切片机切木麻黄的应力分析及改进

切片机切木麻黄的应力分析及改进

1木片质量检验木材研磨和造纸生产是砂浆和造纸生产的最重要过程。切削后的木片要经过木片筛筛选,以保证合格木片的尺寸。海口港切片厂1994年进口的一台韩国大型切片机在切削桉木时,木片中只有少量大扁块,木片质量基本合格。1997年改切木麻黄木材时,切削不散的大扁块木片明显增多,多达该机切片量的20%,严重影响了筛机的正常筛选及木片质量。2切片机液压旋转轴片的撞击力分析从不散木片形状分析,切片机切片宽度正常,木材顺纹被切断,但横向不散,形成大扁块(如图1)。切片刀斜向切削木材,主要是切断顺纹纤维,同时还要使木片横纹向受到冲击产生破裂,以保证木片尺寸。木片横向是靠三部分力来击散的,即:切削时切片刀后角的挤压力;飞轮高速旋转时,木片撞在压刀块后方撞刀板上的撞击力;木片飞溅到机壳上与机壳形成的冲击力和磨擦力。第一种力与垫刀块和刀后角角度有关,该角度与切片刀的切削角相一致,在目前现有切片刀钢质情况下,基本上保持在32°角左右。第二种力和第三种力都与木片从切削槽出来的速度有关。离开切削槽时木片的速度,是切片机飞轮的旋转时该点的切向线速度和木材切削速度的合速度(如图2所示)。此速度只与飞轮转速有关。查林业手册可知,桉树木的特点是木质松软、易翘易裂,而木麻黄木的材质硬而重,既干燥又难变形。由此可见,木麻黄纤维间的胶着力比桉木的大,为击碎木麻黄大扁块要比击碎桉木大扁块要用更大的撞击力。由于撞击力只与飞轮转速有关,所以,解决木麻黄木片能切不能散的措施只有通过提高飞轮转速来实现。3切片机转速随原代克氏原主动轮直径的变化该切片机为皮带转动,可通过改变两皮带轮直径比来提高切片机转速。击碎扁木块实际上是木片横向受冲击压力作用的过程。木片受压时的应变如图3所示。只要压应力超过木材的横向极限应力,木片就会碎散。查《木材许用应力表》可知,挤压时它们的横纹受压允许应力为:б桉木=1.5×106Paб木麻黄=1.9×106Pa由于木片在撞击时内力分析很复杂,所以,本文不对其具体数值进行分析计算,只是通过桉木与木麻黄两种材质的性能指标比较来获得有关数据。根据下列公式:曹兆年切片机切木不散原因的分析及改进研究·设计·制造б=FsF=maa=ω2rб=FsF=maa=ω2r可推导出:i=ω1ω2=√a1a2=√F1F2=√б1б2=1.125i=ω1ω2=a1a2−−√=F1F2−−−√=б1б2−−√=1.125式中:б为应力,F为挤压力,s为受力面积,a为加速度,ω为角速度,r为距轴心半径,下标1为木麻黄,下标2为桉木。由上式可知:要使木麻黄在撞击时获得与桉木一样的横向应力,飞轮转速必须提高12.5%,考虑到该切片机切桉木时已有少量大扁块,所以决定按提速20%进行修改。(即改进后转速与原转速比为:i=1.2)。原主动轮直径为D1=400mm,从动轮直径:D2=940mm。由于从动轮已经很大,因此通过增大主动轮直径来提高切片机转速。改进后主动轮直径为:D1′=iD1=1.2×400=480mm改进后切片机的转速约为:n2=D1D2n=5035r/minn2=D1D2n=5035r/min4启动可行性验证4.1皮带的传动力测试电动机皮带轮增大后,小轮的皮带包角增大,皮带与轮间磨擦力增大,传动效果更好。4.2木材顺纹切削剪力该切片机配制的电动机为:Y355M1-6型,功率185kW,额定转速为986r/min,电压380V,电流336A。切片机切木时的受力分析如图4所示。飞轮上刀具为四把均分,四分之一转内只切一刀木,允许切削木材的最大直径Ø340mm。切削中心点离轴心距离:r=315+3402=485r=315+3402=485mm,单刀最大切削面积为倾斜40°时切削木材的椭圆面积s为:s=πab=π34023402cos40°=118521mm2s=πab=π34023402cos40°=118521mm2上式中:a为椭圆最小半径,b为椭圆最大半径查《木材应力表》知,木材顺纹切削剪力为:τ=12×106Pa单刀最大切削力:F=KSτ切削刀口面积:s=eb切刀口取达到磨钝标准刀口宽度极限值:b=0.6mm(实际切削时不会超过0.4)刀的有效切削长度取最大木材直径值:e=340mm式中Κ为刀角切削力折减系数∶k=1cos32°=1.179F=1.179×340×0.6×10-6×12×106=2886.19(Ν)切削时对木片所做的功由三部分组成:一是切片机带动木片同步旋转的力所做功;二是切削力所做功;三是木片进刀所做的功。因为切削为间歇冲击切削,而切削机飞轮提供了巨大的旋转惯性,因此,按照切削功率计算较准确。(1)4到4的转换时间t=1460n2式中:n2—切片机转速。计算得:t=0.03(s)(2)d木—四分之一转切削木片重量m=lπD木24λ式中:l—木片切削进入长度,取l=28mm;D木—切削木头最大直径,取340mm;λ—木材比重,无皮湿木,λ取800kg/m3。计算得:m=2.03kg(3)在切割点的切割线速度中V线=ωr=n22π60r=25.56m/s(4)在切割过程中，木片相对于进刀的推进速度V进=lt=0.93m/s(5)称重传感器p切=Fv线×10-3=73.77kW(6)给安装功率p进=Fv线×10-3sin32°=39.09kW(7)角带传动式切片机p转=12mv线2÷t=22.05kW所以,切片机总功率为:p=p切+p进+p转=73.77+39.09+22.05=134.91kW该切片机为三角带传动,其效率在(0.70～0.85)之间取η=0.8则,马达总功率p总=p÷η=168.64kW<185kW由于计算时各项数据都是取的最大极值,且计算值也小于马达额定功率,所以原马达可以满足改进后的负荷要求。4.3马达总功率和转速由设计手册查知,估算轴的轴径参考公式为:d≥A3√pn这里p为马达总功率;n为转速;A为轴用材质常数,取100。d≥149.6mm原轴直径最大处为195mm,最小处为165mm,所以轴的尺寸可满足改进后的要求。5切片机性能的改进本文通过对切削加工时木材木片的应力分析,找出了桉木切片机改切木麻黄后,木片不散的原因,提出了具体的改进方法,并对改进后切片机马达功率,轴的承受能力进行了可行性验证。得出了将桉木