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1、4192削片机的设计编号潍 坊 学 院毕 业 设 计 技 术 报 告 课题名称： 造纸盘式木片削片机的设计 学生姓名： 李明磊 学 号： 08011140226 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 08级本科二班 指导教师： 韩徳伟 2012 年 05月摘 要木片削片机用于制备工艺木片，是人造板和造纸行业的基础设备。几十年来，国外科技工作者围绕削片机存在的木片质量差、能耗大、振动噪声大三大难题进行了很多研究，取得了不少成就。特别是木片质量问题解决的比较好。而能耗与振动噪声问题虽有改善，但仍然比较严重。本文将从削片机的结构入手进行设计，通过对影响削片因素的分析，对削片机进行改造，同时也对

2、削片机存在的问题，及未来发展进行分析。关键词：木材削片机 盘式削片机 切削力 功率、生产能力ABSTRACTThe wood chippers are used to produce technological wood chips and are the basic equipment in papermaking and wood-based panel industries. Many studies on chippers to improve the quality of wood chips, to minimize the power consumption and to red

3、uce its vibration and noise have been done by many researchers on all over the world in last decades. Some significant result has achieved on improving the quality of wood chips. More studies are needed to solve the problems of vibration, noise, and power consumption on wood chipper. We will design

4、the structure of chippers in this passage. We will improve chippers by its influence factor. Besides we will analyze the problem and its future of chippers.KEY WORDS：wood chipper；disc chipper；cutting forces；power ,the ability of produce第1章 引 言1.1造纸机械业的现状及发展趋势现代造纸工业是世界上除电信制造业和汽车工业之后的第三大加工工业，属集中度高，资金、

5、技术、能源密集的大型现代化基础产业。造纸机械工业是为造纸提供专用生产设备，备品配件和安装维修服务的专业性机械工业。造纸机械与设备的产量、水平、质量对造纸工业的生产建设规模、技术装备水平、产品质量档次，生产成本及经济效益起着决定性作用。建国50多年来,我国的造纸机械制造业一直是伴随着造纸工业同步发展起来的。在“以草为主、以木为辅、草木并举”的造纸工业发展期间,为适应草类原料制浆、造纸的工艺要求,造纸机械制造业确实发挥了重大作用,开发了相应的新设备、新技术。在计划经济年代中,还出现过造纸机械设备供不应求的辉煌时光。这在建国五十多年的造纸工业发展史中是功不可灭的。同时，由于科技进步的推动，国内制浆造

6、纸机械与设备制造业也掌握了一批大型制浆造纸设备核心关键技术。我国造纸企业特别是大型造纸企业，现代化程度及自动化程度越来越高，制浆造纸过程所应用的机械与设备具新型性及先进性，明显体现出高速、高质、高效、环保的特点。因此，就必须尽快掌握应用新技术、新设备以适应造纸工业发展的需要。然而,社会在发展、变迁,在改革开放后的新形势下,造纸工业的发展出现了变化,在国家加大环保治理力度下,众多中小纸厂关停或调整产品结构,缩减自制浆能力,采取以外购商品木浆为主的用料方针,追求大型、高效、自动化设备已成为造纸企业普遍的发展方向和目标。这一造纸工业发展的新变化是造纸机械制造业未能预见到的。因此,出现了近年来造纸企业

7、在技改、扩建、新建项目上,转向国外知名造纸机械厂商,冷落国产设备的被动局面。一些过去较有知名度的造纸机械厂和轻工机械厂产品滞销、开工不足、甚至有的处于停产和破产的瘫痪状态。在这样的严峻形势下,造纸机械制造业面临着极大的挑战。目前，我国造纸机械工业已从低水平的一般产品生产发展到具有相当规模的能够为中等规模以上制浆造纸企业提供较高水平成套专用设备，并随着我国造纸工业的高速发展而发展，但是，目前我国造纸机械制造工业的发展还是远远落后于我国造纸工业的发展，成为制约我国造纸工业产品升级和竞争力提高的主要因素之一。因此，发展造纸机械制造工业，研究与开发造纸新技术、新设备，已成为国内造纸工程技术人员及科技工

