移動式枝椏粉碎機設(shè)計說明書

1、移動式枝桃粉碎機設(shè)計機械設(shè)計制造及其自動化06-1肖志遠指導(dǎo)教師：劉毅摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，園林綠化面積不斷擴大，由此而產(chǎn)生的廢殘樹枝等園林養(yǎng)護剩余物的數(shù)量也大量增加。現(xiàn)代的處理方法是將它切碎，并經(jīng)發(fā)酵處理，制成有機復(fù)合肥。本課題所設(shè)計的移動式枝桃粉碎機主要用于粉碎園林綠化剩余物，要求其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，移動方便和便于操作，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上有其特殊性.本機的機架、上蓋都采用了鑄件，降低了整機的重心；發(fā)動機和主軸之間通過皮帶傳動，緩和了載荷沖擊；主軸通過兩個圓錐滾子軸承與機架連接；刀盤和主軸之間采用平鍵聯(lián)接；飛刀用墊塊和螺栓固定。機架上配置有車輪，可以由牽引機械帶動，適合用于城市綠化剩余物和伐

2、區(qū)小徑級木材的加工.關(guān)鍵詞：移動式枝梗粉碎機，園林綠化，削片機，木材加工TheDesignofMobilebranchchipperMechanicalDesign,ManufacturingandAutomation06-1XiaoZhi-yuanSupervisor：LiuYiAbstractWiththesocialandeconomicdevelopment,people'senvironmentalawarenessandlandscapingrequirementscontinuetostrengthenandgardeningexpand,Theparkmaintenan

3、cesurplussuchaswastebranchalsoismultiplied.Thetraditionalapproachistheburningofbrokenbranches,landfill,notonlycauseenvironmentalpollution,butalsocannotmakefulluseofresources.Themodernbranchprocessingmethodiscuttingittopiecesandafterfermentationprocessing,makeittofertilizer.Itcanbeusedinthegardeninga

4、pplyingfertilizerorintheagriculture,turningwasteintowealth.Thetopicsaredesignedmainlyformobilebranchesmillresiduessuchasgardeningcrushsmallerbranchwoodorwoodchips,Requirementsofitssmallsize,simplestructure,easytomoveandeasytooperate,thereforethereisspecialtyinthedesignofstructure.Themachine'srac

5、k,aboutthetopheadhasusedthecastingtoreducethemachine'scenterofgravity,Strengthenedthestabilityofcompletemachineeffectively;Betweentheengineandthemainaxleadoptsthebelttransmissiontorelaxtheloadimpact,reducedtheharmofoverloadwhichbringsforthemajorcomponentsuchasflycutter;Theconnectionofmainaxleand

6、rackistwocircularconeroller,topreventthemainaxlehavegreatbeating;Theconnectionofcutterheadandmainaxleisflatkey,Coordinatesclosely;Theflycutterusestheboltandcushiontobefixed,Reliableandstable,Theflycutterstretchesoutthequantitytobeabletoadjust,Andadvantageousfordisassemblingandthereplacement.Rackiseq

7、uippedwithwheels,canbedrivenbythetractionmachine,Suitabletouseintheurbangreenresiduesandthetraillevellumberprocessing.Keywords:mobilebranchchipper,landscaping,chipper,woodprocessing目錄1緒論.11.1 課題研究背景，目的及其意義11.2 枝梗粉碎機的分類特點及其工作原理11.3 國內(nèi)外枝梗粉碎機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢31.4 選題的設(shè)計思想，設(shè)計方法及改進41.5 預(yù)期結(jié)果52移動式枝梗粉碎機的總體設(shè)計6,1 枝梗粉碎機

8、設(shè)計任務(wù)61 普通盤式枝梗粉碎機的結(jié)構(gòu)61 盤式枝梗粉碎機的削片原理81 本章小結(jié)103主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算1.11 生產(chǎn)能力的確定111 飛刀數(shù)量的確定111 切削力的計算121.5 主切削力的理論分析與計算121.5 主切削力的經(jīng)驗公式141 切削功率的計算191.6 切削功率的計算191.6 空載功率的計算201 飛刀伸出量的確定211 本章小結(jié)214主要部件的設(shè)計計算224.1.3 刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸的確定224.2.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計234 軸的最小直徑計算234 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計244.3.3 滾動軸承的選擇254.4.3 帶傳動的計算254.5.3 鍵連接的設(shè)計294 帶輪與輸入

9、軸間鍵的選擇及校核294 輸出軸與齒輪間鍵的選擇及校核294.6.3 進料槽的設(shè)計294.7.3 飛刀的設(shè)計294.8.3 機架的設(shè)計304.9.3 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計314.10.3 本章小結(jié)315主要部件的校核和驗算32(8) 主軸強度的校核328 求軸上的載荷328 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度338 精確校核軸的疲勞強度33(8) 滾動軸承的校核36(8) 車輪軸的校核37(8) 本章小結(jié)38結(jié)論39.致謝40.參考文獻4.1.附錄42.1緒論1 課題研究背景，目的及其意義城市綠化過程中，每年都要修剪下大量的枝梗。修剪下的枝梗形狀各異、大小不等、粗細不均,收集整理十分不便。由于枝梗蓬松，運輸效

