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差動(dòng)分級(jí)式齒輥式破碎機(jī)
使用遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘要：我們的差分級(jí)齒輥式破碎機(jī)結(jié)合了齒輥式破碎機(jī)，顎式破碎機(jī)的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點(diǎn)，克服齒輥式破碎機(jī)的缺憾。動(dòng)顎破碎機(jī)采用曲柄搖桿機(jī)制，從而優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能和改善破碎機(jī)的抗裂能力，我們建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化傳輸角ｒ，以盡量減少行程特性值m。使用遺傳算法優(yōu)化的破碎機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)多對(duì)象的設(shè)計(jì)獲得最佳的結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，顯示出動(dòng)顎式破碎機(jī)和裂解能力的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化。
1.引言
在許多行業(yè)中，物料粉碎過(guò)程是不可缺少的（如采礦，金屬
冶煉的，化工等行業(yè)）。傳統(tǒng)式破碎機(jī)（例如，顎式破碎機(jī)，沖擊式破碎機(jī)，回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)，錘式粉碎機(jī)），實(shí)現(xiàn)物資的粉碎破碎能力，主要取決于工作沖擊壓力的部分。這些破碎機(jī)效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿(mǎn)足傳統(tǒng)的破碎機(jī)。在最近幾年，一個(gè)英國(guó)MMD齒輥式破碎機(jī)大量被使用。但是，從平時(shí)的調(diào)查來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機(jī)的一些不足之處：1）通過(guò)齒嚙合來(lái)破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個(gè)粉碎腔，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機(jī)未能完成實(shí)際的分級(jí)破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會(huì)迅速出現(xiàn)損壞和金屬疲勞。 2）兩種情況下發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一個(gè)是一種高流動(dòng)大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤(rùn)的煤會(huì)導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機(jī)由于沒(méi)有有效的分級(jí)機(jī)制，結(jié)果是不令人滿(mǎn)意的，我們不能單靠齒嚙合。根據(jù)使用MMD齒輥式破碎機(jī)的一些煤礦區(qū)的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，他們大多數(shù)煤礦沒(méi)有要求的干燥度。 3）MMD破碎機(jī)的破碎能力通過(guò)提高傳動(dòng)部分的力來(lái)增加破碎的能力，從而導(dǎo)致高功耗和高成本?；谶@些考慮，并結(jié)合中國(guó)神華能源有限責(zé)任公司和神東煤炭分公司的需求，我們的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的，高效的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)破碎機(jī)的缺陷。
如圖1所示，破碎機(jī)破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。動(dòng)顎曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，
似乎有很多的文獻(xiàn)研究的目的只是在優(yōu)化的傳輸角度ｒ。例如，李等人只是選擇減少圖[2-3]中的行程特性值m。但是，在一個(gè)實(shí)際的和典型的破碎機(jī)設(shè)計(jì)中，動(dòng)顎的破碎能力和傳動(dòng)角，行程特性值m都有密切的聯(lián)系。我們已經(jīng)使用了GA（遺傳算法），以便優(yōu)化曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)齒輥式破碎機(jī)的傳動(dòng)角ｒ，和最小行程值m。
1．電機(jī)組裝篩分機(jī)制；2.齒輥屏軸; 3.傳動(dòng)齒輪：4.粉碎齒; 5.動(dòng)顎 6. 調(diào)整機(jī)制
7.機(jī)殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機(jī)
圖1齒輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖
圖2 齒輥式破碎機(jī)斷裂機(jī)制示意圖
2．曲柄搖桿的動(dòng)力學(xué)分析
一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的性能依賴(lài)其連桿相對(duì)長(zhǎng)度。如果我們把搖臂?的長(zhǎng)度等于1，那么相對(duì)長(zhǎng)度的曲柄，連桿和身體幀分別為a，b和d。數(shù)學(xué)模型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是獨(dú)立的的實(shí)際長(zhǎng)度，這使得它更普遍。
2.1 最佳傳動(dòng)角ｒ
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳輸力主要取決于傳動(dòng)角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過(guò)程中，傳輸角度時(shí)刻變化。每個(gè)組件的選擇具有合適的尺寸，可以?xún)?yōu)化得到最小傳動(dòng)角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。
兩個(gè)最小傳動(dòng)角的可能位置如圖所示。
圖3.最小傳動(dòng)角位置示意圖
2.3 行程特征值m
動(dòng)顎的行程，被分成水平和垂直的兩個(gè)部分。水平部分的功能是粉碎材料，垂直行程不能幫助粉碎，但也可以加速粉碎。遞減m的值既可以降低能耗和耐磨耗，同時(shí)，可以提高生產(chǎn)效率和提高破碎比。應(yīng)采取一些措施，以減少m的值。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，C點(diǎn)被取出進(jìn)行分析。幾何關(guān)系如圖所示。
圖4.曲軸和連桿路線圖
因此，行程特征值到C 點(diǎn)的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動(dòng)角度：
傾角大小取決于連桿機(jī)制和動(dòng)顎的力。它的取值范圍通常15°到20°之間。 s是水平行程，h是垂直行程。
3差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的動(dòng)顎的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，無(wú)論是傳動(dòng)角γ和行程特性C點(diǎn)的值都可以表示為相對(duì)長(zhǎng)度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)變量是：
動(dòng)顎的目標(biāo)函數(shù)最大化的最小傳動(dòng)角γ：
動(dòng)顎的目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特征m值??是：
適用以下約束：
1） 設(shè)計(jì)變量的邊界約束條件：
其中aimax和bimax是設(shè)計(jì)變量的上限和下限設(shè)計(jì)變量。
2） 擁有一個(gè)曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件：
3） 約束的傳輸角度：增加傳輸角度可以提高傳輸效率和增強(qiáng)水平行程。但是，過(guò)多大傳動(dòng)角具有相反的效果。
一種常見(jiàn)的情況是：
4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常m的范圍是1.5和2.5之間。
5）動(dòng)顎的水平行程S對(duì)生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會(huì)降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會(huì)加大破碎力，并導(dǎo)致過(guò)載損壞設(shè)備。水平行程的范圍：
其中dmin是排放口的最小尺寸。
6）肘板的角度約束。通常情況下，γ的范圍是18°至23°。綜上所述，優(yōu)化問(wèn)題的可以歸結(jié)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的問(wèn)題：
其中
多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案，導(dǎo)致了低效率，并很容易導(dǎo)致一個(gè)明顯得局部問(wèn)題。但遺傳算法的方法是迭代運(yùn)行得到一個(gè)局部最優(yōu)解。通過(guò)可能的傳輸規(guī)則來(lái)指導(dǎo)搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒(méi)有特殊要求，不需要任何額外的信息。我們已應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的
多對(duì)象設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
4遺傳算法
