小型鋸段機(jī)結(jié)構(gòu)研討

1、小型鋸段機(jī)結(jié)構(gòu)研討    森林資源日漸短缺是當(dāng)今世界的總趨勢，我國是一個(gè)少林國家，因此如何更充分地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出更多的鋸材產(chǎn)品是亟待解決的問題。隨著人工林撫育伐日漸增加，開發(fā)小徑木制材設(shè)備已勢在必行。小徑木專用制材設(shè)備有多種形式，在我國按照加工特征通常將圓鋸機(jī)分為橫截圓鋸機(jī)、縱剖圓鋸機(jī)和裁板圓鋸機(jī)。本設(shè)計(jì)的小型鋸段機(jī)屬于橫截圓鋸機(jī)類產(chǎn)品，其加工的原料是直徑在3080ram范圍內(nèi)的小徑原木且經(jīng)過簡單去除枝丫的材料，加工后的產(chǎn)品為厚度15mm左右的圓木片，其可進(jìn)行裝箱、裝袋處理，提高其在林間的運(yùn)輸效率。另外，小徑木鋸段加工后還可以成為生物質(zhì)燃料的制備原

2、料，以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。1工作原理簡述該自走式小型鋸段機(jī)分為機(jī)架、主軸、夾緊升降機(jī)構(gòu)、偏心圓盤機(jī)構(gòu)、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5個(gè)主要部分。以組合的圓鋸片為切削刀具，利用偏心圓盤機(jī)構(gòu)和夾緊升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工材的進(jìn)給，在加工過程中采用運(yùn)動(dòng)定位，且一次進(jìn)給可進(jìn)行多次裁切，提高了生產(chǎn)效率。2主要技術(shù)參數(shù)研制的自走式小型鋸段機(jī)可把小徑木(直徑3080mm)加工成厚度為15mm左右的圓木片，既方便了其在林間的運(yùn)輸，同時(shí)又可為生物質(zhì)燃料的制備提供原料。該鋸段機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。3主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31機(jī)架設(shè)計(jì)機(jī)架由型號不同的槽鋼和鋼板焊接而成，用來支撐機(jī)器的其他零部件，其由固定底架、進(jìn)料部分支架、動(dòng)力部分支架3部分組成。固

3、定支架可通過地腳螺栓固定在加工現(xiàn)場或安裝在運(yùn)輸設(shè)備上，整個(gè)機(jī)架穩(wěn)固且便于加工；進(jìn)料部分支架和動(dòng)力部分支架的支承平面都逆時(shí)針方向傾斜45。，小徑木在進(jìn)料過程中，受到自身的重力G，傾斜面的支撐力F1以及下料時(shí)的摩擦阻力F2共同作用，在三者合力的作用下，小徑木向下運(yùn)動(dòng)，到達(dá)進(jìn)料擋板，進(jìn)料受力分析示意圖如圖1所示。32主軸設(shè)計(jì)及工作原理型號為Y112M一4的電機(jī)安裝在機(jī)架上作為鋸切的動(dòng)力源，電機(jī)的額定功率為4kW，效率11為845，經(jīng)過一級帶傳動(dòng)后到達(dá)圓鋸片主軸的功率P為4×845：338kW。圓鋸片主軸通過一對帶立式座頂絲外球面軸承固定在機(jī)架上面；主軸的一端與皮帶輪為小間隙配合，并由擋圈固

4、定。直徑分別為400ram、350mm、300mm的圓鋸片通過一組固定擋圈固定在主軸的另一端。主軸的轉(zhuǎn)速n為1200min，鋸切直徑小于50ram的小徑木時(shí)，鋸片的切割功率為338kW左右；當(dāng)鋸切的小徑木直徑在5080mm之間時(shí)存在兩鋸片同時(shí)工作的情況，此時(shí)兩個(gè)工作鋸片的功率之和在338kW左右。刀具主軸簡圖如圖2所示。通過對主軸進(jìn)行受力分析可知，在鋸切過程中受到的載荷主要有帶傳動(dòng)張緊力和作用在圓鋸片上的鋸切力。主軸在機(jī)架上呈45。安裝，帶的張緊力與另一端鋸片受到的鋸切力同向(在調(diào)節(jié)帶輪中心距的過程中可能會(huì)產(chǎn)生較小韻銳角，銳角的范圍為O7。)。根據(jù)所設(shè)計(jì)的參數(shù)計(jì)算可得進(jìn)給功率為338kW，帶的