10、率低，費時又費力，而且運輸安全性差。而運出的枝梗，部分被送到垃圾場，部分被燒掉。雖然樹枝處理了，但污染了環(huán)境，浪費了人力物力。因此枝梗處理不但是令市政部門頭疼的問題，也是工廠、學校、小區(qū)、果園等每年都要面臨的問題。1將枝梗就地粉碎削片，不僅可以節(jié)省運輸成本、減少枝梗堆積用地、凈化環(huán)境，削片粉碎后的枝葉碎渣還可以用于生產(chǎn)有機堆肥，改良土壤，進行循環(huán)利用；或加工成制漿造紙和生產(chǎn)人造板所需的工藝木片；或進行粉碎后再利用，制作成壓縮燃料塊或作為裸露地覆蓋物，能變廢為寶近年來，枝梗削片粉碎處理悄然興起，這不僅大大地改變了以往靠人力處理枯枝落葉的模式、加快了樹枝樹葉的處理速度，而且節(jié)省了費用，還減輕了工人

11、的勞動量，成了枝梗處理的必然發(fā)展趨勢。因此，研制枝梗粉碎削片機，對提高枝梗處理效率、擴大枝梗的用途、提高枝梗的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。1 枝植粉碎機的分類特點及其工作原理枝桃粉碎機機是將原木、采伐與撫育剩余物（枝梗、梢頭木、樹根、小徑木等）以及木材加工剩余物（如板皮、板條、碎單板、木芯等）加工成一定規(guī)格長度木片的設(shè)備。它屬于備料設(shè)備，但也是十分重要的。其切削特征是縱端向切削，主要參數(shù)是削出木片的長度。對枝梗粉碎機的主要工藝要求是：削出的木片長度應(yīng)均勻一致，其合格率應(yīng)在允許范圍內(nèi)，且應(yīng)厚度均勻，切口大而平滑，產(chǎn)生的碎料少，削出的木片的尺寸規(guī)格依使用要求而定。隨著人造板工業(yè)的發(fā)展和

12、原木資源的日益缺乏，利用各種剩余制品削制工藝木片作為充分利用木材資源、提高木材綜合利用率的主要手段的觀點，已得到了人們的普遍贊同，削片機的種類也隨之而日益增多。枝桃粉碎機按切削機構(gòu)的形狀可分為鼓式和盤式，它們的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖：1軸承座2.主軸3.刀盤4.壓刀塊5飛刀6.側(cè)刀7.底刀圖1.1盤式枝梗粉碎機結(jié)構(gòu)簡圖2Fig1.1Schematicofdiscchipper要把枝梗加工成碎片，首先需要人工將枝梗材放進料斗，木材在人力或進料機構(gòu)的壓力作用下進入削片機，當木材的端面碰到飛刀刀盤端面時，進給彳止，飛刀轉(zhuǎn)到切削位置開始切削，由于飛刀有一定角度，當切入木材一定深度時，木材受到飛刀切削面的分力、

13、刀盤和料斗（或底刀）的阻礙作用局部沿木材纖維方向崩裂成木片，從前刀面飛出。切削過程中，木材在壓力和飛刀切削分力的作用下，向刀盤方向進給，使切削加工得以連續(xù)進行，完成整根木材的加工4。鼓式枝梗削片機機座采用高腔度鋼板焊接而成，是整臺機器的支承基礎(chǔ)；刀輻上安裝兩把飛刀，用專門制造的飛刀螺栓，通過壓力塊，把飛刀固定在刀輻上；根據(jù)被切削原料的不同厚度，上喂料輻總成可以借助液壓系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)上下浮動；切削下來的合格木片通過網(wǎng)篩孔落下，有底部排處，大的片料將在機內(nèi)再進行切削。鼓式削片機的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖2所示。545G1.主軸2.鎖緊裝置3.飛刀4.飛刀螺栓5.壓刀塊6.飛刀座7.刀輻8.上喂料輻9.下喂

14、料輻10.底刀圖1.2鼓式枝梗粉碎機結(jié)構(gòu)簡圖'3，F(xiàn)ig1.2Schematicofdrumchipper一般而言，盤式枝桃粉碎機由于飛刀運動時的切削平面固定不變，飛刀和底刀可以很好的形成剪切作用，所以盤式枝梗粉碎機的木片比鼓式枝梗粉碎機的木片質(zhì)量好，生產(chǎn)率高；適宜加工原木、劈木、木芯、較厚的板皮和成捆的枝梗材，因其進料槽為方形或圓形，可充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，主要用于生產(chǎn)規(guī)模較大的人造板企業(yè)和造紙企業(yè)。鼓式枝梗粉碎機由于飛刀的切削平面隨飛刀位置的變化而變化，削片過程中不能形成有利的剪切作用，其進料槽沿刀鼓方向為長方形，適用于加工板皮、板條、碎單板、小徑木、枝梗材等厚度較小、徑級不大的木料

15、和竹材，這種削片機主要用于中小型人造板企業(yè)；現(xiàn)在經(jīng)改進的鼓式削片機的削片質(zhì)量完全能夠滿足人造板生產(chǎn)的工藝要求。盤式枝桃粉碎機大多數(shù)采用自由進料，而鼓式枝梗粉碎機大多數(shù)采用強制進料，水平進料的適宜加工較長的原料，而加工較短的原料通常采用傾斜進料?？傊?，枝桃粉碎機的結(jié)構(gòu)形式主要取決于原料的特征和對削片質(zhì)量及生產(chǎn)率的要求。對于中小型枝梗粉碎機而言，由于其削制的原料大多數(shù)是枝梗、板皮等剩余物，材徑較小，采用平面盤式機削片時，對平面盤式的削片長度的均勻性影響不大，而其制造成本低廉，易于推廣。因此，中小型枝梗粉碎機采用平面刀盤結(jié)構(gòu)是一個發(fā)展方向。水平進料可防止原料撞擊刀盤軸，操作方便，安全可靠；而傾斜進料

