CN110598347A

CN110598347A - 一种热磨机磨片齿形结构设计方法

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Publication number: CN110598347A
Application number: CN201910891957.2A
Authority: CN
Inventors: 许威
Original assignee: Harbin University of Commerce
Current assignee: Harbin University of Commerce
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110598347B

Abstract

本发明属于人造板机械制造技术领域，涉及一种热磨机磨片齿形结构设计方法，是针对现有磨片磨损程度的分布情况所提出的改进设计方案，其中将磨片由内圆至外圆依次分为三个区域，分别为破碎区、粗磨区和精磨区，并先初步确定三个区的径向环距，在确定每个区内的齿形结构。本发明的磨片设计方法适用于42英寸到70英寸之间的全尺寸热磨机磨片结构设计，设计方法简单、有效，按照本发明设计出的磨片，可显著提高纤维质量，延长热磨机磨片使用寿命，降低纤维分离中的能量消耗。

Description

一种热磨机磨片齿形结构设计方法

技术领域：

本发明属于人造板机械制造技术领域，具体涉及一种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，具有表面平整、尺寸稳定性好、结构均匀、强度高等优点，广泛应用于建筑、板式家具等行业。据国家林业局的统计数据显示，2013年至2018年，我国纤维板产量均在6000万立方米以上，最高年产量达到6651.22万立方米(2016年)。过去十年我国纤维板类产品年均增速达8.49％，已成为世界纤维板生产的第一大国。

热磨机是纤维板生产中的核心设备，热磨机磨片是热磨机直接分离木纤维的关键部件，而磨片作为热磨机最重要的组成部分，它直接影响着纤维的分离质量和分离能耗，由于在分离木纤维的同时，磨片自身也产生磨损，实际生产中磨片的摩擦频率高达4000-5000次/s，当磨片的磨损量达到一定程度生产的纤维质量不能达到产品要求时就要停机更换新磨片。因此，磨片齿形结构的优化设计一直是纤维分离设备研究的热点，也是纤维板生产技术的核心内容之一。研究人员们通过对大量磨损失效热磨机磨片的统计分析发现：正常磨损失效磨片的磨损失效区域主要集中在精磨区，破碎区磨齿的磨损量最小，失效磨片的破碎区磨齿依然可以满足生产要求；通过对不同破碎程度木材原料的研磨试验发现：在得到相同质量、产量的纤维时，只有进入粗磨区的木材原料破碎程度越大，精磨区磨齿的磨损量才会越小，研磨过程中的能量消耗也就更低。因此，急需构建一套磨齿布置合理、使用寿命长的磨片设计方法，这样不仅可以弥补现有设计方法的不足，也将有利于提高纤维质量，延长磨片的使用寿命，降低纤维板生产的能量消耗。

发明内容：

本发明为克服上述缺陷，提供了一种热磨机磨片齿形结构设计方法，通过该方法设计出的磨片能够提高其破碎区木材原料的破碎程度，降低精磨区磨齿的磨损，使磨片上各区磨齿的磨损趋于平衡。

本发明采用的技术方案在于：一种热磨机磨片齿形结构设计方法，该磨片用于处理木材浆料纤维，由以下步骤组成：

第一步：将磨片由内圆至外圆依次分为三个区域，分别为破碎区、粗磨区和精磨区，

1)破碎区径向环距：

式中：L_RP取整，L_RY为磨片在破碎区域沿径向的长度，单位为mm，D_w为磨片外圆直径，单位为mm；D_n为磨片内圆直径，单位为mm；

2)精磨区径向环距：

式中：L_RJ取整，单位为mm，且满足L_RJ≤L_RP；

3)粗磨区径向环距：L_RC＝L_RY-L_RP-L_RJ-δ_PC-δ_CJ

式中：L_RC取整，单位为mm，满足δ_PC为破碎区和粗磨区之间的径向间隙，δ_PC＝4～6，单位为mm；δ_CJ为粗磨区和精磨区之间的径向间隙，δ_CJ＝3～5，单位为mm；