8、作者的迫切任务。 我国当前我国造纸工业发展形势很好，国家从政策和资金等方面也给予了很大支持，国外资金及国内民间资金也不断注入，可以说我国的制浆造纸机械业面临巨大的商机，但也面临着巨大的挑战。虽然近些年来我们的产品水平有了很大的起色，在大型化、高速化、高效化、自动化等方面有了长足的进步，特别是在原国家经贸委支持下引进国外部分适用的先进技术，加快了大中型造纸装备国产化步伐，但与国外先进水平相比仍有很大差距，适应不了大型造纸项目的建设需要。为此，我们仍需认真总结经验，认真借鉴国外先进成熟的技术，结合国情，走有中国特色的道路，进一步开发技术先进、适用的高效产品，进一步努力提高整体水平，在经济全球化的时

9、代，在造纸工业的大市场中占有一席地位，为发展我国造纸工业发挥更大的作用。现针对造纸机械备料设备中的削片机进行设计改造。1.2备料设备造纸原料品种各样，主要造纸原料除木材外还有草类原料，如稻草、麦草、芦苇、芒杆、蔗渣及破布等。这些制浆造纸原料在蒸煮或磨碎之前，要先进行备料，除去树皮、苇鞘、苇膜、蔗髓、泥沙等杂质。使原料质量均一并切成一定大小和形状以利于后面作业。所用备料设备类型繁多1.2.1备料的目的及方法备料的目的在于把纤维原料经过初步加工和处理，除去树皮、鞘，髓、泥沙等杂质，使原料质量均一，并切成一定大小和形状，以便后面作业。备料的方法安使用原料的种类，可分为木材纤维原料备料和非木材纤维原料

10、备料两种。非木材纤维原料备料又分为干法备料和湿法备料两种方法。干法备料是指原料在一定水分下（即贮存后的水分）进行各种必要处理。此法由于技术比较成熟，设备简单，操作方便，动力消耗少，所以国内草浆厂多用此法。湿法备料是将未经切断的或已经切断的稻麦草送入水利碎浆机种切断或打散、净化，再经自然脱水或筛子脱水，而后到挤压设备中机械脱水，以提高进蒸煮器的草料干度。所用水利碎浆机类似处理废纸用的碎浆机，若处理的是未经切断的原草，则要求具有一定的切断能力。该法可提高制浆设备生产能力，降低碱耗，氯耗，以提高浆的得率和强度，降低黑液含硅量，提高除尘效率和减少大气污染。但由于存在投资达、动力消耗大等问题，有待于进一

11、步研究和改进。1.2.2木材备料过程及设备制浆造纸所用木材一般有原木、废木、边材和板皮等，按不同制浆方法以及对纸浆质量要求，对原木的质量要求也不同，备料的过程也有不同。例如，制备木段磨木浆的备料，要求提供与磨木机料箱长度相适应的木段。原木在备料过程中被锯成一定长度的木段，直径较大的原木还要劈开，并且树皮要剥干净，同时要除去树节。供蒸煮用的原木备料要求提供具有一定形状和大小的木片，并且要求除去树皮，木屑，尘土等杂质。制备木片磨木浆的备料要求提供一定形状和大小的木片，一般还要求把木片洗剂干净，防止混入沙土造成设备过早磨损 。木片备料的常规流程：把原木锯成适当长度的木段，剥皮，削片，筛分，再碎。若原

12、木直径过大不能直接投入削片机时，先用劈木机或电锯把原木劈开，然后投入削片机。当采用长原木削片时劈开，然后投入不必锯断。筛分出来的长木条和大木片，再经破碎成合格的木片。木材备料的重点设备由剥皮机、削片机、木片筛、再碎机。1.2.3非木材原料干法备料过程及设备草类原料的备料是为蒸煮提供一定长度的草料，除去草料中的一部分或大部分穗、节、髓、谷粒以及混杂在草料中的一些尘土、砂石等杂物。传统备料的方法是干法备料，其基本作业是切断，除髓，除尘，筛分，尘气处理等过程。干法备料尘埃大，操作环境恶劣，而湿法备料没有这类问题，它是将未经切断的或已经切断得稻麦草送入水利碎浆机中切断或打散净化，再经自然滤水或筛网脱水