遺傳算法是一種隨機(jī)搜索方法，它模仿自然演化規(guī)律。GA第一次是在1975年由荷蘭提出，它有以下主要特點(diǎn)：它直接運(yùn)行在結(jié)構(gòu)化對(duì)象，沒(méi)有任何限制函數(shù)求導(dǎo)和連續(xù)性;它擁有隱式并行和改進(jìn)的能力全局優(yōu)化;通過(guò)使用隨機(jī)優(yōu)化方法，它可以自動(dòng)獲取和引導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調(diào)整沒(méi)有具體的自適應(yīng)搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個(gè)重要技術(shù)OGY智能計(jì)算。主要方法是：1）編碼前的數(shù)據(jù)中搜索解空間，GA的數(shù)據(jù)表示，作為一個(gè)基因型表型的字符串結(jié)構(gòu)和各種組合獲得不同的點(diǎn)。 2）創(chuàng)建一個(gè)初始化的GE-菜單組：GA隨機(jī)生成N初始化字符串?dāng)?shù)據(jù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)被稱(chēng)為一個(gè)單獨(dú)UAL和這些人形成一個(gè)屬組。 GA開(kāi)始使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)作為初始迭代點(diǎn)。 3）個(gè)體適應(yīng)值估計(jì)的適應(yīng)性函數(shù)表示的質(zhì)量個(gè)人或溶液。針對(duì)不同的問(wèn)題，本一個(gè)適應(yīng)性函數(shù)的定義是不同的。 4）選擇：選擇的目的是選擇前CELLENT目前屬群和個(gè)人之間允許他們有機(jī)會(huì)繁殖后代的父母。選擇是這一思想的體現(xiàn)為GA。選擇的原則是，指示高適應(yīng)性viduals將有較大貢獻(xiàn)一個(gè)或多個(gè)后代的概率。 5）分頻點(diǎn)：這是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的屬具備的特點(diǎn)與前面的蒸發(fā)散一代。它體現(xiàn)了思想的信息交換。 6）基因突變：第一，GA隨機(jī)選擇個(gè)人從組屬。然后改變一個(gè)數(shù)據(jù)的值從字符串?dāng)?shù)據(jù)與給定的概率為選定的個(gè)人。類(lèi)似生物宇宙，突變的概率GA是也很低，通常取值范圍為0.001至0.01，也就是說(shuō)，突變提供了一個(gè)機(jī)會(huì)產(chǎn)生新的個(gè)體。
5基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化
我們采取了不同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)我們的優(yōu)化對(duì)象壓榨能力為4000噸/小時(shí)。為了決定在曲軸的長(zhǎng)度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機(jī)制，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)（9）的最大值，該值的條件下行程速比系數(shù)為1.25時(shí)，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置屬群規(guī)模等于50，交叉概率性為0.8，變異概率為0.005和數(shù)代的演變?cè)?000。傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼方法比較相對(duì)方便的使用時(shí)，在理論分析。但對(duì)于多維和高精度數(shù)值校準(zhǔn)的問(wèn)題，它往往效率低，不準(zhǔn)確。我們用一個(gè)自然數(shù)編碼方法設(shè)置三個(gè)變量a，b和d的基因，有序的結(jié)合入染色體。例如
就包含在其中。
在初始化期間，GA將產(chǎn)生一個(gè)屬基團(tuán)，其中50個(gè)個(gè)體上產(chǎn)生的根據(jù)一個(gè)變量的范圍。我們選擇了式（9）為總目標(biāo)函數(shù)的值表示個(gè)人適應(yīng)性。作為例子，我們把個(gè)人的p和q被取代的式（9），即，（P）=0.8145，F(xiàn)（Q）=0.7887，F(xiàn)（P）> F（Q）。這表明，指示的p適應(yīng)性比q的更好。
輪盤(pán)賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤(pán)賭的游戲，我們模仿和計(jì)算的總的適應(yīng)性和在同一時(shí)間的相對(duì)并累計(jì)每一個(gè)人的適應(yīng)性。然后，輪盤(pán)變成為50倍，和一個(gè)隨機(jī)號(hào)0和1之間的每個(gè)時(shí)間。一個(gè)數(shù)比較，可以選擇由個(gè)人的累積，為每個(gè)單獨(dú)的適應(yīng)性。例如，如果我們讓r是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后FC（I）累計(jì)適應(yīng)性個(gè)體iFC（i +1）的累計(jì)個(gè)體適應(yīng)性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話(huà)，那么個(gè)體i+1將選擇。依此類(lèi)推，所有選定的個(gè)人我們可以組成一個(gè)新屬組，并開(kāi)展交叉和變異操作。
單點(diǎn)雜交方法采用的是交叉操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于01時(shí)屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個(gè)人選擇一個(gè)偶數(shù)，那么配對(duì)后，可以實(shí)現(xiàn)交叉操作隨機(jī)的。以個(gè)人的p和q為配對(duì)例如，我們的交叉點(diǎn)設(shè)置為2，這意味著我們選擇了第二個(gè)基因跨越。后交叉操作，個(gè)人成為
方法是通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的突變操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于0和1之間時(shí)屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當(dāng)前個(gè)人會(huì)發(fā)生變異。突變運(yùn)算的方思是類(lèi)似初始化我們重建設(shè)計(jì)的邊界中的一個(gè)單獨(dú)的基因變量。
經(jīng)過(guò)選擇，交叉和變異操作，評(píng)價(jià)函數(shù)被調(diào)用，以確保最好的個(gè)人可以被保存。優(yōu)化結(jié)果（轉(zhuǎn)換）示于表1。
最優(yōu)化的結(jié)果，這已被應(yīng)用于在生產(chǎn)實(shí)踐中，能滿(mǎn)足約束情況。鄭州長(zhǎng)城冶金設(shè)備廠，與我們的合作廠家，產(chǎn)生了相應(yīng)的破碎機(jī)已經(jīng)在中國(guó)大量出售。根據(jù)實(shí)際工作情況，不同的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)具有破碎強(qiáng)度大的特點(diǎn)，高突破效率，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，高能力清除堵塞和抗粘連和穩(wěn)定粒度破碎產(chǎn)品，所有這些都達(dá)到了他們預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
6結(jié)論
我們已經(jīng)用遺傳算法進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們可以聲明如下：
1）我們的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的破碎比，破碎效率高。
2）由于它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA可以開(kāi)展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個(gè)并行，并發(fā)和逐漸進(jìn)化搜索過(guò)程，在這過(guò)程中，避免局部最優(yōu)。
3）優(yōu)化的結(jié)果已在實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)際破碎機(jī)的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的。工業(yè)上的應(yīng)用已被證明效果良好。也已表明，以?xún)?yōu)化破碎機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
多目標(biāo)設(shè)計(jì)與優(yōu)化傳動(dòng)角γ和動(dòng)顎m作為目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特性，能獲得最佳效果。
致謝
作者向黃教授表達(dá)自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團(tuán)提供的寶貴意見(jiàn)。編者還要感謝鄭州長(zhǎng)城冶金設(shè)備廠免費(fèi)提供的有用的材料。
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一．題目來(lái)源
生產(chǎn)實(shí)踐
二.研究的目的和意義
通常市面上出售的木材削片機(jī)分為鼓式和盤(pán)式兩種，它們都由機(jī)座、進(jìn)料口、刀盤(pán)、機(jī)殼、削片刀片和電控組成。在進(jìn)料方面，盤(pán)式木材削片機(jī)依靠木材自身重力進(jìn)料，鼓式木材削片機(jī)通過(guò)進(jìn)料輥進(jìn)料，它們都沒(méi)有強(qiáng)制進(jìn)料結(jié)構(gòu)，這樣，在切削木材時(shí)，木材容易打滑跳動(dòng)，增加了切削的阻力，從而降低了切削效率，增加了功耗。在原料選擇方面，傳統(tǒng)的木材削片機(jī)只能切削剝皮后的小徑木、竹材、板皮材及采伐次薪材余料等。對(duì)于過(guò)粗（350mm以上）過(guò)細(xì)（30mm以下）過(guò)短（250mm以下）過(guò)?。?mm以下）及不規(guī)則原料（未分解的樹(shù)墩、枝杈等）不充分具有均勻切削的功能。
因此，本研究的目的是在原有的木材削片機(jī)模型上，增加一個(gè)具有強(qiáng)制喂料的齒輥結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以在進(jìn)料時(shí)，通過(guò)輥齒，將木材牢牢的卡住，再通過(guò)齒輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，將木材輸送進(jìn)去。這樣，就可以很好的防止木材在切削過(guò)程中的打滑跳動(dòng)現(xiàn)象，從而降低了切削阻力，減小了功耗。在進(jìn)料的過(guò)程中，齒輥還可以對(duì)木材進(jìn)行擠壓，并向兩邊擴(kuò)散，不僅能使木材變得更好切削，還能增大切削面積，大幅度提高效率；小塊的木材會(huì)被齒輥壓緊成塊進(jìn)行切削，從而解決了傳統(tǒng)木材削片機(jī)不能很好的切削細(xì)碎料的問(wèn)題。
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14，Jihoe Kwon .Modeling of coal breakage in a double-roll crusher considering the reagglomeration phenomena.[J].Powder Technology,2012
四．國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
