CN102899948B

CN102899948B - 一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法

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Publication number: CN102899948B
Application number: CN201210437023.XA
Authority: CN
Inventors: 花军; 陈光伟; 徐大鹏; 张绍群; 许威
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: CN102899948A

Abstract

一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法属于人造板制造领域中用于纤维制备的热磨机磨片齿形结构设计方法；本发明方法根据热磨原料的纤维特性，结合实际生产经验，将磨片由内圆至外圆依次划分为破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区；并初步确定精磨区的磨齿宽度和齿槽宽度，进而以上述两个参数为基础，结合磨片四个区域的尺寸参数，推导出其它齿形结构参数；本发明的磨片设计方法简单，有效，能够将热磨原料纤维特性及磨片自身尺寸参数有效地结合起来，按照本方法设计出的磨片，在分离落叶松与杨木（杨木含量为25%）的原料时，提高纤维质量，降低分离能耗。

Description

一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法

技术领域

一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法属于人造板制造领域中用于纤维制备的热磨机磨片齿形结构设计方法。

背景技术

纤维板作为三大板种之一，因其具有表明平整光滑、尺寸稳定性好、机械加工性能好等特点，广泛应用在建筑、板式家具及室内装修等行业。国家林业局的统计数据显示，2001年我国纤维板年产量为570.11万m³，到2003年纤维板的年产量即已超过1000万m³；此后在2005年、2009年和2010年的产量分别超过了2000万m³、3000万m³和4000万m³，产量在十年内提高了近8倍，快速成长为世界纤维板生产第一大国。

纤维制备工段是纤维板生产中的重要环节之一，植物纤维的分离是通过磨片的研磨作用实现的。磨片是热磨机最重要的组成部分，它对纤维的分离质量及分离能耗有着重要的影响，磨片齿形结构的优化设计一直是纤维分离设备研究的前沿性课题和研究热点，也是纤维板生产技术的核心内容之一。由于我国对磨片设计的研究工作起步较晚，以及国外在磨片设计方法上的技术封锁，使得国内的磨片大多处于仿制阶段。因此，构建一套完善的磨片设计方法，不仅可以弥补现有设计方法的不足，也将有利于提高纤维的分离质量，有利于纤维板生产中的节能降耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，按照本方法设计出的磨片能最大程度适应热磨原料的纤维特性，使纤维的分离处于最佳状态，纤维分离的质量好，能耗低。

本发明的目的是这样实现的：

一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，由以下步骤组成：

第一步：将磨片由内圆至外圆依次划分四个区域，分别为破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区，相邻区域间有3~5mm间隙；

第二步：设定精磨区齿形结构参数：

1)设定精磨区磨齿宽度：BW_j=3.5~6.5mm；

2)设定精磨区磨齿倾角：BA_j=0~5°；

3)设定精磨区磨齿数量：

{BN}_{j} = \frac{2 π R_{o}}{{BW}_{j} + (2 ~ 3) μ + 1}

式中：BN_j向最靠近能被360整除的整数方向取整，R_o为磨片外圆半径，单位mm；μ为所处理浆料纤维平均长度，单位mm；

第三步：计算精磨区齿槽宽度：

{GW}_{j} = \frac{2 π R_{o}}{{BN}_{j}} - {BW}_{j} - 1

第四步：设定半精磨区齿形结构参数：

1)设定半精磨区磨齿宽度：BW_b=BW_j；

2)设定半精磨区磨齿倾角：

{BA}_{b} = \arctan \frac{{2 BW}_{j} + (1 ~ 1.2) {GW}_{j}}{L_{b}}

式中，BA_b取整，L_b为磨片半精磨区环距，单位mm；

3)设定半精磨区磨齿数量：

{BN}_{b} = \frac{2 π (R_{o} - L_{b})}{{BW}_{j} + (1.5 ~ 1.8) \times {GW}_{j} + 1}