13、，而后到挤压设备中机械脱水，以提高进入蒸煮器草料的干度。第2章 木材削片机的发展现状及存在的主要问题2.1发展现状削片机是人造板、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丫材、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.国外大规模的木片生产始于60年代,近年来发展很快,不仅产量迅速增加,而且在一些国家,如日本、前苏联、美国等国已发

14、展成为木材工业部门中的一个独立体系.在瑞典、芬兰等国则成为木材加工企业中不可缺少的组成部分.我国的伐区木片产业于70年代后期出现,90年代才形成规模,目前年生产能力已达830万m,年产值达25亿元.目前全世界范围内的人造板、纸和纸板的需求量仍逐年增长.据联合国粮农组织预测,到2010年全世界人造板消费量将从1991年的1.22亿m增加到3.13亿m,年平均增长率为4.82%;纸和纸板的消费量将从1991年的2.43亿增加到4.43亿,年平均增长率为3.07%.我国人造板的消费量将由1991年的331.8万m增加到1504.3万m,年平均增长率为6.0%;纸和纸板的消费量将由1991年的1853

15、.4万增加到5323.9万,年平均增长率为5.9%.因此，木片需求量仍将不断增长,削片机必将得到进一步发展,其前景是广阔的. 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,其结构和性能已日趋完善,在生产中发挥着重要作用.近年来,国外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。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,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

16、得了可喜的成果.自90年代木片生产得到了较大的发展,削片设备的研制也有了较大发展.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、造纸木片加工;12种鼓式削片机,广泛用于纤维板和刨花板木片的加工;还有移动式削片机8种,用于林区木片生产.按切削机构不同,削片机可分为盘式和鼓式两类.鼓式削片机的切削机构由一个旋转的鼓轮、飞刀和底刀组成,鼓轮上安装若干把飞刀,底刀固定在底座上;盘式削片机的切削机构由一个旋转的刀盘、飞刀和底刀组成,在刀盘上沿半径方向安装316把飞刀.对于以加工剩余物,如板皮、板条、碎单板片等为主要加工对象的企业,

17、比较适于配置鼓式削片机;而对于枝丫材、小径木等较好的原料,则宜于使用盘式削片机.一般纤维板厂多用鼓式削片机,而造纸厂则多用盘式削片机,在刨花板厂则以实情两者兼有.早期造纸工业中,广泛采用鼓式削片机,后来逐步为圆盘式削片机所取代,因为后者加工出的木片质量好.日本在70年代基本上已全部采用圆盘削片机,而在其他一些国家里,鼓式削片机仍占一定比重.2.2存在的问题从国内外削片机的使用情况来看,目前削片机存在着如下几个问题:一是木片质量不稳定,表现为超大片或碎小片比例高,木片合格率低;二是削片机的功率比较大,一般为几十到几百.统计资料表明,国产削片机动力配备相差很大,存在动力不足和大马拉小车问题,其单位

18、动力配备(以1 m/h生产率所配备的动力的数)小至3.9/m,大到14 7/m,相差达3.8倍.使用情况也证明有的削片机功率偏大,而有的却不足.产生这种现象的原因是设计时仅靠经验和类比,缺少必要的原始资料、数据和设计计算.此外削片机本身的切削特性也决定了切削功率较大;三是振动噪声大,在所有木工机械中,削片机是噪声最严重的机械之一,其工作时噪声高达110,超标1220,空转噪声高达102,超标36,严重影响工人的身心健康.2.3削片机改进出料方式的改进传统的削片机大多采用上出料方式排出木片,刀盘周边需增设叶片,削出的木片因被叶片等撞击而破碎,因而木片合格率低.俄、美等国研制的新型盘式削片机采用侧