16、便于投料，可保證合理的切削參數(shù)。國內(nèi)外枝梗粉碎機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢我國枝桃粉碎機的研制工作始于20世紀60年代，70年代中期開始研究伐區(qū)木片生產(chǎn)工藝設(shè)備,80年代國家設(shè)立伐區(qū)枝桃木片生產(chǎn)設(shè)備及工藝的研究”攻關(guān)課題，進行了系統(tǒng)研究，取得了一定成果。進入90年代，木片生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，木材削片機制造業(yè)也隨之進一步發(fā)展。目前已至少有30多家生產(chǎn)削片機的廠家，生產(chǎn)20多種型號的木材削片機。我國目前所用的削片機主要有以下幾種型號：(1)BX117C盤式削片機;(2)BX1107/4盤式削片機;(3)BX116盤式削片機;(4)BX1108/3盤式削片機；此外，還有極少量的BX1710B盤式削片機和BX1

17、112盤式削片機等。至于枝梗粉碎機，我國常州市林機廠及其它生產(chǎn)企業(yè)在90年代就曾研制過多種機型，功率一般為3-5kW,但都未推廣，主要原因都是功率太小，只能削小枝梗，徑級到3040mm就削不動，無法滿足使用要求。國外大規(guī)模的木片生產(chǎn)始于60年代，近年來發(fā)展很快，不僅產(chǎn)量迅速增加，而且在一些國家，如日本、前蘇聯(lián)、美國等國已發(fā)展成為木材工業(yè)部門中的一個獨立體系。在瑞典、芬蘭等國則成為木材加工企業(yè)中不可缺少的組成部分。而且國外枝梗削片機的性能也比國內(nèi)要好一些，這主要表現(xiàn)在其產(chǎn)品型號齊全，功率強勁，外形美觀，操作方便，噪聲低，人性化設(shè)計等。如美國的百萊瑪設(shè)備公司的產(chǎn)品威猛系列切枝機。其中威猛BC600

18、XL型就是一款高產(chǎn)量、大功率的切枝機，它具有獨創(chuàng)的外觀設(shè)計和驅(qū)動系統(tǒng)，具有同類產(chǎn)品中最大的進料口。從細小的樹枝到直徑150mm的樹干，BC600XL型切枝機都能從容應(yīng)付。其較大的動力和寬闊的進料口使其功效超卓，并可省去大量的對樹枝的預(yù)先修理時間。近年來，國外削片機的研制有了進一步的發(fā)展5,主要是增加輔助進料槽；增加進料槽的截面積；錢接式安裝進料槽；側(cè)面出料(木片)；減少飛刀尺寸和角度，并且裝刀多刀化；飛刀夾裝在刀盤上，并呈螺旋線安裝；刀盤懸臂式裝配；降低削片機噪聲；增設(shè)第二底刀以及使其多刃化；可調(diào)節(jié)生產(chǎn)率的削片機；改進切削機構(gòu)和進給方式以及適應(yīng)不同原料的削片的專用、通用、以及削片機組和削片生產(chǎn)

19、線。選題的設(shè)計思想，設(shè)計方法及改進本課題要求設(shè)計的枝梗粉碎機主要用于粉碎小徑級的木料和樹葉等園林綠化廢料，粉碎出的碎料也是用于制造肥料等，對削片質(zhì)量要求不高.故對機器的主要要求是體積小，結(jié)構(gòu)簡單，移動方便和便于操作.針對這些要求，設(shè)計飛刀為對稱分布的長刀，以滿足最大切削直徑和力矩平衡的要求。設(shè)想枝梗粉碎機切削出的木片長度為10-20mm,根據(jù)設(shè)計要求，進料口和出料口有了改進，刀盤保持一定的厚度加大其轉(zhuǎn)動慣量，以防止切削過程中刀盤轉(zhuǎn)速波動太大。刀盤上安裝兩片風葉，刀盤轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生風力將切削出的木屑吹出。由發(fā)動機的功率要求確定枝桃粉碎機的生產(chǎn)能力，計算出合適的飛刀數(shù)量和切削功率以及切削力。飛刀的

20、伸出量能夠調(diào)整，保證切削質(zhì)量。選用圓錐滾子軸承和主軸配合，利用皮帶傳動進行動力傳遞。由于進料方式為水平進料，故設(shè)計進料槽為方形進料口，長度較長，保證長枝梗也能順利進料。進料槽的結(jié)構(gòu)型式也比較簡單，以使其安裝方便，并便于加工。普通枝梗粉碎機的工作噪聲高達110dB左右。為了減低噪聲降低噪聲，本設(shè)計采用以下方式:加厚機罩體的厚度，以提高隔聲效果；縮短主軸二軸承的間距，提高主軸剛度，減小振動。預(yù)期結(jié)果本枝桃粉碎機機，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡便，生產(chǎn)能力大，木片合格率高，木片質(zhì)量還可以適當調(diào)節(jié)，單位木片產(chǎn)量能耗低，用一般的牽引機車即可拖動和運輸，適用于城市綠化，小型人造板生產(chǎn)企業(yè)的材料處理，

