盤式削片機優(yōu)化研究與分析

張紹群++盧文超++張西洋

摘 要：削片機是人造板制造業(yè)中的重要設(shè)備，其存在生產(chǎn)能耗大、噪聲嚴重、功率匹配性差、設(shè)備不穩(wěn)定等一系列問題。國內(nèi)外學(xué)者已對其進行了大量的研究工作。盤式削片機相對于鼓式削片機應(yīng)用廣泛，其生產(chǎn)質(zhì)量好、價格低、效率高等，具有明顯的優(yōu)勢。通過對削片機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其存在的一系列問題進行分析，提出了一種新的改進方案，該方案根據(jù)木材自身切削特性，選擇合理的切削角度，通過優(yōu)化盤式削片機切削角度不僅能夠起到節(jié)省功耗、降低木材的損耗率、減小噪聲的作用同時也可以降低對飛刀的磨損等。

關(guān)鍵詞：木材 盤式削片機 切削角度 節(jié)能。

中圖分類號：B832.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0002-02

削片機是將原木、采伐與撫育剩余物（如枝丫、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。它是用來制造各種纖維板，刨花板的重要設(shè)備，早已被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。我國人造板機械暫時處于低水平發(fā)展，其直接關(guān)系著下游行業(yè)產(chǎn)品的制造水平，并且我國人造板的總產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界第一的位置。削片機作為人造板行業(yè)的備料設(shè)備，它的重要性是不可忽視的，其結(jié)構(gòu)、性能和制造質(zhì)量直接影響到成品板的質(zhì)量、動力消耗、經(jīng)濟效益和環(huán)境影響等。但是目前生產(chǎn)使用的削片機普遍存在輸入動力大、生產(chǎn)能耗大、噪聲嚴重、設(shè)備穩(wěn)定性差、工作性能差等一系列問題。

為解決生產(chǎn)中削片機所存在的上述問題，目前，國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者和科研人員進行了大量的設(shè)備改進和試驗研究工作，取得了很好的收效。改進方面包括：采用強制進料機構(gòu)。采用特殊斷面進料口、出料方式的改進、采用多刀或螺旋面切削機構(gòu)、改進飛刀、底刀結(jié)構(gòu)及飛刀安裝方式等。

目前盤式削片機相對鼓式削片機應(yīng)用廣泛，其可以根據(jù)纖維板，刨花板對木片長度的不同要求，木片長度可以調(diào)節(jié)，其切削范圍廣泛。盤式削片機削出的木片比鼓式削片機的質(zhì)量好，其生產(chǎn)效率相對也高；價格較鼓式削片機低；但是目前國內(nèi)外對于盤式削片機飛刀切削角的優(yōu)化設(shè)計研究尚無資料可查，國內(nèi)外對其研究較少。然而削片機作為人造板設(shè)備耗能大戶之一，其能量損耗僅次于熱磨機，在節(jié)能減排方面有著巨大的潛力，對盤式削片機飛刀切削角進行優(yōu)化設(shè)計，所能產(chǎn)生的節(jié)能減排效果將是十分可觀的。這也將是盤式削片機研究中的一個新亮點。目前，國內(nèi)對于削片機切削角優(yōu)化目前只有內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)馬弘躍對鼓式削片機已進行研究，而盤式削片機切削角的優(yōu)化研究暫時未查詢到相關(guān)研究成果。而隨著我國能源利用越來越緊張，對其優(yōu)化設(shè)計將勢在必行。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究狀況

國外大規(guī)模的木片生產(chǎn)開始于20世紀60年代，近些年來發(fā)展非常迅速，不僅在產(chǎn)量上迅速增加，而且在一些國家，如日本、前蘇聯(lián)、美國等已經(jīng)發(fā)展成為木材工業(yè)部門中的一個獨立系統(tǒng)，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。近些年來國外削片機研究有了新的進展，其主要表現(xiàn)在研制多刀平面盤式削片機、翻轉(zhuǎn)式進料口設(shè)計、側(cè)出料方式、增加進料槽的截面積、降低機床噪聲、多方位出料口等方面。