式中，BN_b取整；

第五步：设定粗磨区齿形结构参数：

1)设定粗磨区磨齿宽度：BW_c=(1.5~2)BW_j；

2)设定粗磨区磨齿倾角：

{BA}_{c} = \arctan \frac{{1.5 BW}_{j} + (3 ~ 3.5) {GW}_{j}}{L_{c}}

式中，BA_c取整，L_c为磨片粗磨区环距，单位mm；

3)设定粗磨区磨齿数量：

{BN}_{c} = \frac{2}{3} {BN}_{b}

式中，BN_c取整；

第六步：设定破碎区齿形结构参数：

1)设定破碎区磨齿宽度：BW_p=10~15mm；

2)设定破碎区磨齿倾角：

{BA}_{p} = \arcsin \frac{r}{R_{i}}

式中，R_i为磨片内圆半径，单位mm；r为进料翼轮半径，单位mm；

3)设定破碎区磨齿数量：BN_p=48~64。

上述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区的磨齿高度BH相同，并且有：BH=(1~2)BW_j，而且BH限制在5.5~7.5mm。

上述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区和粗磨区按照下述方法布置周向齿：

1)破碎区的周向齿位于半径为R_i+(1/3)L_p和R_i+(2/3)L_p的圆上；其中：L_p为磨片破碎区环距；

2)粗磨区的周向齿位于半径为R_i+L_p+(1/3)L_c和R_i+L_p+(2/3)L_c的圆上，且在每个齿槽内布置一个周向齿，相邻齿槽内的周向齿交错布置。

上述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的半精磨区和精磨区按照下述方法布置周向齿：周向齿位于与磨齿反方向的圆弧上，该圆弧的圆心是磨片内圆的16~32的整数等分点，半径为R₀-R_i。

上述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区与粗磨区采用台阶式半高周向齿，所述的半精磨区与精磨区采用斜坡式全高周向齿。

本发明根据热磨原料的纤维特性，结合实际生产经验，将磨片由内圆至外圆依次划分为破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区；并初步确定精磨区的磨齿宽度和齿槽宽度，进而以上述两个参数为基础，结合磨片四个区域的尺寸参数，推导出其它齿形结构参数；本发明的磨片设计方法简单，有效，能够将热磨原料纤维特性及磨片自身尺寸参数有效地结合起来，按照本方法设计出的磨片，在分离落叶松与杨木(杨木含量为25%)的原料时，提高纤维质量，降低分离能耗。

附图说明

图1是按照本发明设计方法设计出的齿形结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。

设计条件：

磨片配套于年产20万m³的生产线，热磨机主电机功率为4000kW，主轴转速为1500r/min；热磨原料为落叶松与杨木的混合原料，其混合比例为3:2，原料纤维平均长度为3.2mm，平均宽度为46μm；磨片外径R₀为735mm，内径R_i为367.5mm；进料翼轮半径250mm。

设计步骤：

本实施例的圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，由以下步骤组成：

第一步：将磨片由内圆至外圆依次划分四个区域，分别为破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区，相邻区域间有3~5mm间隙；并且破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区的环距之比为53:35:35:53，其中，破碎区与精磨区长为106mm，粗磨区与半精磨区长为70mm，破碎区与粗磨区之间有5.5mm间隙，粗磨区与半精磨区，半精磨区与精磨区之间有5mm间隙。

第二步：设定精磨区齿形结构参数：

1)设定精磨区磨齿宽度：BW_j=5mm；

2)设定精磨区磨齿倾角：BA_j=5°；

3)设定精磨区磨齿数量：

{BN}_{j} = \frac{2 \times 3.14 \times 735}{5 + (2.2 \times 3.2) + 1} = 353.97

式中：为了便于磨片加工，BN_j取整数360，R_o为磨片外圆半径735mm；μ为所处理浆料纤维平均长度3.2mm；

第三步：计算精磨区齿槽宽度：

{GW}_{j} = \frac{2 \times 3.14 \times 735}{360} - 5 - 1 = 6.8 mm

第四步：设定半精磨区齿形结构参数：

1)设定半精磨区磨齿宽度：BW_b=BW_j=5mm；

2)设定半精磨区磨齿倾角：

式中，BA_b为取整后的结果，L_b为磨片半精磨区环距70mm；

3)设定半精磨区磨齿数量：

{BN}_{b} = \frac{2 \times 3.14 \times (735 - 70)}{5 + 1.5 \times 6.8 + 1} \approx 256