19世紀(jì)70年代，北歐、北美的林業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(pán)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。中國(guó)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(cāng)或運(yùn)輸車(chē)中的作業(yè)，從而大大地提高了木材削片的生產(chǎn)率。
木材削片機(jī)有固定式和移動(dòng)式兩大類(lèi)。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(pán)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。
① 鼓式削片機(jī)。主要用于切削直徑或厚度在 120毫米以下的枝椏、小徑木、
板皮、板條等，切削后的木片，用作纖維板、紙漿的原料。其切削機(jī)構(gòu)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鼓輪，上面安裝若干把飛刀，飛刀旋轉(zhuǎn)時(shí)將木材加工成工藝木片。鼓輪外緣上有多個(gè)方形通孔，可使木片順利排出；進(jìn)料機(jī)構(gòu)由進(jìn)料接口、上下進(jìn)料輥及進(jìn)料調(diào)隙機(jī)構(gòu)組成，從進(jìn)料接口進(jìn)入的木料被上下進(jìn)料輥壓住，并以一定的速度向切削機(jī)構(gòu)進(jìn)給，控制切削木片的尺寸；在加工厚木料時(shí)，由進(jìn)料調(diào)隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。木片經(jīng)篩選后，較大的須再次進(jìn)入刀片與檔板間粉碎（圖1）。這種削片機(jī)切削的木片質(zhì)量較低。
② 盤(pán)式削片機(jī)。由刀盤(pán)、切削刀、底刀、刀盤(pán)葉片等組成（圖 2）。刀盤(pán)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(pán)上順著刀刃方向有貫通的縫隙，削好的木片可轉(zhuǎn)到刀盤(pán)的另一面。刀盤(pán)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(guò)篩選，過(guò)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(lèi)型，前兩種切削的木片均勻度都較差，螺旋面刀盤(pán)式削片機(jī)由于在切削過(guò)程中切削表面全部同刀盤(pán)接觸，單位壓力較小，木片切口整齊，碎木片少，刀盤(pán)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(guó)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(shù)削片聯(lián)合機(jī)的采用，將使經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)一步提高。
從國(guó)內(nèi)外木材削片機(jī)的使用情況來(lái)看，目前削片機(jī)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是木片質(zhì)量不穩(wěn)定，表現(xiàn)為超大片或碎小片比例高，木片合格率低；二是削片機(jī)的功率比較高，一般為幾十千瓦到幾百千瓦。統(tǒng)計(jì)資料表明，國(guó)產(chǎn)削片機(jī)動(dòng)力配備相差很大，存在動(dòng)力不足和大馬力拉小車(chē)的問(wèn)題。使用情況也證明有的削片機(jī)功率過(guò)大，而有的卻不足。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是設(shè)計(jì)時(shí)僅靠經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比，缺少必要的原始資料，數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)計(jì)算，此外，削片機(jī)本身的切削特點(diǎn)也決定了切削功率過(guò)大；三是振動(dòng)噪音大，在所有的木工機(jī)械中，削片機(jī)是噪音最嚴(yán)重的機(jī)械之一，其工作是噪音高達(dá)110dB，超標(biāo)12-20dB，空轉(zhuǎn)噪音高達(dá)102dB，超標(biāo)3-6dB，嚴(yán)重影響工人的身形健康。
國(guó)內(nèi)有關(guān)對(duì)木片質(zhì)量方面的研究較多也較全面，并已經(jīng)找出了影響木片質(zhì)量的諸多因素及影響規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)取得了比較好的效果。而對(duì)切削功率及振動(dòng)噪音的研究較少，雖有一定進(jìn)展但還不全面。
木材削片機(jī)在國(guó)外已經(jīng)成熟，我國(guó)削片工業(yè)的發(fā)展與之相比還有很大的差距。近10年來(lái)，隨著人造板和造紙工業(yè)的興旺，我國(guó)削片機(jī)的發(fā)展很快，數(shù)量，品種不斷的增加，并正形成系列產(chǎn)品。然而我國(guó)林區(qū)的削片機(jī)多數(shù)還都是60年代的產(chǎn)品，不定型，出片率低，質(zhì)量無(wú)保障，而且維修困難，削片機(jī)的設(shè)計(jì)方法落后，靠類(lèi)比，憑經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，影響削片機(jī)的性能。針對(duì)我國(guó)削片機(jī)的現(xiàn)狀，應(yīng)采用一系列先進(jìn)的測(cè)試手段，對(duì)削片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試和理論分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情的新型削片機(jī)。
五.主要研究?jī)?nèi)容、重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路
主要研究?jī)?nèi)容：
1． 削片機(jī)的工作原理；
2． 齒輥的結(jié)構(gòu)及作用；
3． 齒輥結(jié)構(gòu)的成型設(shè)計(jì)。
重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題：
1．齒輥整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；
2．齒輥齒形的設(shè)計(jì)。
解決思路：
1.查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，了解基本的工作原理；
2.根據(jù)工作原理和工作方式確定結(jié)構(gòu)組成；
3.查閱國(guó)外削片機(jī)結(jié)構(gòu)相關(guān)文獻(xiàn)；
4.依據(jù)給定參數(shù)確定整體結(jié)構(gòu)的基本雛形；
5.根據(jù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析確定結(jié)構(gòu)具體尺寸；
6.對(duì)齒輥進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；
六.工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排
畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間共計(jì)12周，具體安排如下：
第7周 查閱資料和翻譯外文資料
第8周 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，準(zhǔn)備開(kāi)題報(bào)告答辯
第9-10周 確定總體方案
第11-12周 木材削片機(jī)的設(shè)計(jì)
第13-14周 齒輥基本設(shè)計(jì)
第15-17周 齒輥齒形的設(shè)計(jì)
第18周 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)
七.指導(dǎo)老師審查意見(jiàn)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
課題名稱(chēng) 木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 號(hào) 200903485
姓 名 姚夢(mèng)川
專(zhuān) 業(yè) 過(guò)程裝備與控制
指導(dǎo)教師 張善彪
評(píng)閱教師
開(kāi)題時(shí)間 2013 年 4 月 17 日
長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械學(xué)院
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
題目名稱(chēng)： 木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
題目類(lèi)型： 畢業(yè)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 姚夢(mèng)川
院 (系)： 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 裝備10901班
指導(dǎo)教師： 張善彪
輔導(dǎo)教師：
時(shí) 間： 2013.3 至 2013.6
目 錄
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)………………………………………………Ⅰ
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn)……………………………………………Ⅲ
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)…………………………………………………Ⅳ
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定…………………………………………Ⅴ
木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要……………………………………………………Ⅵ
1 前言 ………………………………………………………………………………1
1.1 課題的目的和意義…………………………………………………………1
1.2 研究概況……………………………………………………………………1
2 選題背景 …………………………………………………………………………2
2.1 題目來(lái)源……………………………………………………………………2
2.2 研究的目的和意義…………………………………………………………2
2.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)………………………………………………3
2.4 研究思路……………………………………………………………………7