19、出料方式,木片靠切削时的弹性变形能无冲击地排出,可减少木片损失3%5%.俄罗斯研制的多刀盘式削片机,木片按下出料方式排出,可降低木片损失2%5%.采用多刀切削机构，普通盘式削片机切削时飞刀做平面运动,在切削过程中飞刀对木材的切削是间歇进行的,当第一把刀已离开原木,要隔一段时间第二把刀才开始切削,这样不但影响机床的生产率,而且造成电机载荷不稳和原料的跳动,影响木片质量.为改善这种状况,采用多刀盘式削片机,以实现连续切削,在切削过程中至少有两把刀切入木材,这就大大减少了原木在料槽中的跳动,削片质量较高,生产能力也比普通盘式削片机高.改进飞刀、底刀结构及飞刀安装方式，为提高削片质量和产量,国外多采用

20、双刃面飞刀和底刀,还有的将底刀的4个边均制成工作刃,以轮换使用.俄国的新型鼓式削片机在主底刀的相应位置上增加一个辅助底刀,用于对超标准木片的再碎,可提高生产率和木片质量.美国研制的用于将整根原条加工成木片的新型削片机,装有2把互为垂直的底刀,使木料在切削时保持稳定,提高了切削部件的强度,从而有利于提高木片质量.此外,采用刀夹装刀及采用小尺寸飞刀在刀盘上呈螺旋线布置,也可改善切削条件,提高木片产量和质量.2.4削片机存在的缺点及国外发展状况木材削片技术装备中最主要的是削片机,自40年代木片工业兴起以来,削片机在劣质材、小径木及各种剩余物的加工中作出了重大贡献,为制浆、造纸、人造板及燃料工业提供了

21、大量经济而方便的原料。但传统的削片机存在较多的问题,主要表现在:结构笨重,动力消耗大,切削过程不平稳。设备稳定性差,生产效率低,木片质量差。结构复杂,制造费用高,维修困难,有一定的使用局限性。噪声较严重,振动比较大。进料口径稍小,枝丫通过能力不强。装刀、磨刀费时费力。针对以上缺点,近年来,国外林业发达国家致力于对新型削片机的研制,各种新型削片机获得了巨大的经济效益。下面叙述的国外新型削片机的结构值得我们学习和研究:自动控制的进料机构进料机构影响削片机切削时的稳定性和动力消耗,也影响木片质量,新的削片机根据不同的劳动对象,具有不同的进料机构。2 控制木片质量的分离装置采用双腔式分离装置可使木片在

22、削制过程中,自动地将木片中所含不合格的超大片、碎小片及其它杂质与木片分离,分别进入两个腔室中,由各自的排料系统排出,以提高设备利用率及木片合格率并能降低木片成本。3双刃面飞刀为节省换刀时间,提高效率,降低刀具制造成本,国外普遍采用双刃面飞刀。4飞刀按螺旋线布置德国研制的新型移动式削片机组,刀鼓转数低,飞刀呈螺旋状装配,在工作机构的两个相互迎面旋转的轴上固定着尖锐的圆锥盘,在圆锥盘之间的圆周方向上,交错排列着切削刀,在切削刀的一些部分设有小钩,以钩住和折断枝丫或其它剩余物,提高碎小材的使用效果。5刀夹安装飞刀前苏联生产的多切刀盘式削片机,由于刀夹装刀,故其刀盘厚度和重量是普通盘式削片机的1/2左

23、右。6多方位出料口法国研制的削片机的木片排放装置分短程和远程两种,可旋转360度,喷料口带有分流装置,控制木片均匀地进入挂斗车厢。7 降低振动与噪声国外削外片机降低振动与噪声措施为:削片机采用厚实的基础或对固定式削片机采用弹性悬挂装置,以避免振动与摆的传递;在削片机的工作面上贴上隔音材料及壳体空腔衬上橡胶或其它隔音填料,使隔音性能有所提高;在隔音室内对削片机进行遥控操作,使工作免受噪声危害;采用多刀削片机及下方抛掷木片,减少振动;在驱动装置中考虑了蝶式弹簧,以便限制最大传动扭矩,从而在冲击时降低噪声。 8 刀盘1和传动皮带轮2同时装在回转的主轴3上，主轴支承在三个轴承上，刀盘的边缘装有风叶5，