21、花卉園林企業(yè)的廢料處理等，是國內(nèi)生產(chǎn)木片，處理小型枝秘材的理想設(shè)備。2移動式枝桃粉碎機的總體設(shè)計枝植粉碎機設(shè)計任務(wù)根據(jù)枝桃粉碎機的用途及其使用要求，并結(jié)合任務(wù)書所給初始參數(shù)，設(shè)計本機設(shè)計任務(wù)如下：切削機構(gòu)形狀：盤式進料方式：水平進料出料方式：上出料最大切削直徑：150mm刀盤半徑：560mm刀盤轉(zhuǎn)速：1800r/min發(fā)動機功率：20kw刀盤形式：平面刀盤飛刀數(shù)：2把飛刀的調(diào)整使用齒形調(diào)整結(jié)構(gòu)普通盤式枝梗粉碎機的結(jié)構(gòu)由參考文獻4可知，普通盤式枝梗粉碎機主要由刀盤、進料槽、傳動裝置和機殼等部分組成。刀盤套裝在主軸上，主軸由兩個裝在軸承座中的軸承支承，由發(fā)動機通過皮帶傳動驅(qū)動。刀盤除作為切削機構(gòu)切

22、削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時，速度波動不大，因此要求刀盤有較大質(zhì)量。大型盤式削片機除刀盤起飛輪作用外，在主軸上還專門裝有1個飛輪，并兼作制動輪。刀盤的材料一般采用30,35,45號鑄鋼；當切削速度大于50m/s時采用A4、A5鍛鋼。鑄鋼件必須退火處理，鍛鋼件須正火處理；粗加工后進行探傷檢查，在開口處不允許有降低使用性能的缺陷。主軸的毛坯應(yīng)為鍛件，不應(yīng)有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盤式機的刀盤上裝有24把飛刀,飛刀在刀盤上的安裝一般使其刀刃相對刀盤半徑沿轉(zhuǎn)動方向向前傾斜8°15°布置。在安裝每把飛刀下面的刀盤上，沿刃口方向開有一條寬度為100mm左右的長縫。

23、飛刀和楔形墊塊用螺栓固定在刀盤上。墊塊的作用是保證飛刀有一定的后角，一般為5。左右。飛刀的材料一般采用銘?zhàn)x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HRC5256。飛刀的楔角取30。45。，凍材、硬材取較大值6。飛刀刃口伸出刀盤平面的高度稱為刀片的伸出量（又稱裝刀高度），其大小影響木片的長度，因此刀盤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。飛刀有利用刀片后部的齒定位的，屬有級調(diào)節(jié)，也有利用刀片后部的硬木墊塊或澆鑄的鉛條定位的，屬無級調(diào)節(jié)，精度較高。盤式機是由安裝在刀盤上的飛刀和安裝在進料槽上的底刀形成剪切機構(gòu)的。底刀的刃口有的是用硬質(zhì)合金堆焊而成。為防止印

24、較大的沖擊力損壞刃口，底刀的刃磨角較大，一般為85。90。，也有的大于90。的（采用90。的底刀，四角可輪換使用）。飛刀與底刀的間隙一般為0.3mm1.0mm,這取決于削片機的精度和刀盤直徑的大小等因素。大多數(shù)盤式枝梗粉碎機不設(shè)強制進料機構(gòu)，僅有進料槽（又稱喂料槽）。進料槽相對刀盤平面的安裝角度影響自由進料時削出的木片長度。如圖2.1所示，A'B'C'皿盤平面，BD為進料槽的中心線，CD平行于刀盤軸線，其值等于刀盤伸出量，則木片的長度l為：(2.1)(2.2)CDcosa1cosa1cosacosa1cosa2式中：h飛刀伸出量；a1傾斜角，即進料槽的中心線與水平面間的

25、夾角；a2偏角，即進料槽的中心線在水平面上的投影與刀盤軸線的夾角。由于削片時原料尾端在進料槽中抬起，為獲得要求的木片長度，實際裝刀高度h應(yīng)比計算值小2mm左右。傾斜角a1取45-52°,偏角a2取20°30°。它們的大小不但影響木片的長度及厚度，而且還影響木片的切口面積、木片質(zhì)量和削片的動力消耗。傾斜進料的進料槽通常還有轉(zhuǎn)角a3,即進料槽底面與水平面的夾角，其作用是使木料在切削時沿槽底滑向刀盤中心，有利于實現(xiàn)連續(xù)切削、減小切削的阻力矩。對于水平進料的進料槽，傾斜角a1=0,只有偏角a2,由于偏角的作用，使削片機在削片時產(chǎn)生的進給方向的分力，牽引木料向刀盤進給運動。

26、盤式枝桃粉碎機的排料分為上排料和下排料兩種形式。上排料是在刀盤的外緣安裝6個8個葉片，它在刀盤轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生氣流，把削出的木片沿刀盤的切口方向從上排料口排出。當葉片的速度為27m/s28m/s時，木片的拋出高度可達4m5m。當?shù)侗P的轉(zhuǎn)速較高或直徑較大而使得刀盤線速度較大時，為防止過度打碎木片，減小動力消耗，在刀盤上不裝葉片，削出的木片由下部開口的機殼直接落到皮帶運輸機上輸出，這稱為下排料。Fig2.1therelationshipofChiplengthandthetroughinstallationangle盤式枝梗粉碎機的削片原理通過觀察和研究證明，盤式枝梗粉碎機在削片過程中，木料的已被切削面

27、緊貼在飛刀的后面，并沿著飛刀后面滑動，直到與刀盤平面相遇。當木料的上端與刀盤表面接觸后，被切平面則由斜面變成平行于刀盤表面的直面，最后被切表面形成了一個折面。因此，盤式機的削片過程并不是過去人們認為的那樣，原料的被切平面始終平行于刀盤平面。在削片時，木料沿著進料槽的移動，主要是由于飛刀對木料的作用力在進給方向的分力（牽引力）的作用而致。理論上可以證明：在傾斜進料時，靠木料自重產(chǎn)生的下滑是不能產(chǎn)生足夠位移的。無強制進給機構(gòu)的水平進料盤式枝桃粉碎機，木料仍能按木片長度進料，也充分證明了這一點。對于結(jié)構(gòu)參數(shù)已定的盤式機，在削片過程中，切削方向與進給方向形成的遇角是不變的，與木料的厚度和徑級大小無關(guān)，