3 削片機(jī)的總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………………7
3.1 削片機(jī)的方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………7
3.2 削片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………10
3.3 本章小結(jié) …………………………………………………………………14
4 齒輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………14
4.1 齒輥的基本外形的設(shè)計(jì) …………………………………………………14
4.2 齒輥滾筒厚度的計(jì)算 ……………………………………………………15
4.3 齒輥齒數(shù)的計(jì)算 …………………………………………………………16
4.4 齒輥齒形的設(shè)計(jì) …………………………………………………………18
4.5 軸的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………19
4.6 軸的強(qiáng)度校核 ……………………………………………………………22
5 成型工藝…………………………………………………………………………26
6 結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………26
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………27
致謝 …………………………………………………………………………………28
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
學(xué)院（系） 機(jī)械工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)過(guò)程裝備與控制 班級(jí) 裝備10901
學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師/職稱(chēng)
1． 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：
2013 年3月28日～2013年6月17日
3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）
需要參考資料：
原始數(shù)據(jù)：
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文：字?jǐn)?shù)不少于1.2萬(wàn)字；
翻譯：與研究課題有關(guān)的譯文不少于3千漢字（或2萬(wàn)印刷字符的外文原文的翻譯）；
閱讀與研究課題有關(guān)的有代表性的參考文獻(xiàn)資料15篇以上。
繪圖：
（1）總裝圖1張
（2）零件圖3-4張
6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求
完成該畢業(yè)設(shè)計(jì)要求具有較強(qiáng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算能力，并需要自學(xué)SolidWorks等工程軟件。
需上機(jī)120學(xué)時(shí)。
任務(wù)書(shū)批準(zhǔn)日期 2013 年 3 月 24 日教研室(系)主任(簽字)
任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2013年 3 月 28 日 指導(dǎo)教師(簽字)
完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名）
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn)
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
指導(dǎo)教師
職 稱(chēng)
評(píng)審日期
評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問(wèn)題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)審意見(jiàn)：
指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
評(píng)閱教師
職 稱(chēng)
評(píng)閱日期
評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問(wèn)題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)語(yǔ)：
評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定
學(xué)生姓名
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
答辯時(shí)間
年 月 日 ～ 時(shí)
答辯地點(diǎn)
一、答辯小組組成
答辯小組組長(zhǎng)：
成 員：
二、答辯記錄摘要
答辯小組提問(wèn)（分條摘要列舉）
學(xué)生回答情況評(píng)判
三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)
等級(jí)(五級(jí)制)：_______
答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(shū)(簽名)： 年 月 日
院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)
木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要
學(xué)生：姚夢(mèng)川，機(jī)械工程學(xué)院（過(guò)程裝備與控制）
指導(dǎo)教師：張善彪，機(jī)械工程學(xué)院
[摘要]
為了適應(yīng)我國(guó)木材資源嚴(yán)重不足且分布不均的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了這種體積小，生產(chǎn)能力大且切削木片合格率高的枝椏材用小型切片機(jī)，來(lái)滿(mǎn)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)了機(jī)器的穩(wěn)定性；電機(jī)和軸之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，緩和了載荷沖擊，防止過(guò)載給飛刀等主要部件帶來(lái)的損壞；軸承通過(guò)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(pán)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。進(jìn)料口的齒輥進(jìn)行了改進(jìn)，以更好的送料，壓緊木材，防止切削過(guò)程中的木材的跳動(dòng)，提高木片合格率。
此削片機(jī)最適合加工枝椏和小徑級(jí)的原木，投資小，價(jià)格低廉且見(jiàn)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)；木片；刀盤(pán)；飛刀；齒輥
Wood chipper tooth roller process design
[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 lager the stability of the whole machine. The motor is connected with the spindle by 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 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; Chip; Cutting Dish; Fly-cutter; Roller
VIII
前言
木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 前言
1.1 課題的目的和意義
通常市面上出售的木材削片機(jī)分為鼓式和盤(pán)式兩種，它們都由機(jī)座、進(jìn)料口、刀盤(pán)、機(jī)殼、削片刀片和電控組成。在進(jìn)料方面，盤(pán)式木材削片機(jī)依靠木材自身重力進(jìn)料，沒(méi)有強(qiáng)制進(jìn)料結(jié)構(gòu)，這樣，在切削木材時(shí)，木材容易打滑跳動(dòng)，增加了切削的阻力，從而降低了切削效率，增加了功耗。在原料選擇方面，傳統(tǒng)的木材削片機(jī)只能切削剝皮后的小徑木、竹材、板皮材及采伐次薪材余料等。對(duì)于過(guò)粗（350mm以上）過(guò)細(xì)（30mm以下）過(guò)短（250mm以下）過(guò)?。?mm以下）及不規(guī)則原料（未分解的樹(shù)墩、枝杈等）不充分具有均勻切削的功能。
因此，本研究的目的是在原有的木材削片機(jī)模型上，增加一個(gè)具有強(qiáng)制喂料的齒輥結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以在進(jìn)料時(shí)，通過(guò)輥齒，將木材牢牢的卡住，再通過(guò)齒輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，將木材輸送進(jìn)去。這樣，就可以很好的防止木材在切削過(guò)程中的打滑跳動(dòng)現(xiàn)象，從而降低了切削阻力，減小了功耗。在進(jìn)料的過(guò)程中，齒輥還可以對(duì)木材進(jìn)行擠壓，并向兩邊擴(kuò)散，不僅能使木材變得更好切削，還能增大切削面積，大幅度提高效率；小塊的木材會(huì)被齒輥壓緊成塊進(jìn)行切削，從而解決了傳統(tǒng)木材削片機(jī)不能很好的切削細(xì)碎料的問(wèn)題。
1.2 研究概況
國(guó)內(nèi)有關(guān)對(duì)木片質(zhì)量方面的研究較多也較全面，并已經(jīng)找出了影響木片質(zhì)量的諸多因素及影響規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)取得了比較好的效果。而對(duì)切削功率及振動(dòng)噪音的研究較少，雖有一定進(jìn)展但還不全面。
木材削片機(jī)在國(guó)外已經(jīng)成熟，我國(guó)削片工業(yè)的發(fā)展與之相比還有很大的差距。近10年來(lái)，隨著人造板和造紙工業(yè)的興旺，我國(guó)削片機(jī)的發(fā)展很快，數(shù)量，品種不斷的增加，并正形成系列產(chǎn)品。然而我國(guó)林區(qū)的削片機(jī)多數(shù)還都是60年代的產(chǎn)品，不定型，出片率低，質(zhì)量無(wú)保障，而且維修困難，削片機(jī)的設(shè)計(jì)方法
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木材削片機(jī)的齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