24、整个刀盘被包裹在外壳6中，刀盘旁边装有喂料虎口7。工作时，电动机通过三角皮带轮带动主轴和刀盘回转，利用刀盘上的刀片与喂料虎口下面的刀盘产生的切削作用，将喂进的原木切削成木片。切削好的木片通过刀盘上刀片下面开的缝隙，从另一面落下，然后有风叶推动从风管吹出，送至旋风筒除尘。多刀削片机采用下卸料，因此刀盘边缘不需要风叶，切削的木片凭借本身重力，由刀盘卡壳下部卸料口卸出，然后由皮带输送机或斗式提升机送至筛选系统。第3章削片机的结构设计用木材生产化学浆或木片机械浆，需要把原木削成木片。生产化学浆用的木片要求长短、厚薄均整，尽量减少大片和碎片。木片规格一般为：长15-25cm，厚3-5mm，合格率要求在8

25、0%以上。削片机一般供原木削片用，有些削片机也可以用来削板皮、竹。 目前主要采用刀盘式削片机。此外还有鼓式削片机、螺旋式削片机等。3.1总体方案拟定 原木通过电锯或其他截断装置，截成2m长，然后通过人工或机械方法将其送到喂料槽，原木在未料内，通过自重和飞刀的牵引力进行移动。喂料可采用水平喂料和斜喂料，但由于时间和资金的限制，先采用斜喂料。传动轴采用三点支撑，中间轴承采用浮动轴承。传动装置采用V型带传动。现设计一削片机，要求切出木片长度20mm,厚5mm。有三把刀片，刀片厚20mm ，宽250mm，刀片的外侧与刀盘边缘相距150mm。刀盘直径为2，厚度100mm。刀盘的转速为300转/分。3.2

26、刀盘式削片机的结构刀盘式削片机有刀盘、机壳、喂料槽以及传动装置等部分组成。图如下。图（1）3.2.1刀盘刀盘式削片机的主要部件。如图示，在刀盘2上装有35把（多刀削片机刀片812把）刀片1，刀片的安装位置应在距辐射线超前1015之处；刀片的处侧与刀盘边缘相距150200mm。为使刀片保持必需的刀高，在刀片后面有一块带斜面的垫板3，用正方形平头的紧固螺栓5，穿过刀片的长孔固定在刀盘上，校正刀片位置后，可用木块4在刀背将其垫牢，并将螺栓的螺母与锁紧螺旋母旋紧。为保护刀盘表面，在刀片对面装一块带沟槽的垫板（也称刀牙）6。刀盘是削片机的切削机构，它是一个直径14m，厚度50150mm的铸钢圆盘，根据刀

27、片数目和安装位置，在刀盘开有同等数量的孔。此外，沉重的刀盘还起着惯性轮的作用，稳定切削过程。对于大型多刀削片机，往往还有一个与刀盘相平衡的惯性轮，这样可以使削片时振动小，电动机负荷较均匀，动力容量较小。普通刀盘式削片机刀盘的转速为150650转/分。此外，为便于工人转动刀盘，在刀盘平面周缘上紧密排列着一圈直径30mm、深40mm的钻孔。近来又有在传动皮带轮的周边上铸有一圈齿，利用一个特制的杠杆来转动刀盘。图（2）1.刀片飞刀安装在刀盘面向喂料槽的一面，飞刀的刀刃沿刀盘的半径方向或刀盘的半径方向成815角向前倾斜布置。在刀盘上，沿着刀刃的方向开有一条宽约100mm的长缝，飞刀的长度与飞刀的长度相