日本研制的多飛刀平面盤式削片機，飛刀在刀盤上呈螺旋線狀配置，并排成類似“V”字形狀，這樣可以保證飛刀對稱的切削木材原料，同時能夠減小切削過程中的振動，達到提高木片質(zhì)量，降低切削消耗的作用。

英國生產(chǎn)的新型削片機，在進料口改進方面，其整個削片機的發(fā)動機和進料斗能夠翻轉(zhuǎn)360°，這樣可選擇在最合適的位置進料，可以保證其生產(chǎn)的木片總體質(zhì)量；美國研發(fā)出的加工制材剩余物的盤式削片機，采用特殊形狀的斷面進料口，在刀盤尺寸比較小的情況下，這種斷面的進料口能夠加工出較寬的板皮。

俄羅斯，美國等研制出的新型盤式削片機采用從側(cè)面出料的方式，木片靠切削時的彈性變形能無沖擊地排出，可以減少木片3%～5%的損失量，能夠降低5%～10%的能耗損失，另外俄羅斯研制的MP2-20H型（下出料式）新型削片機，該設(shè)備將削出來的木片通過地下管道輸出，刀盤周邊不需要安裝葉片，而木片考自身的重力掉落下來。不僅起到節(jié)能效果同時也降低了木片2%～5%的損失量。其單位出料能耗僅4.3 MJ/m3，相對其研制的MP2-20型（上出料式）新型削片機單位出料能耗降低了約1 MJ/m3。

芬蘭的Matti Kahilahti等人曾在盤式削片機上進行了降低功率的試驗，采用4個小型電機對稱布置于削片刀盤兩側(cè)，通過特殊傳動裝置順序起動電機，以減少啟動時的電流峰值，試驗成功地用4臺315 kW的電機取代了2臺800 kW的電機，電機功率得到了降低，扭矩曲線也較平滑，其峰值降低了許多。

法、德等國的新型盤式削片機進料槽寬度達1500 mm，這樣可以減小削片木材的刀壁損失4%～5%。

法國研制的削片機的木片排放裝置分短程和遠程兩種，可旋轉(zhuǎn)360°，噴料口帶有分流裝置，控制木片均勻地進入掛斗車廂。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國的伐區(qū)木片產(chǎn)業(yè)開始于20世紀70年代后期，90年代時期已經(jīng)形成一定規(guī)模，至今將近40年的發(fā)展，國內(nèi)許多科研工作者對削片機的改進優(yōu)化設(shè)計等方面已經(jīng)做出了許多卓有成效的貢獻。其改進方面包括引進國外先進技術(shù)并進行消化吸收、對削片機刀刃角度優(yōu)化研究、鼓式削片機切削角度研究、出料方式和強制進料方式的改進等。我國削片機制造水平正在逐步走向世界先進水準。

20世紀80年代初我國引進聯(lián)邦德國帕爾曼公司的先進樣機，由鎮(zhèn)江林機廠通過消化、吸收自行設(shè)計的，主要性能參數(shù)達到了國外同時期同類產(chǎn)品規(guī)定指標，用于加工原木、小徑木以及木材加工剩余物，是國內(nèi)人造板生產(chǎn)廠家首選產(chǎn)品，并出口巴基斯坦、柬埔寨等第三世界國家。

中國福馬機械集團有限公司生產(chǎn)的BX1220型盤式削片機采用下出料方式、多刀切削結(jié)構(gòu)（刀盤上安裝有6把刀片）等優(yōu)化方式，可以實現(xiàn)連續(xù)切削，很大程度上減少了原木在進料料槽中的跳動，生產(chǎn)出來的削片質(zhì)量比較高，生產(chǎn)能力也比一般的盤式削片機強，同時可以減少2%～5%的木片損失量。endprint

