小型鋸段機結構研討

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森林資源日漸短缺是當今世界的總趨勢，我國是一個少林國家，因此如何更充分地利用現有資源，開發出更多的鋸材產品是亟待解決的問題…。隨著人工林撫育伐日漸增加，開發小徑木制材設備已勢在必行。小徑木專用制材設備有多種形式，在我國按照加工特征通常將圓鋸機分為橫截圓鋸機、縱剖圓鋸機和裁板圓鋸機。本設計的小型鋸段機屬于橫截圓鋸機類產品，其加工的原料是直徑在30～80ram范圍內的小徑原木且經過簡單去除枝丫的材料，加工后的產品為厚度15mm左右的圓木片，其可進行裝箱、裝袋處理，提高其在林間的運輸效率。另外，小徑木鋸段加工后還可以成為生物質燃料的制備原料，以獲得更大的經濟效益。

1工作原理簡述

該自走式小型鋸段機分為機架、主軸、夾緊升降機構、偏心圓盤機構、鏈傳動機構5個主要部分。以組合的圓鋸片為切削刀具，利用偏心圓盤機構和夾緊升降機構實現加工材的進給，在加工過程中采用運動定位，且一次進給可進行多次裁切，提高了生產效率。

2主要技術參數

研制的自走式小型鋸段機可把小徑木(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輸，同時又可為生物質燃料的制備提供原料。該鋸段機的主要技術參數見表1。

3主要結構設計

3．1機架設計

機架由型號不同的槽鋼和鋼板焊接而成，用來支撐機器的其他零部件，其由固定底架、進料部分支架、動力部分支架3部分組成。固定支架可通過地腳螺栓固定在加工現場或安裝在運輸設備上，整個機架穩固且便于加工；進料部分支架和動力部分支架的支承平面都逆時針方向傾斜45。，小徑木在進料過程中，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，小徑木向下運動，到達進料擋板，進料受力分析示意圖如圖1所示。

3．2主軸設計及工作原理

型號為Y112M一4的電機安裝在機架上作為鋸切的動力源，電機的額定功率為4kW，效率11為84．5％，經過一級帶傳動后到達圓鋸片主軸的功率P為4×84．5％：3．38kW。圓鋸片主軸通過一對帶立式座頂絲外球面軸承固定在機架上面；主軸的一端與皮帶輪為小間隙配合，并由擋圈固定。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。主軸的轉速n為1200~min，鋸切直徑小于50ram的小徑木時，鋸片的切割功率為3．38kW左右；當鋸切的小徑木直徑在50—80mm之間時存在兩鋸片同時工作的情況，此時兩個工作鋸片的功率之和在3．38kW左右。刀具主軸簡圖如圖2所示。通過對主軸進行受力分析可知，在鋸切過程中受到的載荷主要有帶傳動張緊力和作用在圓鋸片上的鋸切力。主軸在機架上呈45。安裝，帶的張緊力與另一端鋸片受到的鋸切力同向(在調節帶輪中心距的過程中可能會產生較小韻銳角，銳角的范圍為O7。)。根據所設計的參數計算可得進給功率為3．38kW，帶的根數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；P為進給功率；z為V帶的根數；m為V帶每米長的質量；v為V帶輪的速度，根據V帶輪的轉速n=1200r／rain可求得帶輪的轉動周期T=0．05s，由式(2)可求得V帶輪速度v：=孕1(2)式中：r=O．08m，得v=10．05rds。經計算或查表可知：Ka=0．99，Pd=3．38kW，z=3，m=0．1kg／m?？傻?51．63N。根據單根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；為帶輪的包角，其由式(4)確定：0[：180o一=垡×57．3o(4)口式中：da．d。分別為大、小帶輪的直徑；a為實際軸間距，取d~=0,16m，da：0．132m，a=0．397m。得5=175．9。，故Fr=908．87N。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，而扭轉作用力越大，因此選擇最小鋸片求得最大扭轉作用力為F．~=179．41N。在SolidEdge軟件中，建立主軸三維實體并劃分單元網格，如圖3所示，單元總數為12000，節點總數為20617。結構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7833kg／m，彈性模量為200x103MPa，泊松比為0．29，屈服應力為262MPa，極限應力為359MPa。有限單元的力學分析模型構建完成后，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生在軸下端與帶輪的配合處，最大位移量為4．17xlO-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構設計要求。圖5所示為載荷作用在軸上時產生的應力云圖，由此可分析出最大應力作用在主軸與帶輪相連接的支撐處，該結果也符合材料力學中懸臂梁彎曲變形的特征。圖5中的最大應力值為10．25MPa，所選材料的屈服應力為262MPa，最大極限應力為358．5MPa，所以滿足結構設計的強度要求。

3．3夾緊升降機構設計及工作原理

夾緊升降機構如圖6所示。其由夾緊機構、升降機構及支承組件構成。其工作原理如下：加工時電機經過一級帶傳動后帶動鋸片組轉動，操作人員通過踩踏踏板對鏈傳動機構進行控制，加工的小徑木在合力的作用下沿進料槽向下進料，通過踩踏踏板，偏心輪由導柱頂起夾緊升降機構，夾緊機構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動。當操作人員繼續踩踏踏板時，偏心輪繼續轉動，加工的小徑木隨著夾緊機構下降，此時彈簧起助力作用，推動小徑木下降，同時也對偏心輪速度不均勻做誤差補償。夾緊機構簡圖如圖7所示。兩個導軸安裝在機架上，夾頭組件通過導套座與導軸連接，兩個導軸上均套有彈簧，彈簧的上端頂到彈簧座中，下端頂到導套座內。小徑木放人后，升降機構在上升過程中夾頭組件沿兩個導軸壓緊彈簧，完成對小徑木的夾緊。

3．4鏈傳動機構設計

操作人員通過踩踏踏板使鏈輪轉動，動力由鏈傳動傳遞到嚙合的錐齒輪上，從而使動力方向改變，偏心圓盤轉動帶動連接桿，使升降機構上下往復移動。

3．5偏心圓盤機構設計

偏心圓盤機構如圖8所示。主軸通過一對帶座的圓錐滾子軸承固定在機架上。該機構呈傾斜45。放置，主軸的下端與從動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，連桿組件通過連接架與夾緊升降機構相連接；下端為錐齒輪嚙合傳動，通過主軸帶動偏心圓盤轉動，通過連桿組件帶動夾緊機構實現升降運動。

4結束語

該林間自走式小型鋸段機具有結構合理、性能可靠、操作簡便、生產效率高等優點，可廣泛用于林問小徑木的鋸切加工，能在很大程度上提高林間小徑木的運輸效率。