28、飛刀對木料產(chǎn)生的牽引力的方向不變；牽引力的大小雖與木料的樹種、含水率等因素有關(guān)，但其大小足以帶動木料克服摩擦阻力并向刀盤方向進給。因此大多數(shù)盤式枝梗粉碎機不采用強制進給機構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級較大的木料7。如圖2.2所示，木料被飛刀牽引向前進給的速度u為：圖2.2盤式削片機的運動分析Fig2.2theMotionAnalysisofDiscchipper(2.3)sinau二v-sin（a''）式中：v飛刀的切削速度；a飛刀的安裝后角；遇角。從上述分析可見：盤式削片機的飛刀在運轉(zhuǎn)過程中形成的切削平面是固定不變的，在每一切削層的切削過程中，基本上始終通過底刀刃口，飛刀和底刀可

29、以很好地形成剪切機構(gòu)，這也使得盤式削片機比鼓式削片機的削片質(zhì)量好。木料在飛刀和底刀的剪切作用下，被切下的木塊（切屑）經(jīng)過刀盤的窄縫時，由于受到飛刀前面擠壓力的作用，被分裂成一定厚度的木片。研究與試驗表明，木片的厚度S為:(2.4)式中：1木片長度；°1沿纖維方向木材的抗剪強度;"2沿纖維方向木材的抗壓強度；K其他因素的影響系數(shù)。如木片長度為20mm時，木片厚度為3.9mm6.2mm；木片長度為25mm時，木片厚度為4.8mm7.5mm。木片厚度不僅取決于木片長度和木材的物理機械性能等因素，還與進料槽及飛刀的安裝角度和飛刀的刃磨角等因素有關(guān)。當飛刀的刃磨角和安裝后角較大時，則

30、削出的木片較厚，反之，較薄。本章小結(jié)本章主要介紹了枝桃粉碎機的結(jié)構(gòu)和工作原理，普通盤式枝梗粉碎機的組成，木片的長度和厚度計算，排料方式的選擇為上出料，木料被飛刀牽引向前進給的速度計算等。3主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算3.1生產(chǎn)能力的確定在削片過程中，由于加料的不連續(xù)性，樹種、含水率和被切削斷面積的變化，以及同時參加切削的飛刀的數(shù)量不同，使切削力不是一個固定的數(shù)值。由文獻4知，目前盤式削片機的主電機功率N(kW)一般按下列經(jīng)驗公式推算N=KEQ(3.1)式中：K不均勻系數(shù)，取K=1.11.2；E加工1實積m3木材所需的能量，kWh/實積m3;Q削片機的生產(chǎn)率，m3/h。根據(jù)實驗測得E=46。由發(fā)動機

31、功率為20KW,取K=1.1,E=6,N=20KW則Q=N/KE=3.03(m3/h)飛刀數(shù)量的確定由文獻4知，非強制進料的盤式枝桃粉碎機的生產(chǎn)能力Q(實積m3h)為Q=6m10”K1K2K3nZlF(3.2)式中：Ki設(shè)備時間利用系數(shù)，取Ki=0.30.5；K2工作時間利用系數(shù)，取K2=0.70.8；K3原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆枝梗材取K3=0.30.7,其他原料取1；n刀盤轉(zhuǎn)速，r/min;Z飛刀數(shù)量；木片平均長度，mm;F原料的斷面積，mm2;取K1=0.4,K2=0.7,K3=0.7,l=10mm,F=n父d2/4,d=150mm則Z=28Q=1.9,圓整為Z=2610K1K2K3nlF

32、故由生產(chǎn)率可選飛刀的數(shù)量為2把。選擇電動機型號為科勒CommandPROCV74027HP汽油機，額定功率20.1kw,額定轉(zhuǎn)速3600r/min。切削力的計算主切削力的理論分析與計算盤式削片機是由徑向安裝在刀盤上的飛刀和裝在殼體上的底刀組成的切削機構(gòu)，其切削過程可看成是有支承的銃削或剪切。削片機切削木材時，木材經(jīng)進料槽向刀盤進給，刀盤上每把飛刀的切削厚度為h,大小等于飛刀從刀盤表面的伸出量。切掉的木塊形成木片，穿過刀盤上的通孔，落到刀盤背面，經(jīng)出料口排出。木材削片機的整機載荷包括切削阻力，風扇葉片阻力，強制進料機構(gòu)的阻力等，其中切削阻力占絕大部分，飛刀間歇切削和木材進料的不連續(xù)性使削片機工作

33、時切削阻力在0到最大值之間變化。木料徑級不一，材性不同及節(jié)子等也會引起載荷的變化。木材削片機在工作時載荷波動很大，為了使削片機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和充分利用原動機的功率，刀盤具有很大的轉(zhuǎn)動慣量，起到了飛輪的作用，利用其慣性能來克服短時的大負荷。此外，異步電動機和汽油機都具有一定的過載能力，當遇到大負荷轉(zhuǎn)速下降的時候，這種過載能力就發(fā)揮出來。利用慣性動能和過載能力這兩點是削片機不同于一般平穩(wěn)載荷機械的特點，傳統(tǒng)削片機的設(shè)計計算中?？紤]這兩點。飛刀切削木材時，除前刀面對木材作用以外，后刀面和刀刃部分對木材也有作用力，刀刃處雖應(yīng)力較大，但表面積很小，刀刃作用力在總作用力中所占比例很小，可忽略不計。為簡化問題，設(shè)