落后，靠類(lèi)比，憑經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，影響削片機(jī)的性能。針對(duì)我國(guó)削片機(jī)的現(xiàn)狀，應(yīng)采用一系列先進(jìn)的測(cè)試手段，對(duì)削片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試和理論分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情的新型削片機(jī)。
2 選題背景
2.1 題目來(lái)源
題目來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)踐
2.2 研究的目的及意義
我國(guó)是一個(gè)森林資源缺乏的國(guó)家，由于長(zhǎng)期的過(guò)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(guó)家所實(shí)施的天然林保護(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(guó)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)說(shuō)面臨的主要問(wèn)題。
要解決這一矛盾，一方面要加強(qiáng)森林資源建設(shè)，經(jīng)營(yíng)培育與保護(hù)；另一方面通過(guò)合理有效利用木材資源，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，防止森林病蟲(chóng)害等，加工后的削片可用作制漿，造紙，生產(chǎn)人造板和燃料等。
木材削片機(jī)是生產(chǎn)木片的一種專(zhuān)用設(shè)備，木材削片機(jī)也叫做木材切片機(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(guò)程中的備料工程。該機(jī)的主要切削原料是剝皮后的小徑木，竹材，板皮材及采伐次薪柴余料等。但對(duì)于過(guò)粗（350mm以上） 過(guò)細(xì)（250mm以下） 過(guò)薄（5mm以下）及不規(guī)則原料（未分解的樹(shù)墩，枝椏等）不充分具有均勻切削的功能，或只是將原料在原有的基礎(chǔ)上切斷，對(duì)壁厚低于5mm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)在伐區(qū)的削片作業(yè)常受到條件和環(huán)境的限制，因此開(kāi)發(fā)適用于伐區(qū)作業(yè)的小型削片機(jī)顯得迫切需要。再有，過(guò)去城市樹(shù)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
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選題背景
迅速發(fā)展，枝椏量越來(lái)越大，為減少消辣枝椏廢棄物的費(fèi)用，提高枝椏的綜合利用率，變廢為寶，近年來(lái)城市對(duì)枝椏削片機(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(guó)林材資源嚴(yán)重不足且分布不均，為了滿(mǎn)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)，為減少木材浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)木材的綜合利用。
本研究的目的是在原有的木材削片機(jī)模型上，增加一個(gè)具有強(qiáng)制喂料的齒輥結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可以在進(jìn)料時(shí)，通過(guò)輥齒，將木材牢牢的卡住，再通過(guò)齒輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，將木材輸送進(jìn)去。這樣，就可以很好的防止木材在切削過(guò)程中的打滑跳動(dòng)現(xiàn)象，從而降低了切削阻力，減小了功耗。在進(jìn)料的過(guò)程中，齒輥還可以對(duì)木材進(jìn)行擠壓，并向兩邊擴(kuò)散，不僅能使木材變得更好切削，還能增大切削面積，大幅度提高效率；小塊的木材會(huì)被齒輥壓緊成塊進(jìn)行切削，從而解決了傳統(tǒng)木材削片機(jī)不能很好的切削細(xì)碎料的問(wèn)題。
2.3 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì)
幾十年來(lái)，隨著木片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)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(pán)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)和性能已日趨完美，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(guó)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(pán)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(lái)，國(guó)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)與噪音。增加輔助進(jìn)料槽；增加進(jìn)料槽的截面積；絞接式安裝進(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(pán)上，并呈螺旋線安裝；刀盤(pán)懸臂式裝配；降低削片機(jī)噪音；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)不同原料的削片機(jī)的專(zhuān)用，通用，以及削片機(jī)組和削片生產(chǎn)線。這些新型的削
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
片機(jī)起到了提到生產(chǎn)率和木片質(zhì)量，木片合格率以及降低噪音，振動(dòng)和減少能耗的作用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
鼓式削片機(jī)。主要用于切削直徑或厚度在 120毫米以下的枝椏、小徑木、板皮、板條等，切削后的木片，用作纖維板、紙漿的原料。其切削機(jī)構(gòu)是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的鼓輪，上面安裝若干把飛刀，飛刀旋轉(zhuǎn)時(shí)將木材加工成工藝木片。鼓輪外緣上有多個(gè)方形通孔，可使木順利排出；進(jìn)料機(jī)構(gòu)由進(jìn)料接口、上下進(jìn)料輥及進(jìn)料調(diào)隙機(jī)構(gòu)組成，從進(jìn)料接口進(jìn)入的木料被上下進(jìn)料輥壓住，并以一定的速度向切削機(jī)構(gòu)進(jìn)給，控制切削木片的尺寸；在加工厚木料時(shí)，由進(jìn)料調(diào)隙機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。木片經(jīng)篩選后，較大的須再次進(jìn)入刀片與檔板間粉碎（圖1）。這種削片機(jī)切削的木片質(zhì)量較低。
盤(pán)式削片機(jī)。由刀盤(pán)、切削刀、底刀、刀盤(pán)葉片等組成（圖 2）。刀盤(pán)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(pán)上順著刀刃方向有貫通的縫隙，削好的木片可轉(zhuǎn)到刀盤(pán)的另一面。刀盤(pán)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(guò)篩選，過(guò)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(lèi)型，前兩種切削的木片均勻度都較差，螺旋面刀盤(pán)式削片機(jī)由于在切削過(guò)程中切削表面全部同刀盤(pán)接觸，單位壓力較小，木片切口整齊，碎木片少，刀盤(pán)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。
國(guó)內(nèi)削片機(jī)的研制工作始于60年代，70年代中期開(kāi)始研究伐木片生產(chǎn)工
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選題背景
藝與設(shè)備，中國(guó)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送到裝料倉(cāng)或運(yùn)輸車(chē)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(guó)家設(shè)立了“伐區(qū)枝椏木片生產(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。從國(guó)內(nèi)外木材削片機(jī)的使用情況來(lái)看，目前削片機(jī)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是木片質(zhì)量不穩(wěn)定，表現(xiàn)為超大片或碎小片比例高，木片合格率低；二是削片機(jī)的功率比較高，一般為幾十千瓦到幾百千瓦。統(tǒng)計(jì)資料表明，國(guó)產(chǎn)削片機(jī)動(dòng)力配備相差很大，存在動(dòng)力不足和大馬力拉小車(chē)的問(wèn)題。使用情況也證明有的削片機(jī)功率過(guò)大，而有的卻不足。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是設(shè)計(jì)時(shí)僅靠經(jīng)驗(yàn)和類(lèi)比，缺少必要的原始資料，數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)計(jì)算，此外，削片機(jī)本身的切削特點(diǎn)也決定了切削功率過(guò)大；三是振動(dòng)噪音大，在所有的木工機(jī)械中，削片機(jī)是噪音最嚴(yán)重的機(jī)械之一，其工作是噪音高達(dá)110dB，超標(biāo)12-20dB，空轉(zhuǎn)噪音高達(dá)102dB，超標(biāo)3-6dB，嚴(yán)重影響工人的身形健康。
國(guó)內(nèi)有關(guān)對(duì)木片質(zhì)量方面的研究較多也較全面，并已經(jīng)找出了影響木片質(zhì)量的諸多因素及影響規(guī)律，在生產(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)取得了比較好的效果。而對(duì)切削功率及振動(dòng)噪音的研究較少，雖有一定進(jìn)展但還不全面。
