的内应力避免变形和开裂，同时可大大减少补缩用的冒口，简化铸造工艺，容易得到质量可靠的铸件。由于铸铁有上述优点，很适合大、小带轮的制造材料，故选用HT200来铸造。4.5 进料槽的设计计算进料槽的尺寸根据刀盘的直径确定，方形进料槽的宽度一般为倍的刀盘直径，其长度取决于原料的长短。mmmm由于本次设计的削片机主要是切削成捆的枝桠材，故设计进料槽的尺寸为100mm135mm350mm，进料槽的长度较长，方便自由进料。只要把成捆的原料扔进进料槽，便可实现自由进料。4.6 本章小结本章主要介绍了刀盘的结构和尺寸的确定，装刀和底刀的部分设计，主轴的结构设计，传动比和大、小带轮的设计和计算，进料槽和出料口的设计计算。第5章 各部件的校核和验算5.1轴的强度校核 ，为轴的四个截面图5.1 轴结构图计算支承反力水平面受力分析见图5.2水平支反力 NN图5.2 水平面受力图垂直面受力分析见图5.3垂直面反力 N N图5.3 垂直面受力图画轴弯矩图水平面弯矩分析见图5.4图5.4 水平面弯矩图垂直面弯矩分析见图5.5图5.5 垂直面弯矩图合成弯矩分析见图5.6画轴转矩图轴受转矩 Nmm图5.6 合成弯矩图转矩分析见图5.7图5.7 转矩图许用应力 用文献14查得： MPa许用应力值 MPa应力校正系数 画当量弯矩图当量弯矩 Nmm 当量弯矩Nmm (5.1)Nmm (5.2)当量弯矩分析见图5.8图5.8 当量弯矩图校核轴径设计的最小直径 mm轴径 mm (5.3) mm (5.4)mm判断危险截面初步分析、四个截面有较大的应力和应力集中，下面以截面为例进行安全系数校核。轴材料选用45钢调质，MPa，MPa对称循环疲劳极限 MPaMPa脉动循环疲劳极限 MPa MPa等效系数 截面上的应力弯矩 Nmm弯曲应力幅 MPa弯曲平均应力 扭转切应力 MPa扭转应力幅和平均切应力 MPa应力集中系数有效应力集中系数 因在此截面处，有轴直径变化，过度圆角半径mm ，由，和MPa，经文献1查得，。如果一个截面上有多种产生应力集中的结构，则分别求出其有效应力集中系数，从而取最大值。表面状态系数 由文献5查得m, B=650MPa)由文献5查得安全系数弯曲安全系数 (5.5)扭转安全系数 (5.6)复合安全系数 (5.7)以上分析说明，轴是完全符合要求的。5.2刀盘的校核按照文献12中有孔圆盘公式计算切向和径向应力值切向应力： (5.8)式中：材料密度；刀盘角速度，S-1；内孔直径，mm；刀盘直径，mm；变量半径；系数，。在处，达到最大值 (5.9)MN/m2径向应力 (5.10)在处，达到最大值MN/m2由离心力牵引起的在刀盘上被刀槽削弱处断裂的应力作用在断面上的离心力： (5.11)式中：刀盘重量，kg；刀盘旋转轴线至半个刀盘的质量中心的距离，mm；mm刀盘旋转角速度，S-1。离心力 N在断面上的应力： (5.12)式中：断面上的总面积； m2kg/m2安全系数：刀盘连接处，由切应力引起的剪应力计算近似计算公式： (5.13) 式中： 剪应力，kg/cm；动载荷系数，取最大切削力有两把刀工作时， kg ，相邻两刀槽之间的断面与的面积；cm2cm2剪应力kg/cm2扭转力矩所引起的平均剪应力的计算在断面处，计算平均剪应力公式： (5.14)式中：平均剪应力；电机瞬时过载系数，；削片机主轴由电机通过皮带传动的力矩Nmm连接处的最小半径，mm所有连接处总的断面积mm2平均剪应力 (kg/cm2) (5.15)故刀盘强度符合要求。5.3 轴承的校核轴承选取为30210型圆锥滚子轴承，经文献1查手册，轴承主要性能参数如下：N，N，r/min（脂润滑），计算步骤及结果如下：寿命计算附加轴向力N (5.16)N (5.17)轴承轴向力 因，轴承2被压紧，故NNX、Y值查文献1 ， ，冲击载荷系数 考虑中等冲击，经文献1查当量动载荷 N (5.18) N (5.19)轴承寿命 因，只计算轴承寿命 h105h (5.20)静载荷计算，查文献14得 ，当量静载荷NN NN取大者 N，N安全系数 正常使用滚子轴承。查文献14得计算额定静载荷 N 许用转速验算载荷系数 经文献14查 ，载荷分布系数 经文献14查 ，许用转速r/min r/min均大于工作转速r/min，故轴承满足要求。5.4 本章
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