34、刀刃為直線，切削速度垂直于刀刃方向，木材纖維方向亦垂直于刀刃方向。飛刀前刀面對木材的作用力合力為Fr,飛刀后刀面對木材的作用力匕由正壓力FaN和摩擦阻力Faf兩個力合成；此外還有底刀對木材的作用力Px,Py，木材受力見下圖3.1:圖3.1木材所受刀片作用力Fig3.1Forceactingonwood將各力投影到X軸和Y軸上，有£Fx=0則有F&十FmPX=0£Fa=0則有Fay_Fy+Py=0Fax=jtan(-。B=Pytan聯(lián)立以上方程解得PxFx-Fytan)tan；tan；-tan(:'.,工)Fyx,Fyx的計算式可參考文獻8,其中:Fx=lbs

35、in（'，二）cos(-90)-fcsin(''一90)1MbMjMcos(a+B+9y)cos(aBe*90)fcsin(aBe490)式中：l木片纖維長度，m;切削寬度，m;7一一木材順紋理剪切強度，N/mm2;fc附加阻力系數(shù)，由試驗測定；民飛刀后角；P一一飛刀楔角；8一一進料槽斜角；%后刀面與木材摩擦角；8y前刀面與木材摩擦角；9y=arctanMy,%一前刀面與木材摩擦系數(shù)，一般在0.50.75之間，常取0.6。將F”，F(xiàn)yx代入公式得：1MbM可Msin(a+B+8)-1MbM%"osQ+P+與)父tan(4a)tanPx:：:,-cos(a+0+

36、e+8丫90)fcMsin(a+0+e+8丫90)tan-1an(一口)(3.5)利用此公式，可以對主切削力進行理論計算，將各已知參數(shù)以及不同徑級木材代入公式，其中飛刀伸出量h=10mm,切削木片長度l=10mm,飛刀楔角B=30度，水平進料時8=90度，a=5度,T1=75N/cm2,fc=0.6,%=。=arctan0.6=31%最后得出Px=2347N,由切削最大直徑為150mm,Fx=p父A=p乂a父b,取切削寬度b=100mm.a=1mm,得出理論單位切削阻力Fx=23.47N/mm2.3.3.2主切削力的經(jīng)驗公式由切削力可按下式計算：Fx=pMA=pMaMb(3.6)式中：b一一切

37、削寬度，mm;a切削厚度，mm。(切削力與切削面積的關(guān)系，可以用單位切削寬度上作用的切削力Fx與切削厚度a的關(guān)系來代替，即：'Fx=pHa(3.7)可以把單位切削力P當作一個系數(shù)，用以反映切削力與切削厚度之間的函數(shù)關(guān)系。若表示Fx與a之間變化規(guī)律的曲線為通過坐標原點的斜直線，單位切削力便是該斜線的斜率。實際上，從實驗結(jié)'果中可知，F(xiàn)x隨a而變化的直線具有縱截距，而且在不同的切削厚度范圍內(nèi)，直線的斜率不同，即單位切削力不同。所以需要根據(jù)不同的切削厚度范圍，分別建立不同的單位切削力的計算公式。切削力經(jīng)驗公式的建立，是從確立切削厚度與單位切削力的關(guān)系著手的；然后將影響切削力的一系列因

38、素，如刀具變鈍，刀具切削方向相對于纖維的方向，切削角，切削速度，材種等，通過系數(shù)修正，經(jīng)驗公式換算，加以綜合考慮；最后建立隨不同因素變化的切削力經(jīng)驗公式。.確定切屑厚度與單位切削力的關(guān)系近半個世紀以來，對木材切削過程的試驗研究表明，在切屑厚度a>0.1mm時，單位切削寬度'上作用的切削力F與切屑厚度之間的關(guān)系可用AB直線表示，如下圖9。Fig3.2Therelationshipofthecuttingforceofunitcuttingwidthandcuttingthickness直線AB的方程為:式中：fAB直線的縱截距。F-fpa(9.81N/mm)(3.8)a20.1mm

39、時，直線AB的斜率，p=tan%實際上，當切屑厚度變小，在a<0.1mm時，F(xiàn)與a之間的函數(shù)關(guān)系改用曲線BD表示，若以直線BD近似地代替曲線BD,則直線BD的方程為:F=0.2fpa(9.81N/mm)(3.9)式中：0.2fBD直線的縱截距;pTia<0.1mm時，BD直線的斜率：p=tan中2="8f+"1P=8f'+p0.1卜面在兩種切屑厚度范圍內(nèi)，根據(jù)前，后刀面作用力的不同，分別建立作用在前，后刀面上的單位切削力計算公式:(1)當a±0.1mm時:F=fp'a=0.2f'0.8f'p'a"F&#

40、39;F'式中:FJ作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。從真實切刀切削木料的過程中可以觀察到，雖然a=0,但后刀面仍然對切削平面以下的木材起作用，這時FJ=0.2f'；(2)式中:F7作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力,F'=0.8f'p'ao當a<0.1mm時:FJ=0.2f'(8f'p')aF'F'FJ作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。該力不因切屑厚度變化而異;Fp'作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力,F'=(8f'p')ao相應(yīng)單位切削力p隨切屑厚度a的

