發(fā)布時間：2020-07-04 11:57

【摘要】：中國是人口眾多、資源相對不足的發(fā)展中國家。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,還要重視對風能、水能常規(guī)能源,特別是生物質能源的有效利用。目前我國森林資源逐年減少,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、生物等轉化方式進行能源化,將可再生木質能源轉化成可直接使用的能源產品,是解決能源短缺的出路之一。樹枝粉碎機可將剩余物進行切割、粉碎并經過進一步加工處理即可變廢為寶,進行生物質能的高效利用,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,同時降低的污染。目前已研制的相關設備存在著適用范圍、作業(yè)地點、造價成本、能耗等方面的優(yōu)缺點,但是能適用于南方丘陵山地林區(qū)的相關設備研究還相對較少。本文在綜合分析國內外已有的樹枝粉碎機的基礎上,結合南方丘陵山地林區(qū)特點和采伐剩余物的樹種、直徑和力學性能等特點,設計一款機身移動方便、粉碎效率高、操作簡單,具有切片與粉碎功能的中型可移動式樹枝粉碎機。該款粉碎機最大粉碎直徑80mm,粉碎粒度直徑5mm以下,能滿足南方丘陵山地林區(qū)現場粉碎作業(yè),并能生產出生物質成型加工設備要求的木屑。本文主要研究內容如結論如下:1)綜合分析國內外林業(yè)剩余物利用現狀及國內外樹枝粉碎設備的發(fā)展狀況,對已有的樹枝粉碎機特點進行分析。國內外對粉碎機的研究仍然在不斷創(chuàng)新與開發(fā),目前已研制的相關設備存在著適用范圍、作業(yè)地點、造價成本、能耗等方面的優(yōu)缺點,但是能適用于南方丘陵山地林區(qū)的相關設備研究還相對較少。2)闡述樹枝粉碎機工作機理和結構特點,分析單位切削力影響因素、切削功率影響因素等,確定了樹枝粉碎機初步設計方案及參數。樹枝粉碎機按其工作原理三種,分別是高速旋轉的甩刀直接進行粉碎、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器結構簡單、操作維修簡便、生產效率高、粉碎效果好等優(yōu)點使用廣泛。該型樹枝粉碎機在盤式飛刀切碎、甩刀粉碎的基礎上增加了搓板搓擦粉碎,粉碎效果更好,適用性更廣。車架底盤設計有鋼板彈簧懸掛機構,高度可調節(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、動力相遇角和刀伸出量等三個。樹種的材質越硬單位切削力越大,動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)樹枝粉碎機關鍵部件的設計和計算。根據整體設計方案,對各個關鍵部件進行設計和計算,如切片裝置及相關零部件、粉碎裝置及相關零部件、風葉及相關零部件、移動底盤及相關零部件等,確定了具體設計數據和設計方案。該機確定選用動力為11kW,刀盤轉帶為2000rpm,中飛刀長度為100mm,因此盤直徑為400mm,刀盤厚度取為20mm。該型移動式樹枝粉碎機在設計時綜合考慮進料的方便性和進料口的布置和單位的切削力,最終取動力遇角α取45o。該機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)對關鍵粉碎部件進行三維建模,并對相關部件進行仿真分析。用SOLIDWORKS軟件對樹枝粉碎機的所有零部件進行三維建模和虛擬樣機裝配,并重點分析刀盤組件、移動底盤、樹枝粉碎機整機進行了虛擬樣機裝配干涉分析,完成了粉碎部件的結構設計的進行改進與優(yōu)化。用SOLIDWORKS SIMULATION插件對主軸進行了有限元仿真分析,結果顯示主軸的設計完全滿足工作條件的強度要求。5)根據設計方案需求,試制樣機并進行樹枝粉碎試驗。通過樣機試制與樹枝粉碎試驗證所設計的樹枝粉碎機結構、各項參數的合理性,以及粉碎效果、粉碎效率等。樣機試制過程中對一些設計進行了改進,使用之結構更加優(yōu)化合理,既便于加工與裝配生產,又便于零配件采購及批量化生產后銷售過程中的包裝運輸。通過樹枝粉碎試驗驗證了該款粉碎機最大粉碎直徑80mm,粉碎粒度直徑5mm以下,能滿足南方丘陵山地林區(qū)現場粉碎作業(yè),并能生產出生物質成型加工設備要求的木屑。本款樹枝粉碎機可以直接拖到堆頭,在采伐的同時將剩余物進行粉碎,粉碎所得木屑可用于生產生物質燃燒顆粒、有機肥料、菌類等,實現了變廢為寶,進行生物質能的高效利用,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的就業(yè)增收的問題,具有良好的社會效益與生態(tài)效益。該機型已經小批量生產并投入市場,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。該機型作業(yè)穩(wěn)定,故障率低,受到使用單位的一致好評,取得了較好的經濟效益。
【學位授予單位】：中國林業(yè)科學研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S776

【參考文獻】

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1 林石;柯偉雄;;盤式削片機設計計算方法(二)——功率及生產率計算[J];木工機床;1990年03期

本文編號：2741097