【摘要】：中國(guó)是人口眾多、資源相對(duì)不足的發(fā)展中國(guó)家。為了緩解能源緊張,不但要開發(fā)和利用核能、太陽能等新型能源,還要重視對(duì)風(fēng)能、水能常規(guī)能源,特別是生物質(zhì)能源的有效利用。目前我國(guó)森林資源逐年減少,但是森林剩余物資源卻十分豐富。合理利用林業(yè)剩余物,通過物理、化學(xué)、生物等轉(zhuǎn)化方式進(jìn)行能源化,將可再生木質(zhì)能源轉(zhuǎn)化成可直接使用的能源產(chǎn)品,是解決能源短缺的出路之一。樹枝粉碎機(jī)可將剩余物進(jìn)行切割、粉碎并經(jīng)過進(jìn)一步加工處理即可變廢為寶,進(jìn)行生物質(zhì)能的高效利用,將極大的提高森林資源的利用率,也解決了部分的能源問題,同時(shí)降低的污染。目前已研制的相關(guān)設(shè)備存在著適用范圍、作業(yè)地點(diǎn)、造價(jià)成本、能耗等方面的優(yōu)缺點(diǎn),但是能適用于南方丘陵山地林區(qū)的相關(guān)設(shè)備研究還相對(duì)較少。本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外已有的樹枝粉碎機(jī)的基礎(chǔ)上,結(jié)合南方丘陵山地林區(qū)特點(diǎn)和采伐剩余物的樹種、直徑和力學(xué)性能等特點(diǎn),設(shè)計(jì)一款機(jī)身移動(dòng)方便、粉碎效率高、操作簡(jiǎn)單,具有切片與粉碎功能的中型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)。該款粉碎機(jī)最大粉碎直徑80mm,粉碎粒度直徑5mm以下,能滿足南方丘陵山地林區(qū)現(xiàn)場(chǎng)粉碎作業(yè),并能生產(chǎn)出生物質(zhì)成型加工設(shè)備要求的木屑。本文主要研究?jī)?nèi)容如結(jié)論如下:1)綜合分析國(guó)內(nèi)外林業(yè)剩余物利用現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外樹枝粉碎設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r,對(duì)已有的樹枝粉碎機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行分析。國(guó)內(nèi)外對(duì)粉碎機(jī)的研究仍然在不斷創(chuàng)新與開發(fā),目前已研制的相關(guān)設(shè)備存在著適用范圍、作業(yè)地點(diǎn)、造價(jià)成本、能耗等方面的優(yōu)缺點(diǎn),但是能適用于南方丘陵山地林區(qū)的相關(guān)設(shè)備研究還相對(duì)較少。2)闡述樹枝粉碎機(jī)工作機(jī)理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析單位切削力影響因素、切削功率影響因素等,確定了樹枝粉碎機(jī)初步設(shè)計(jì)方案及參數(shù)。樹枝粉碎機(jī)按其工作原理三種,分別是高速旋轉(zhuǎn)的甩刀直接進(jìn)行粉碎、盤式切片加甩刀粉碎和鼓式切片粉碎。盤式切片加甩刀粉碎這種形式因機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作維修簡(jiǎn)便、生產(chǎn)效率高、粉碎效果好等優(yōu)點(diǎn)使用廣泛。該型樹枝粉碎機(jī)在盤式飛刀切碎、甩刀粉碎的基礎(chǔ)上增加了搓板搓擦粉碎,粉碎效果更好,適用性更廣。車架底盤設(shè)計(jì)有鋼板彈簧懸掛機(jī)構(gòu),高度可調(diào)節(jié)牽引桿,選用汽車輪胎,方便在山地林區(qū)行走。單位切削力影響因素主要有樹種、動(dòng)力相遇角和刀伸出量等三個(gè)。樹種的材質(zhì)越硬單位切削力越大,動(dòng)力相遇角越大單位切削力越大,刀伸出量越大單位切削力越大。3)樹枝粉碎機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算。根據(jù)整體設(shè)計(jì)方案,對(duì)各個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算,如切片裝置及相關(guān)零部件、粉碎裝置及相關(guān)零部件、風(fēng)葉及相關(guān)零部件、移動(dòng)底盤及相關(guān)零部件等,確定了具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)方案。該機(jī)確定選用動(dòng)力為11kW,刀盤轉(zhuǎn)帶為2000rpm,中飛刀長(zhǎng)度為100mm,因此盤直徑為400mm,刀盤厚度取為20mm。該型移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮進(jìn)料的方便性和進(jìn)料口的布置和單位的切削力,最終取動(dòng)力遇角α取45o。該機(jī)器切片粉碎所得的木屑要求5mm以上,所以飛刀伸出量δ2取3~5mm。4)對(duì)關(guān)鍵粉碎部件進(jìn)行三維建模,并對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行仿真分析。用SOLIDWORKS軟件對(duì)樹枝粉碎機(jī)的所有零部件進(jìn)行三維建模和虛擬樣機(jī)裝配,并重點(diǎn)分析刀盤組件、移動(dòng)底盤、樹枝粉碎機(jī)整機(jī)進(jìn)行了虛擬樣機(jī)裝配干涉分析,完成了粉碎部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化。用SOLIDWORKS SIMULATION插件對(duì)主軸進(jìn)行了有限元仿真分析,結(jié)果顯示主軸的設(shè)計(jì)完全滿足工作條件的強(qiáng)度要求。5)根據(jù)設(shè)計(jì)方案需求,試制樣機(jī)并進(jìn)行樹枝粉碎試驗(yàn)。通過樣機(jī)試制與樹枝粉碎試驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的樹枝粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)、各項(xiàng)參數(shù)的合理性,以及粉碎效果、粉碎效率等。樣機(jī)試制過程中對(duì)一些設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),使用之結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化合理,既便于加工與裝配生產(chǎn),又便于零配件采購及批量化生產(chǎn)后銷售過程中的包裝運(yùn)輸。通過樹枝粉碎試驗(yàn)驗(yàn)證了該款粉碎機(jī)最大粉碎直徑80mm,粉碎粒度直徑5mm以下,能滿足南方丘陵山地林區(qū)現(xiàn)場(chǎng)粉碎作業(yè),并能生產(chǎn)出生物質(zhì)成型加工設(shè)備要求的木屑。本款樹枝粉碎機(jī)可以直接拖到堆頭,在采伐的同時(shí)將剩余物進(jìn)行粉碎,粉碎所得木屑可用于生產(chǎn)生物質(zhì)燃燒顆粒、有機(jī)肥料、菌類等,實(shí)現(xiàn)了變廢為寶,進(jìn)行生物質(zhì)能的高效利用,將極大的提高森林資源的利用率,也解決了部分的能源問題與部分林農(nóng)的就業(yè)增收的問題,具有良好的社會(huì)效益與生態(tài)效益。該機(jī)型已經(jīng)小批量生產(chǎn)并投入市場(chǎng),主要用于林業(yè)采伐剩余物的粉碎和園林修剪下的樹枝粉碎。該機(jī)型作業(yè)穩(wěn)定,故障率低,受到使用單位的一致好評(píng),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S776

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 林石;柯偉雄;;盤式削片機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法(二)——功率及生產(chǎn)率計(jì)算[J];木工機(jī)床;1990年03期

本文編號(hào)：2741097