41、變化而變化的關(guān)系式為:(1)當a±0.1mm時:f'.p二一p二a0.2f'式中：pa作用在后刀面上的單位切削力;py作用在前刀面上的單位切削力。(2)當a<0.1mm時:0.2f'pj二a(8f'p')=p：pj式中：Pa作用在后刀面上的單位切削力；pp作用在前刀面上的單位切削力。.確定刀具變鈍與單位切削力的關(guān)系在真實切刀切削木材的過程中，既然刀刃圓半徑的大小只是影響后刀面的變形功，那么變鈍刀具對單位切削力的影響也應(yīng)該局限在對后刀面單位切削力p儀的影響上。刀具變鈍的影響用變鈍系數(shù)Cd修正。根據(jù)試驗C=11.7oCd值與刀刃圓半徑的增量A

42、P成正ppp比。銳利刀具取Cp=1o刀刃即使剛剛磨銳，但初始圓半徑仍有510N,因而后刀面上還是存在作p用力FJ=0.2f'=(10.8)f'。變鈍刀具取Cp大于1,相應(yīng)FJ=(Cp-0.8)f'°將上述關(guān)系代入單位切削力計算式，得：(1)當a20.1mm時：0.2f'0.8f'Cpf'p=p/py=+(+p')=+p'(3.14)aaa(2)當a<0.1mm時：02f'(Cp0.8)Mf'p=p：.p一='(8f'p')(8f'p')(3.15)aa.確定切

43、削角，切削速度，切削方向相對于纖維方向和材種等因素與單位切削力的關(guān)系單位切削力公式中的兩個變量p'和f',在綜合了對松木，樺木等材種的不同切削方向的試驗數(shù)據(jù)后，可按下法決定。主要切削方向的單位切削力pp為：fp',，、pp=一十pp(3.16)a式中：fp'可以根據(jù)某一主要切削方向按材種查下表1；ppp'pp'=ApM6+BpMVCp。(系數(shù)Ap,Bp,Cp根據(jù)某一主要切削方向分別查表1和2決定。在該式中同時反映6和V對p的影響。在鋸切速度小于70m/s,包I削，銃削速度小于40m/s時，以90-V代替V。鋸切時，在V大于，等于或者接近于70m/

44、s情況下以V代入。)表3.1系數(shù)f',A勺值Lab3.1Coefficientsf',A材種一-一2f'(x9.81N/mm2)一-2A(x9.81N/mm2)端向縱向橫向端向縱向橫向松木0.490.160.100.0560.0200.003樺木0.550.190.140.0760.0250.0045麻棟0.640.210.1720.0820.0280.006表3.2系數(shù)B,C的值Lab3.2CoefficientsB,C材種B(x9.81N/mm2)C”9.81N/mm2)端向縱向橫向端向縱向橫向松木0.0200.0070.006-0.0072.000.550.066

45、樺木0.0240.0080.007-0.0102.300.700.085麻棟0.0270.0090.085-0.0122.560.760.10.最后確定上述所有因素與單位切削力的關(guān)系(1)當a之0.1mm時：Cpfp'主要切削方向Pp=-+(Apx5+BpXV-Cp)(3.17)pppa(2)當ac0.1mm時：(Cp-0.8)fp'主要切削方向pL匕+8fp'+(Ap+BpMVCp)(3.18)a由Fx=ppMab,6=40tV=1800r/min,材種取松a=1mm,r=280mm,Cp取1.7，得出2pp21N/mm.綜上所述，單位切削阻力理論計算值與經(jīng)驗值相差不

46、大，故可取切削阻力Px=2347N.相應(yīng)的單位切削阻力Fx'=23.47N/mm2切削功率的計算切削功率的計算由文獻8可知計算公式rFFxanZ/、£=-kW(3.19)6000sin；如圖3.1所示：圖中表示削片時飛刀對木材的總切削力。刀盤對木材的支承力降低了后刀面對木材的支承力，互相影響，所以也包括在總作用力中。總作用力F分解為切向分力Fx及法向分力Fyo在切削過程中，F(xiàn)x隨木片的變化而變化，其短時平均值為Fxav。Fxav與寬度成正比，有：Fxav=Fxb(3.20)式中：b切削寬度，m；Fx'單位寬度平均切向阻力，N/m。一把飛刀一次切削功耗為：F皿=FxA(

47、3.21)式中：A切口面積，(m2)。(A=-A,A木料橫斷面積，m2)sin；和與，則名由下式確(3.22)(3.23)如果進料槽在通過主軸線的兩個相互垂直平面內(nèi)的投影傾斜角分別為定:sin；1sin；2一.2.2.2.2,sin1sin2-sin1sin2切削功率為.FxAcnZPC二6000sin；式中：n刀盤轉(zhuǎn)速，r/min;Z飛刀數(shù)。對于原木有：PC=二Fxd2nZ240000sin；(3.24)式中：d原木直徑，m?？紤]木材徑級不同大小不一時，可經(jīng)計算取其平均直徑dav=位aQ；（m）式中：di各徑級木材直徑，（m）;ai各徑級木材長度占總木材數(shù)的比例?？紤]木段之間的空隙時間應(yīng)增加

48、一個切削連續(xù)性系數(shù)c,則切削功率為:2.FxdavnZcIP二24000sin；c值由下式確定：式中：tci每段木材切削時間，s；3相鄰木段之間的間隙時間，c二tci一一tri(3.25)(3.26)由于本機采用水平進料，且入料軸線與刀盤端面垂直，故%=牝=90一，取c=0.9,dav=120mm,單位切削阻力Fx=23.47N/mm2,故根據(jù)式3.24，有:2c23.473c二00.9=14.13kw240000sin90060空載功率的計算由文獻8知(3.27)N空=0.2N傳(3.28)當"安=0.96、”軸承=0.98時，N空=3.0kwN總=N切+