28、同。 为了调整飞刀刃口的位置，在飞刀的底面有一块楔形垫快，他们一起被一组埋头螺钉固定在刀盘上。在长缝的另一侧装有一块定位板，又成为下刀，供保护缝口之用。从原木削下的木片通过长缝至刀盘的背面。刀片呈矩形，厚2025mm ，宽不小于200mm，长度视削片机图（3）直径而定。刀片上有若干个长孔，供装置和调整飞刀之用。刀刃角约3040，较大的角度适用于硬材及冻材。刀片采用长形螺孔，使其安装时能前后调整。刀片的一边有锋利的刃口，其研磨角为35 40。另有一种双研磨角的刃口，第一研磨角为4042，第二研磨角为2832。这种刀片较耐用，有利于提高切片合格率，适于处理硬质木材。刀片材料为碳素工具钢或合金钢，热

29、处理后硬度为Rc6265，刀片的结构有整体的，也有为了节省合金钢采用镶片结构。2.垫板垫板用1820mm厚的低碳钢板制成，其表面刨有若干沟槽。它的主要作用在于顺利地诱导原木进入削片刀的刃部。此外，又可使切削过程的原木紧压在其上，而不导致直接压在刀盘的表面，避免刀盘的磨损，但垫板严重磨损时可更换。这样不影响刀盘本身，从而延长其使用寿命。3.风叶风叶用钢板制成，安装时叶片沿刀盘径向放射线与刀盘成330的角度。随着刀盘的转动，叶片直接推动木片，使其产生圆周运动，同时叶片又驱动空气，产生一股具有较大风量和风压的气流，使木片沿外壳和连接风管进入下工序。若用下卸料方法，则不需要安装风叶。3.2.2喂料槽喂

30、料槽俗称虎口，有圆形的，多圆弧形的，多角形的和方形的几种形式。以方形虎口较为普遍。它是由虎口，底刀，旁刀，大小三角板等组成。削片机的喂料槽与刀盘成一定角度安装。刀盘与喂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的关系。普通削片机的喂料槽是倾斜安装的，称为斜喂料。喂料槽横截面的大小及形状实际上取决于该削片机和能切削原木的最大直径。在喂料槽下方装有底刀，递到承受很大的冲击力。可利用螺栓的螺母调整并固定其位置，是底刀和刀片间隙维持在0.30.5mm左右，同时用斜垫板将它楔牢。底刀的刀刃角一般为8085。在底刀的上盖着一块护板，称为大三角板，用来保护

31、底刀和防止喂料槽磨损。图（4）在喂料槽的一个侧面，也承受一部分切削力，那里也装有一把刀，称为旁刀，旁刀的安装方法和底刀相同，用来保护旁刀和侧板的护板，称为小三角板。底刀、旁刀与飞刀的刃口距离为0.31mm。底刀、旁刀、大三角板较易磨损，要求便于拆卸更换。1.虎口虎口用铸钢制成，其底部制成一倾斜面。虎口流槽与刀盘的平面要保持一定的斜度；此斜面的侧面投影与水平轴线所交成的角度成为虎口角1，1为45-52。其水平投影与主轴中心线所交成的角度称为投木偏角2，2为。15-38。据试验和应用认为1=52和2=2031最适宜2.底刀和旁刀底刀和旁刀均用厚10-12mm的碳素工具钢板制成。底刀的刃角为80-8

32、5，旁刀的刃角为60-65，与刀盘刀片的距离为0.3-0.5mm。3.大小三角板三角板的形状实际上是四边形，用6-8mm的低碳钢板制成，其上部两个角是直角，而下边则有斜面刃口，刃角约为30-60。4.其他参数刀距：削片突出刀盘面的距离称为刀距（h，mm）。刀距对木片长度（l,mm）起决定性作用，其关系为h=lcos1cos2 （3-1）考虑到在切削时，原木受刀片和底刀之间的剪切作用，有往上翘起的趋势， 亦即加大了1角度，故一般刀距均较计算结果小2mm。取1=52，2=2031,l=20mm,则 h=lcos1cos2=20*cos52cos2031 =20*0.6157*0.9366=11.53=12mm 故取刀距h=10mm。刀高：刀片刃边与垫板