式中，BN_b为取整后的结果；

第五步：设定粗磨区齿形结构参数：

1)设定粗磨区磨齿宽度：BW_c=1.6×5=8；

2)设定粗磨区磨齿倾角：

{BA}_{c} = \arctan \frac{1.5 \times 5 + 3 \times 6.8}{70} \approx 21

式中，BA_c为取整后的结果，L_c为磨片粗磨区环距70mm；

3)设定粗磨区磨齿数量：

{BN}_{c} = \frac{2}{3} \times 256 \approx 170

第六步：设定破碎区齿形结构参数：

1)设定破碎区磨齿宽度：BW_p=13；

2)设定破碎区磨齿倾角：

3)设定破碎区磨齿数量：BN_p=48。

所述圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区的磨齿高度相同，并且有：BH=7mm。

所述圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区和粗磨区按照下述方法布置周向齿：

1)破碎区的周向齿位于半径为367.5+(1/3)×106≈403mm和367.5+(2/3)×106≈438mm的圆上；

2)粗磨区的周向齿位于半径为367.5+106+(1/3)×70≈497mm和367.5+106+(2/3)×70≈520mm的圆上，且在每个齿槽内布置一个周向齿，相邻齿槽内的周向齿交错布置。

所述圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的半精磨区和精磨区按照下述方法布置周向齿：周向齿位于与磨齿反方向的圆弧上，该圆弧的圆心是磨片内圆的32等分点，半径分别为735-367.5=367.5。

所述圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，所述的破碎区与粗磨区采用台阶式半高周向齿，所述的半精磨区与精磨区采用斜坡式全高周向齿。

按照上述方法得到的所有磨片齿形结构参数列于下表：

表1磨片齿形结构参数汇总表

依照上述参数绘制磨片齿形结构如图1所示，(共8片，只画出其中2片)。

Claims

1.一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，该磨片用于处理浆料纤维，其特征在于由以下步骤组成：

第一步：将磨片由内圆至外圆依次划分四个区域，分别为破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区，相邻区域间有3～5mm间隙；

第二步：设定精磨区齿形结构参数：

1)设定精磨区磨齿宽度：BW_j＝3.5～6.5mm；

2)设定精磨区磨齿倾角：BA_j＝0～5°；

3)设定精磨区磨齿数量：

{BN}_{j} = \frac{2 π R_{o}}{{BW}_{j} + (2 ~ 3) μ + 1}

第三步：计算精磨区齿槽宽度：

{GW}_{j} = \frac{2 π R_{o}}{{BN}_{j}} - {BW}_{j} - 1

第四步：设定半精磨区齿形结构参数：

1)设定半精磨区磨齿宽度：BW_b＝BW_j；

2)设定半精磨区磨齿倾角：

{BA}_{b} = \arctan \frac{2 {BW}_{j} + (1 ~ 1.2) {GW}_{j}}{L_{b}}

式中，BA_b取整，L_b为磨片半精磨区环距，单位mm；

3)设定半精磨区磨齿数量：

{BN}_{b} = \frac{2 π (R_{o} - L_{b})}{{BW}_{j} + (1.5 ~ 1.8) \times {GW}_{j} + 1}

式中，BN_b取整；

第五步：设定粗磨区齿形结构参数：

1)设定粗磨区磨齿宽度：BW_c＝(1.5～2)BW_j；

2)设定粗磨区磨齿倾角：

{BA}_{c} = \arctan \frac{1.5 {BW}_{j} + (3 ~ 3.5) {GW}_{j}}{L_{c}}

式中，BA_c取整，L_c为磨片粗磨区环距，单位mm；

3)设定粗磨区磨齿数量：

{BN}_{c} = \frac{2}{3} {BN}_{b}

式中，BN_c取整；

第六步：设定破碎区齿形结构参数：

1)设定破碎区磨齿宽度：BW_p＝10～15mm；

2)设定破碎区磨齿倾角：

{BA}_{p} = \arctan \frac{r}{R_{i}}

3)设定破碎区磨齿数量：BN_p＝48～64。

2.根据权利要求1所述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，其特征在于所述的破碎区、粗磨区、半精磨区和精磨区的磨齿高度BH相同，并且有：BH＝(1～2)BW_j，而且BH限制在5.5～7.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，其特征在于所述的破碎区和粗磨区按照下述方法布置周向齿：

4.根据权利要求1所述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，其特征在于所述的半精磨区和精磨区按照下述方法布置周向齿：周向齿位于与磨齿反方向的圆弧上，该圆弧的圆心是磨片内圆的16～32的整数等分点，半径为R₀-R_i。

5.根据权利要求1所述的一种圆环分区大径级热磨机磨片齿形结构的设计方法，其特征在于所述的破碎区与粗磨区采用台阶式半高周向齿，所述的半精磨区与精磨区采用斜坡式全高周向齿。