木材削片機(jī)在國(guó)外已經(jīng)成熟，我國(guó)削片工業(yè)的發(fā)展與之相比還有很大的差距。近10年來(lái)，隨著人造板和造紙工業(yè)的興旺，我國(guó)削片機(jī)的發(fā)展很快，數(shù)量，品種不斷的增加，并正形成系列產(chǎn)品。然而我國(guó)林區(qū)的削片機(jī)多數(shù)還都是60年代的產(chǎn)品，不定型，出片率低，質(zhì)量無(wú)保障，而且維修困難，削片機(jī)的設(shè)計(jì)方法落后，靠類(lèi)比，憑經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量不高，影響削片機(jī)的性能。針對(duì)我國(guó)削片機(jī)的現(xiàn)狀，應(yīng)采用一系列先進(jìn)的測(cè)試手段，對(duì)削片機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試和理論分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出適合我國(guó)國(guó)情的新型削片機(jī)。
發(fā)展趨勢(shì)：世界各國(guó)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)量和裝卡方式，以減少刃磨和換卡的時(shí)間。世界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(shù)削片機(jī)聯(lián)合機(jī)的采用，將使經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)一步提高。
以下列舉一些國(guó)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：
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
刀盤(pán)直徑 700mm
轉(zhuǎn)速 800r/min
飛刀數(shù)量 4把
最大切削原料直徑 130mm
木片長(zhǎng)度 15-25mm
生產(chǎn)能力 10km3/h
電機(jī) 30kw
單位動(dòng)力匹配 9kwh/m3
2)BX118-4,8451機(jī)械廠生產(chǎn)，主要技術(shù)性能如下：
刀盤(pán)直徑 750mm
進(jìn)料口尺寸 160mm×170mm
飛刀數(shù)量 4把
木片長(zhǎng)度 15-25mm
生產(chǎn)能力 4-6km3/h
電機(jī) 37kw
單位動(dòng)力匹配 6.2-9.3kwh/m3
3)BX116A, 蘇福馬生產(chǎn)，主要技術(shù)性能如下：
刀盤(pán)直徑 630mm
轉(zhuǎn)速 800r/min
飛刀數(shù)量 3把
最大切削原料直徑 100mm
木片長(zhǎng)度 15-25mm
生產(chǎn)能力 2-3km3/h
電機(jī) 22kw
目前，盤(pán)式削片機(jī)在我國(guó)造紙行業(yè)中占有非常重要的地位，然而我國(guó)對(duì)現(xiàn)在多數(shù)的盤(pán)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(guó)是一個(gè)缺少木材的國(guó)家，所以每年都要從外國(guó)進(jìn)口很多木材，尤其是近幾年，隨著木材工業(yè)和家具業(yè)在我國(guó)的迅猛發(fā)展，木材資源的缺乏日益嚴(yán)重，滿(mǎn)足不了木材需求量。
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選題背景
木片是造紙，生產(chǎn)人造板的原料，在國(guó)際市場(chǎng)上需求量很大，每年日本和南韓要從國(guó)外買(mǎi)進(jìn)大量的木片，木片的制備顯得尤為重要。
2.4 研究思路
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(lái)，隨著森林資源的日益減少和伐區(qū)剩余物水平的不斷提高，以及全樹(shù)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)向更多的利用枝椏材，小徑木，加工剩余物，劣質(zhì)材或進(jìn)行全樹(shù)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)，森林蔡赟企業(yè)。木材逐漸成為采運(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(guó)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，功能完善且精度滿(mǎn)足要求的枝椏材用小型切片機(jī)。切削木片的質(zhì)量要求符合規(guī)格，木片長(zhǎng)度10-20mm。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)料口有了改進(jìn)，強(qiáng)制進(jìn)料的齒輥結(jié)構(gòu)保證了刀片的順利切削和木片的均勻。確定了整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)后，對(duì)齒輥進(jìn)行設(shè)計(jì)以保證不僅能很好的完成強(qiáng)制進(jìn)料作用，而且成本最小化。齒輥的動(dòng)力由切削刀主軸通過(guò)鏈傳動(dòng)提供。
為適應(yīng)造紙，纖維板，刨花板行業(yè)對(duì)木片長(zhǎng)度的不同需求，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、輕便合理，操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力大，木材合格率高，單位木片產(chǎn)量能耗低，是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)出口木片的理想設(shè)備。
3 削片機(jī)的總體設(shè)計(jì)
3.1 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(wèn)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)要求為：把伐區(qū)剩余物如枝椏材、小徑木（直徑小于100mm
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
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)10mm—20mm厚為3mm-5mm，寬度不需要控制，但是也不應(yīng)該超過(guò)20mm，木片的合格率在85%以上。
枝椏小徑
能量
信號(hào)
切削木材
合格木片
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)、操作系統(tǒng)及制成部件等構(gòu)成，其技術(shù)過(guò)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(guò)程。
木材削片機(jī)的功能是完成伐區(qū)枝椏材削片，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、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)系功能樹(shù)來(lái)表達(dá)有：
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削片機(jī)的方案設(shè)計(jì)
木材削片機(jī)
能量轉(zhuǎn)換
傳動(dòng)方式
進(jìn)料
切削
行走方式
帶傳動(dòng)
齒輪減速器
人工進(jìn)料
機(jī)械進(jìn)料
切削原件
切削運(yùn)動(dòng)
木材削片機(jī)功能樹(shù)
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：
功能元 功能元解
編號(hào) 名稱(chēng) 1 2 3 4
A 能量轉(zhuǎn)換 汽油機(jī) 柴油機(jī) 電動(dòng)機(jī) 液壓馬達(dá)
電機(jī)直接通過(guò)
B 傳動(dòng)方式 帶傳動(dòng) 聯(lián)軸器直接連 齒輪減速器
接
C 進(jìn)料方式 機(jī)械進(jìn)料 人工進(jìn)料
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
D 出料方式 上出料 下出料 側(cè)出料
E 切削原件 固定式刀 可調(diào)飛刀 圓形飛到
F 切削運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)
木材削片機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣
通過(guò)基本評(píng)價(jià)最終確定如下方案：
A3—B2—C1—D1—E1—F1
電動(dòng)機(jī)—帶傳動(dòng)—機(jī)械進(jìn)料—上出料—固定式刀—回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
3.2削片機(jī)的結(jié)構(gòu)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)總體設(shè)計(jì)圖如下：
此削片機(jī)主要由進(jìn)料系統(tǒng)、刀盤(pán)、出料口、傳動(dòng)系統(tǒng)、箱體等部分組成。
1.切削系統(tǒng)
刀盤(pán)套在主軸上，主軸由裝在軸承座中的軸承支撐，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)。
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削片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
刀盤(pán)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(pán)有較大質(zhì)量。大刀盤(pán)的材料一般采用30、35號(hào)鑄鋼：當(dāng)切削速度大于50m/s時(shí)采用A4、A5鍛鋼。鑄鋼件須退火處理，鍛鋼件需正火處理：粗加工后進(jìn)行探傷檢查，在開(kāi)口處不允許有降低使用性能的缺陷。主軸的毛胚應(yīng)為鍛件，不應(yīng)有降低使用性能的缺陷。
削片機(jī)的刀盤(pán)上裝有4把飛刀，飛刀在刀盤(pán)上的安裝一般使其刀刃相對(duì)刀盤(pán)半徑沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向向前傾斜8°-15°布置。飛刀通過(guò)刀蓋和刀架固定在刀盤(pán)上。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(pán)平面高度稱(chēng)為刀片的伸出量（又稱(chēng)裝刀高度），其大小影響木片的長(zhǎng)度，因此刀盤(pán)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。
鼓式削片機(jī)是由安裝在刀盤(pán)上的動(dòng)刀和安裝在進(jìn)料口下方的底刀形成剪切機(jī)構(gòu)來(lái)將木材削片。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°。
削片示意圖如下：
2.進(jìn)料系統(tǒng)
木材通過(guò)皮帶傳送進(jìn)進(jìn)料口，再由上下喂料輥將木材拖拽進(jìn)切削室進(jìn)行切削。
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