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的鼓式削片機（型號BX216）專用于切削杉木，并對其工作時切削力隨飛刀切削角的變化開展深入研究，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，分析了主切削力和法向切削力的變化規(guī)律及其對切削過程及切屑質(zhì)量的影響，得出了當杉木的含水率為5%～8%時，飛刀的切削前角Y=45°。切削后得到屑片的質(zhì)量最好，結(jié)合生產(chǎn)實際，提出了在設(shè)計刀具時應(yīng)優(yōu)先選擇Y=45°。

黑龍江省方正林業(yè)造紙廠王本春借助其公司的ZMX3型8刀削片機通過生產(chǎn)實際對削片機刀刃角的選擇做出了分析，分析指出根據(jù)不同材種及生產(chǎn)季節(jié)，適當?shù)恼{(diào)整削片機刀刃角度，可以降低成本、提高木片的合格率、減少木材的損失。其研究表明：在削紅松、落葉松刀刃角位32°30'時木片合格率在94%～97%之間，基本上達到最好狀態(tài)。切削曲柳、楸木時，由于其材質(zhì)較硬，故增大刀刃角，其通過實踐確定在33°～33°30'時木片合格率在96%～98%。同時其分析了不同季節(jié)尤其是春夏季節(jié)削片時對削片機刀刃角度的不同要求。夏季切削針葉材質(zhì)時應(yīng)該選擇32°30'角；切削硬闊材時應(yīng)選擇33°或33°30'刀刃角；冬季切削針葉材和硬闊材時，都應(yīng)該選擇34°刀刃角。王本春的研究適宜于東北和華北地區(qū)，其對刀刃角的合理掌控有利于節(jié)省原材料，同時也是是降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益的一個很好地途徑。

2 結(jié)語

削片機的優(yōu)化改進已被國內(nèi)外木工機械等方面的科研工作者提上日程。而這些新研制出來的優(yōu)化產(chǎn)品將得到該行業(yè)相關(guān)企業(yè)、科研單位、高校等的高度關(guān)注與采購應(yīng)用，相比于市場上同類產(chǎn)品其競爭優(yōu)勢明顯，市場份額將會超過普通未優(yōu)化的產(chǎn)品。國內(nèi)外在削片機多功能化智能化等方面做出了許多創(chuàng)新設(shè)計改進后，隨著全球能源危機越來越嚴重，科研工作者越來越重視削片機節(jié)能環(huán)保等方面的改進，然而國內(nèi)外對于削片機的研究在逐步完善卻又存在不完善的地方。盤式削片機切削角度的優(yōu)化設(shè)計是根據(jù)木材自身切削特性而改進的。該設(shè)計只需要在現(xiàn)有的盤式削片機上調(diào)整切削前角便可達到省力省功節(jié)約能源的效果。削片機根據(jù)其用途所切削的木材種類不一定相同，而不同種類木材所對應(yīng)的切削特性不一樣，其所對應(yīng)的最佳切削角也就不相同，所以針對不同木材探尋其各自的最佳切削前角，并在生產(chǎn)實踐中予以驗證。盤式削片機切削角度的優(yōu)化設(shè)計不僅能夠節(jié)省功耗、降低木材的損耗率、減小噪聲同時也可以降低對飛刀的磨損等。

削片機作為人造板制造業(yè)中的一個重要設(shè)備，人造板機械裝備的節(jié)能是一個關(guān)系到資源有效利用，使我國的人造板生產(chǎn)企業(yè)能以最少的資源消耗和最低的成本創(chuàng)造最大的效益，促進我國人造板工業(yè)從生產(chǎn)大國向生產(chǎn)強國轉(zhuǎn)變的大課題。我國的人造板機械制造業(yè)應(yīng)該為此做出巨大努力，通過技術(shù)創(chuàng)新，在促進人造板工業(yè)的發(fā)展過程中提高我國人造板機械的技術(shù)水平，形成一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)、知名品牌和較強國際競爭力的優(yōu)勢企業(yè)。同時也為我國節(jié)能減排貢獻一份力量。

參考文獻

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