49、N空=17.13kw綜上所述，發(fā)動機的功率符合要求。飛刀伸出量的確定由2.2盤式枝梗粉碎機的結(jié)構(gòu)分析知hl(3.29)cos1cos二2設(shè)切削木片長度l=10mm,水平進料方式時，0(1=0°,口2=0°,則飛刀伸出量h=10mm。本章小結(jié)本章主要介紹了盤式枝桃粉碎機的各個主要技術(shù)參數(shù)的確定，包括生產(chǎn)能力，發(fā)動機功率，切削功率，切削力，飛刀伸出量的確定等。4主要部件的設(shè)計計算4.1刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸的確定圖4.1刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig4.1Thestructuraldesignofthecutter如圖4.1所示，將刀盤看作實心圓盤，計算刀盤應(yīng)有的轉(zhuǎn)動慣量【11】式中：A刀盤

50、運轉(zhuǎn)時的盈虧功，取Aw2、(4.1)PA102=720.63J-21w刀盤的角速度，s;16速度不均勻系數(shù)，6=一。20則J=900A/二2n2I=0.41kgm-2根據(jù)國家推薦刀盤直徑選取范圍，取刀盤直徑為560mm。12GD2由J=_mR=()22g2(4.2)得：即刀盤重量為102.5kg。8gJ_89.80.41D20.562=1025kg式中：飛輪材料的比重一2二D2(4.3)B飛輪的寬度得:=0.053m4G_4102,5二D2-3.140,5627.85103取B=60mm為防止輪緣破裂，驗證輪緣的圓周速度vmax二Dn6010003.145601800601000=52.75m

51、/s鋼制飛輪的最大圓周速度：60m/s,故刀盤強度滿足要求。刀盤的材料選用45鋼，刀盤結(jié)構(gòu)各部位是根據(jù)力的要求和安裝葉片而設(shè)計的，飛刀經(jīng)夾緊機構(gòu)夾緊。在刀盤上，刀盤的內(nèi)孔為圓孔，上挖鍵槽，以保證刀盤與主軸的同軸度和固定。由于少刀盤式枝桃粉碎機工作時屬于間歇運動，故實際消耗功率是變化的，因此，將刀盤看作飛輪設(shè)計，以便在驅(qū)動力的功超過切削阻力的功時，將多余的能量貯藏起來，使動能增大時，速率增加不太大；反之，當切削阻力的功超過驅(qū)動力的功時，把多余的能量釋放出來，使動能減少時，速率降低不至于太大。刀盤的作用就是使刀盤的速率波動不至于太大。4.2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的最小直徑計算根據(jù)實心圓軸公式12,其切應(yīng)

52、力-TT_9.55106P/nW-0.2d3<LT】MPaFig4.2ThestructureofSpindle寫成設(shè)計公式，軸的最小直徑9.55106P0.2'.tnmm(4.4)上兩式中：Wt軸的抗扭截面系數(shù)，mm3;P軸傳遞的功率，kW;n軸的轉(zhuǎn)速，r/min;1%許用切應(yīng)力，MPa；C與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表4.1查得13。對于受彎矩較大的軸宜取較小的kT】值。當軸上有鍵槽時，應(yīng)適當增大軸徑：單鍵增大3%,雙鍵增大6%。表4.1軸強度計算公式中的系數(shù)CLab4.1coefficientsCofShaftstrengthcalculation軸的材料Q235,20Q255

53、,Q275,354540Cr,38SiMnMot/MPa121520253035404552C16014813512511811210610298由帶傳動傳動ni=3600r/min,n2=1800r/min,R=20kW,P2=R”,取帶傳動效率刈=0.96,則P2=19.2kW軸的最小直徑為192d=1.031183=26.75mm,1800為了保證軸的強度，選dmin=40mm。輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的直徑di，取di=40mm,根據(jù)帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸，取l1=78mm。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。.為了滿足帶輪的軸向定位要求，i-n段右端需制出一軸肩，

54、故取n-ni段的直徑d一=46mm;.初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。按照工作要求并根據(jù)dn皿=46mm,查手冊選取單列圓錐滾子軸承33010,其尺寸為d父D父B=50mm父80mm父20mm,故dw=dVII_V川=50mm;軸右端寬度應(yīng)能安裝軸承，由1V11VHi=a+a1+a2=26mm。.安裝刀盤的軸端W-V的直徑div_v=56mm,由刀盤寬度為60mm,為了使套筒端面可靠地壓緊刀盤，此軸段應(yīng)略短于刀盤寬度，liv”=56mm軸肩高度h>0.07d，故取h=4mm,則軸環(huán)處的直徑dV_VI=64mm。軸環(huán)寬度b21.4h,取1V_VI=6mm。.軸承端蓋的總寬度為21mm(由箱體及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與大帶輪右端面間的距離1=29mm,故1n=50mm。.取刀盤距箱體內(nèi)壁的距離T=27mm,考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動軸承位置時，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s,取s=13mm,已知軸承寬度a=20mm,則lmiv=T+s+a=(27+13+20)mm=60mm取1viVII=25mm,已初步確定了軸的各段直徑和長度。.軸上零件的周向定位帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按di由機械設(shè)計表6-1查得平鍵截面bMh=12mm父8mm,鍵槽用鍵