上喂料機(jī)構(gòu)（俗稱(chēng)“擺”）由上喂料輥?zhàn)?個(gè)喂料輥、上喂料輥軸、擺軸、鎖緊裝置、鏈傳動(dòng)裝置和減速器等組成。
喂料輥直徑較大，質(zhì)量較大且表面帶有粗齒，從而能壓緊原料，使原料以均衡的速度進(jìn)入切削位置，保證木片的長(zhǎng)度和質(zhì)量。上喂料輥通過(guò)鎖緊裝置與軸緊固，軸由球面滾子軸承支撐，軸承座固定在上喂料輥上。上喂料輥?zhàn)ㄟ^(guò)擺軸裝在機(jī)座上，并能繞擺軸上下擺動(dòng)，從而保證它能自動(dòng)選擇進(jìn)料高度。此削片機(jī)有兩個(gè)上喂料輥，由鏈傳動(dòng)帶動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向與刀輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致。
下喂料輥機(jī)構(gòu)由2個(gè)喂料輥、喂料輥軸、支撐軸、鎖緊裝置、鏈傳動(dòng)裝置和減速器等組成。
下喂料輥通過(guò)鎖緊裝置與軸承緊固，軸承座固定在機(jī)座上。減速器直接驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)喂料輥，通過(guò)鏈傳動(dòng)裝置分別帶動(dòng)其他喂料輥和主動(dòng)皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，下喂料輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向與刀輥轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。上下喂料輥齒相互錯(cuò)開(kāi)，使碎屑得到清理。
3.箱體
該削片機(jī)的箱體結(jié)構(gòu)組要是由內(nèi)外側(cè)板、輥刀箱蓋、上蓋板、下底板、輥刀軸承座和排風(fēng)管組成。如下圖所示：
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削片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)座采用高強(qiáng)度的鋼板焊接而成，是整臺(tái)機(jī)器的支撐基礎(chǔ)。底刀座支撐和機(jī)座焊為一體，用于安防底刀座。底刀用特制的底刀螺栓通過(guò)底刀壓板固定在底刀座上。底刀座可通過(guò)機(jī)座墻側(cè)板的孔自由抽出和送進(jìn)，它靠?jī)蓧K夾鍵將底刀鎖緊在機(jī)座上。飛刀削下來(lái)的木片通過(guò)氣流的作用從排風(fēng)管排出。
4.傳動(dòng)系統(tǒng)
本設(shè)計(jì)的削片機(jī)刀輥主軸通過(guò)V帶大帶輪傳動(dòng)，主軸的另一端裝有小帶輪，通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)離合器和減速器。減速器最終通過(guò)鏈輪帶動(dòng)齒輥轉(zhuǎn)動(dòng)。離合器和減速器可以調(diào)節(jié)齒輥的轉(zhuǎn)速，一方面可以保證齒輥勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證木材進(jìn)給量恒定，以確保切削木片的厚度一定且均勻；另一方面可以防止齒輪轉(zhuǎn)速過(guò)快，粘黏木材。鏈的連接示意圖如下：
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
3.3 本章小結(jié)
本章中主要介紹了該設(shè)計(jì)的削片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，所選材料，裝配的一些基本要求和工藝要求。
4 齒輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 齒輥的基本外形的設(shè)計(jì)
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，所設(shè)計(jì)的削片機(jī)能切削的木材的最大直徑為100mm，且最多同時(shí)容納3根100mm的木材，齒輥轉(zhuǎn)速在200-250rad/min，預(yù)計(jì)產(chǎn)量為10t/h左右。因此，齒輥的長(zhǎng)度應(yīng)該大于300mm?？紤]到在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，存在大小木材混合進(jìn)料的情況，齒輥長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)大于300mm。結(jié)合市面上的鼓式削片機(jī)和相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及齒輥原料來(lái)源和加工過(guò)程，在本設(shè)計(jì)中，齒輥的長(zhǎng)度選擇516mm。該長(zhǎng)度并沒(méi)有實(shí)際的要求，結(jié)合實(shí)際情況取值任意，只要能滿(mǎn)足產(chǎn)量要求即可。
根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以知道，齒輥在喂料時(shí)，存在著一個(gè)最佳喂料角度，即在喂料效果相同的情況下，齒輥所受到的力最小。通過(guò)這個(gè)最佳喂料角可以估算出齒輥?zhàn)罴训陌霃?。?jiǎn)化示意圖如下：
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齒輥結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
假設(shè)齒輥的半徑為R，則可根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算出最佳喂料高度為R。再根據(jù)加工量計(jì)算出具體數(shù)值。已知產(chǎn)量為10-15t/h，考慮到木材間的間隙，再根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)估算出每小時(shí)進(jìn)料的體積大約為30-45m3。建立出粗略的模型進(jìn)行分析：
已知齒輥轉(zhuǎn)速為r=200-250rad/min，一小時(shí)進(jìn)料的體積T需等于30-45m3。則：
T=516×60×2πRhn，n=200/2π，h=R
所以
R=
運(yùn)算得R的大致范圍在70-105mm之間，這個(gè)值在這一范圍內(nèi)浮動(dòng)。齒輥半徑的取值不能太小或太大，太小影響進(jìn)料效果，太大則會(huì)增加力矩，降低效率。本設(shè)計(jì)中取用90mm。通過(guò)以上計(jì)算和分析得出齒輥的基本雛形。
4.2 齒輥滾筒厚度的計(jì)算
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，齒輥起到壓緊進(jìn)料的作用，所受到的力并不大。為了方便加工和降低成本，齒輥的滾筒材料一般選用45號(hào)鋼或者65Mn。一下是材料的一些力學(xué)性能：
45號(hào)鋼：正火：850 淬火：840 回火：600 抗拉強(qiáng)度：不小于600MPa 屈服強(qiáng)度：不小于355MPa 伸長(zhǎng)率：16% 收縮率：40% 沖擊功：39J 鋼材交貨狀態(tài)硬度：不大于 未處理：229HBS 退火鋼：197HBS
65Mn：抗拉強(qiáng)度σb (MPa)：≥980(100) 屈服強(qiáng)度σs (MPa)：≥784(80)伸長(zhǎng)率δ10 (%)：≥8 斷面收縮率ψ (%)：≥30 硬度：熱軋,≤302HB;
冷軋+熱處理≤321HB
齒輥在送料時(shí)承受木材給與的外力P，可以將之簡(jiǎn)化為承受外界壓力P作用的圓筒，則：
P=
R1為內(nèi)圓半徑，R2為外圓半徑，通過(guò)公式可以算出最小壁厚。實(shí)際中齒輥受力并不大，因此最小壁厚的值很小，從加工的方便和齒輥的輕便性等多方面考慮，本設(shè)計(jì)中的齒輥壁厚為14mm。
4.3 齒輥齒數(shù)的計(jì)算
齒輥在送料時(shí)，為了保證能有效的卡住木材送料，齒與齒之間的間距存在一個(gè)范圍值，約為l=50mm-100mm。根據(jù)之前算出的半徑R可以初步估算出在一個(gè)圓周上的齒數(shù)n。
n=
初步計(jì)算出齒數(shù)n在6-12個(gè)之間?？紤]另一種情況：齒輥在送料時(shí)應(yīng)保證
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齒輥齒數(shù)的優(yōu)化計(jì)算
壓緊木材的力不為0，則在齒輥對(duì)木材的作用力達(dá)到臨界時(shí)，前一個(gè)齒剛好離開(kāi)木材，后一個(gè)齒剛好接觸木材。如圖所示：
h為齒高?？梢詫⒁陨锨闆r簡(jiǎn)化成數(shù)學(xué)模型計(jì)算出最佳的齒數(shù)：
根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品和相關(guān)文獻(xiàn)，齒輥的齒高影響進(jìn)料效果，過(guò)短的齒不能很好的卡住木材，接觸時(shí)易打滑；過(guò)長(zhǎng)的齒雖然進(jìn)料效果好，但是力矩增加，齒頂受力變大，很容易出現(xiàn)崩齒現(xiàn)象。因此，齒高一般在15mm左右。本設(shè)計(jì)即選用15mm的齒高。
根據(jù)上述模型，可以得出：
將R與h的值帶入可以計(jì)算出α=31°。從而可以知道齒與齒之間的夾角為 62°，齒數(shù)n=5.8≈6個(gè)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，齒輪的齒數(shù)最好為奇數(shù)，已方便更好的嚙合。所以，最終齒數(shù)選用n=7個(gè)。
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
4.4 齒輥齒形的設(shè)計(jì)
齒輥在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)上面的齒將木材卡住并拖拽至切削室切削。因此，齒輥需要提供給木材一個(gè)水平方向的力來(lái)使木材能水平運(yùn)動(dòng)。我們可以通過(guò)計(jì)算如何使這個(gè)力的水平和豎直方向的分力最優(yōu)化的思路來(lái)優(yōu)化齒型。
以下是齒輥對(duì)木材的作用力的示意圖：
臨界條件：齒輥的齒在剛接觸刀木材時(shí)提供的力要在水平方向最優(yōu)化。通過(guò)上圖，我們可以將力F分解成水平方向和豎直方向的兩個(gè)分力F1和F2。水平方向的力使木材向切削室移動(dòng)，豎直方向的力將木材夾緊。這兩個(gè)力缺一不可，都需要最優(yōu)，因此很容易得出，當(dāng)這兩個(gè)力相等時(shí)，既可以保證夾緊木材又能很好的送料。
解得α=45°。即，齒面對(duì)木材的作用力方向與水平夾角成45度角時(shí)，送料效果最好。再對(duì)齒單獨(dú)分析如下圖：
45度角為作用力與水平面的夾角，30度角為最佳喂入角，r為齒形的傾角。
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齒輥齒形的優(yōu)化
從圖中不難看出傾角r=15°。