5、根數(shù)Z=3，由式(1)可求得單根帶的張緊力F0為：Fo=500(一1)盟+砌。(1)aZ式中：K日為帶輪包角修正系數(shù)；P為進(jìn)給功率；z為V帶的根數(shù)；m為V帶每米長的質(zhì)量；v為V帶輪的速度，根據(jù)V帶輪的轉(zhuǎn)速n=1200rrain可求得帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=005s，由式(2)可求得V帶輪速度v：=孕1(2)式中：r=O08m，得v=1005rds。經(jīng)計(jì)算或查表可知：Ka=099，Pd=338kW，z=3，m=01kgm。可得15163N。根據(jù)單根V帶的張緊力可求得作用在軸上的力：F=2Fozsin(3)式中：F0為單根帶的張緊力；z為V帶的根數(shù)；為帶輪的包角，其由式(4)確定：0：180o一=垡&#

6、215;573o(4)口式中：dad。分別為大、小帶輪的直徑；a為實(shí)際軸間距，取d=0,16m，da：0132m，a=0397m。得5=1759。，故Fr=90887N。通過功率公式，可求得作用在鋸片上的力F，鋸片半徑越小，線速度越小，而扭轉(zhuǎn)作用力越大，因此選擇最小鋸片求得最大扭轉(zhuǎn)作用力為F=17941N。在SolidEdge軟件中，建立主軸三維實(shí)體并劃分單元網(wǎng)格，如圖3所示，單元總數(shù)為12000，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為20617。結(jié)構(gòu)有限元分析需要定義單元的材料特性，將所有單元看作彈塑性材料，密度為7833kgm，彈性模量為200x103MPa，泊松比為029，屈服應(yīng)力為262MPa，極限應(yīng)力為359M

7、Pa。有限單元的力學(xué)分析模型構(gòu)建完成后，利用求解器求解，生成云圖文件。由此分析出主軸位移最大處發(fā)生在軸下端與帶輪的配合處，最大位移量為417xlO-3mm，即撓度Y。該懸臂端的許用撓度y=5xlO-hnm，因y<y，所以主軸在此載荷作用下的位移滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。圖5所示為載荷作用在軸上時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力云圖，由此可分析出最大應(yīng)力作用在主軸與帶輪相連接的支撐處，該結(jié)果也符合材料力學(xué)中懸臂梁彎曲變形的特征。圖5中的最大應(yīng)力值為1025MPa，所選材料的屈服應(yīng)力為262MPa，最大極限應(yīng)力為3585MPa，所以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。33夾緊升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理夾緊升降機(jī)構(gòu)如圖6所示。其由夾緊機(jī)構(gòu)

8、、升降機(jī)構(gòu)及支承組件構(gòu)成。其工作原理如下：加工時(shí)電機(jī)經(jīng)過一級帶傳動(dòng)后帶動(dòng)鋸片組轉(zhuǎn)動(dòng)，操作人員通過踩踏踏板對鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，加工的小徑木在合力的作用下沿進(jìn)料槽向下進(jìn)料，通過踩踏踏板，偏心輪由導(dǎo)柱頂起夾緊升降機(jī)構(gòu)，夾緊機(jī)構(gòu)中的彈簧起阻力作用，以克服偏心輪的不平衡力，從而抵消偏心輪的不勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)操作人員繼續(xù)踩踏踏板時(shí)，偏心輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，加工的小徑木隨著夾緊機(jī)構(gòu)下降，此時(shí)彈簧起助力作用，推動(dòng)小徑木下降，同時(shí)也對偏心輪速度不均勻做誤差補(bǔ)償。夾緊機(jī)構(gòu)簡圖如圖7所示。兩個(gè)導(dǎo)軸安裝在機(jī)架上，夾頭組件通過導(dǎo)套座與導(dǎo)軸連接，兩個(gè)導(dǎo)軸上均套有彈簧，彈簧的上端頂?shù)綇椈勺校露隧數(shù)綄?dǎo)套座內(nèi)。小徑木放人后，升降機(jī)構(gòu)在上升過程中夾頭組件沿兩個(gè)導(dǎo)軸壓緊彈簧，完成對小徑木的夾緊。34鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)操作人員通過踩踏踏板使鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由鏈傳動(dòng)傳遞到嚙合的錐齒輪上，從而使動(dòng)力方向改變，偏心圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接桿，使升降機(jī)構(gòu)上下往復(fù)移動(dòng)。35偏心圓盤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)偏心圓盤機(jī)構(gòu)如圖8所示。主軸通過一對帶座的圓錐滾子軸承固定在機(jī)架上。該機(jī)構(gòu)呈傾斜45。放置，主軸的下端與從動(dòng)錐齒輪為小間隙配合，上端與圓盤也為小間隙配合，圓盤通過偏心的連接銷與連桿組件連接，連桿組