齒形之所以不直接設(shè)計(jì)成底角為90度的矩形，是為了防止加工過(guò)程中的誤差，使齒與輥面間出現(xiàn)細(xì)小的縫隙，在使用過(guò)程中就很容易在縫隙出出現(xiàn)崩齒的可能，而且喂料角度會(huì)變大。設(shè)計(jì)一個(gè)15度的傾角不僅能方便加工，減少缺陷，三角形的設(shè)計(jì)也更加穩(wěn)固，同時(shí)還保證了喂入角的最優(yōu)化。齒的另一側(cè)傾角選擇的是45°，一是美觀，二是能起到很好的加固作用，具體原因?qū)⒃谙旅娴凝X形側(cè)面角度分析中說(shuō)明。
齒形側(cè)面角度分析：
在實(shí)際生產(chǎn)中，兩個(gè)齒輥通過(guò)嚙合來(lái)卡緊木材，為了防止木材粘黏在齒輥的齒或齒槽中，通常將齒設(shè)計(jì)成對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。在木材與齒分離過(guò)程中，為了保證分離概率相等，將齒形側(cè)面設(shè)計(jì)成底角為45度的等腰梯形。這樣，齒與齒之間就可以形成90度的夾角，在分離過(guò)程中，上下兩輥的輥齒與木材的分離概率相等，以免粘黏木材。如果角度大或者小了，則，為了配合齒輥的嚙合，必然會(huì)出現(xiàn)一個(gè)齒輥的齒過(guò)大、寬或者齒槽過(guò)大，這樣，在分離木材時(shí)，木材很容易卡在齒槽中。上訴齒形的另一個(gè)傾角為45度也是同樣的道理。
4.5 軸的設(shè)計(jì)
齒輥1圖
齒輥1的軸連接有一個(gè)雙向鏈輪，兩個(gè)軸承、法蘭和一個(gè)換向齒輪。
1.初步確定軸的最小徑
按公式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)相關(guān)表格，取A。=112，于是得
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
軸的最小直徑顯然是安裝雙向鏈輪和換向齒輪的直徑。為了使所選的軸的直徑dⅠ-Ⅱ與鏈輪和齒輪的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取型號(hào)。鏈輪選取短螺距滾柱鏈 ISO 606,鏈輪12A-1，齒數(shù)23；換向齒模數(shù)2.5，齒數(shù)88，壓力角20度。
2.軸的裝配方案：
3.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（1）選取dⅠ-Ⅱ=35mm，lⅠ-Ⅱ=49mm。因Ⅰ-Ⅱ軸右端需要制出一個(gè)定位軸肩，故取dⅡ-Ⅲ=40mm。
（2）初選滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求，由軸知其工作要求并根據(jù)dⅡ-Ⅲ=40mm，選取圓錐滾子軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得軸承參數(shù)：
軸承直徑：d=45mm；軸承寬度：B=31mm；D=115mm
所以，dⅢ-Ⅳ =45mm
(3)右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，取軸承的定位高度h=2.5mm，因此，右端高度d=50mm。
（4）軸承端蓋的總寬度為20mm。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與鏈輪右端面的距離l=16.25mm,故lⅡ-Ⅲ=36.25mm。
（5）軸上零件的周向定位
鏈輪、齒輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。齒輪與軸連接選用平鍵為11mm×10mm×5mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選用齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，鏈輪與軸的連接，選用平鍵為35mm×10mm×5mm，鏈輪與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合來(lái)保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為m6。
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齒輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（6）確定軸上圓角和倒角尺寸
參考課本表15-2，取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為R=1.2mm
4.求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。確定軸的支點(diǎn)位置大致在軸承寬度中間。
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
故L1=73.75mm，L2=104mm,L3=207.5mm，L4=104mm
查閱文獻(xiàn)得齒輥壓緊木材的應(yīng)力約為1MP，則力F=258N。Ft=Fr=182N。鏈輪對(duì)軸的水平分力約為218N，垂直分力約為313N。
水平支反力：
水平方向ΣMB＝0
ΣF=0
垂直方向ΣMB＝0
ΣF=0
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。
計(jì)算截面C的彎矩：
總彎矩
轉(zhuǎn)矩 T=848900Nmm
4.6 軸的強(qiáng)度校核
1.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面B）的強(qiáng)度。根據(jù)書(shū)本上（15-5）的公式和上訴數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭切應(yīng)力為脈
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軸的強(qiáng)度校核
動(dòng)循環(huán)變化，取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
前已選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由書(shū)上表15-1查得。因此，故安全。
2.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1）判斷危險(xiǎn)截面
截面A，Ⅱ，Ⅲ，C只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)度配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A，Ⅱ，Ⅲ，C均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅳ和V處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面C上的應(yīng)力最大。截面V的應(yīng)力集中地影響和截面Ⅳ的相近，但截面V不受扭矩作用，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合小，因而改軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。
（2）截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為
截面Ⅳ上的扭矩為
截面上的彎曲應(yīng)力
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得，，。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。因，=，經(jīng)插值后可查得
=2.0 =1.31
軸的材料的敏性系數(shù)為
=0.82 =0.85
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
由表查得尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，綜合系數(shù)為
碳素鋼的特征系數(shù)=0.1 =0.05
于是，計(jì)算安全系數(shù)的值，
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軸的強(qiáng)度校核
>>S=1.5
故可知安全。
（3）截面Ⅳ右側(cè)
抗彎截面系數(shù)W
抗扭截面系數(shù)
彎矩M及彎曲應(yīng)力為
扭矩T3及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為
過(guò)盈配合處的，用插值法求出，并取，于是得
=3.16
軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為
故得綜合系數(shù)為
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木材削片機(jī)齒輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化及其成型工藝設(shè)計(jì)
所以軸在截面Ⅳ右側(cè)的安全系數(shù)為
>S=1.5
故該軸在截面Ⅳ右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本軸因無(wú)大的瞬間過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱(chēng)性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束。
5 成型工藝
齒輥滾筒的生產(chǎn)直接采用離心澆鑄的方法。離心澆鑄可以對(duì)尺寸精度要求不高的產(chǎn)品，不需要任何機(jī)械加工，可直接成型產(chǎn)品，方便，生產(chǎn)效率高；且通過(guò)澆鑄生產(chǎn)的成品其表面大部分為馬氏體組織，硬度高。在產(chǎn)品成型后，為了消除滾筒的內(nèi)應(yīng)力，在澆鑄完成后需要將滾筒放置于戶(hù)外環(huán)境中一段時(shí)間，待其內(nèi)應(yīng)力自行消失。
6 結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)的木材削片機(jī)很大程度上參考了市面上出售的鼓式削片機(jī)，但是在進(jìn)料口和出料口進(jìn)行了改進(jìn)。采用皮帶進(jìn)料更加安全，出料口改為上出料，排風(fēng)管可自行調(diào)節(jié)高度調(diào)，更適合直接將木片排進(jìn)貨車(chē)中，更加的方便。此外，整臺(tái)機(jī)器只需要一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，功耗更底，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕便，更適合在小型廠房和伐區(qū)進(jìn)行木材碎料的加工，節(jié)約資源，更加環(huán)保。
此設(shè)計(jì)也有一些不完善的方面。例如，切削效率并不高，比不上市面上的大型鼓式木材削片機(jī)。出料時(shí)會(huì)存在偶爾木片不能通過(guò)排風(fēng)管排出，掉入出料口下側(cè)，雖然可以打開(kāi)機(jī)箱清理，但是相比于下出料的削片機(jī)比較麻煩。
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