第二步：设定破碎区齿形结构参数：

1)设定破碎区磨齿宽度：B_PCK＝(0.01～0.0075)D_w

式中：B_PCK取整，单位为mm；

2)设定破碎区磨齿倾角：

式中：α_PQJ取整，单位为°；R_PQXY为破碎区磨齿轴线的切线圆半径，R_PQXY＝(0.25～0.45)D_n，R_PQXY取整，单位为mm；R_PWY为破碎区外圆半径，R_PWY取整，单位为mm；

3)设定破碎区磨齿数量：

式中：n_p取整，且为偶数，单位为个；L_SJC为木材原料的最大线性尺寸，单位为mm；

第三步：设定粗磨区齿形结构参数：

1)设定粗磨区磨齿宽度：B_CCK＝(0.62～0.72)B_PCK

式中：B_CCK取整，单位为mm；

2)设定粗磨区磨齿倾角：

式中：α_CQJ取整数，单位为°；R_CQX为粗磨区磨齿轴线的切线圆半径，R_CQXY＝(0.5～1.2)R_PQXY，R_CQXY取整，单位为mm；R_CWY为粗磨区外圆半径，R_CWY取整，单位为mm；

3)设定粗磨区磨齿数量：n_c＝(3～5)n_p

式中：n_c向能被6整除的方向取整，单位为个；

第四步：设定精磨区齿形结构参数：

1)设定精磨区磨齿宽度：B_JCK＝(0.4～0.8)B_CCK

式中：B_JCK取整，且满足B_JCK≥3，单位为mm；

2)设定精磨区磨齿倾角：

式中：α_JQJ取整，单位为°；R_JQXW为精磨区磨齿轴线的切线圆半径，R_JQXY＝(0～0.8)R_CQXY，取整数，单位为mm；

3)设定精磨区磨齿数量：

式中：n_J向最靠近能被36整除的整数方向取整，单位为个；L_xw为所处理浆料合格纤维的平均长度，单位为mm。

优选地，所述的破碎区、粗磨区和精磨区的磨齿高度相等：

式中：h_mc取整，单位为mm。

优选地，所述的粗磨区的周向齿的结构参数与粗磨区磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_CJY的渐开线上，

R_CJY＝(1.5～2.5)R_CQXY

式中：R_CJY取整，单位为mm。

优选地，所述的精磨区的周向齿的结构参数与精磨区磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_JJY的渐开线上，

R_JJY＝(4～8)R_JQXY

式中：R_JJY取整，单位为mm。

优选地，所述的破碎区的磨齿个为全齿，个为半齿，且全齿与半齿交替分布，全齿位于半径为和的圆环内，半齿位于半径为和的圆环内。

本发明的有益效果是：

1、本发明根据不同齿形结构磨片磨损失效后各研磨区域的磨损特征、木材原料的力学特性和纤维浆料的流动特性，综合考虑磨片尺寸对各区研磨性能的影响，结合实际生产经验，将热磨机磨片从内圆至外圆依次划分为破碎区、粗磨区和精磨区，并确定各区径向环距，结合磨片尺寸(内、外圆直径)参数，推导出其它齿形结构参数；

2、按照本发明设计出的磨片能够提高破碎区木材原料的破碎程度，降低精磨区磨齿的磨损，使磨片上各区磨齿的磨损趋于平衡；各研磨区域磨齿布置能够充分考虑木材原料的力学特性和纤维浆料的流动特性，改善研磨过程中纤维浆料动压变化大、设备运行不稳定的问题；各研磨区域周向齿布置较好的结合纤维浆料的流动特性与磨齿动压之间的关系，能够充分考虑磨片尺寸与研磨时间之间的矛盾，防止纤维浆料被过度研磨或纤维长度过长的问题；

3、本发明的磨片设计方法适用于42英寸到70英寸之间的全尺寸热磨机磨片结构设计，设计方法简单、有效，按照本发明设计出的磨片，可显著提高纤维质量，延长热磨机磨片使用寿命，降低纤维分离中的能量消耗。

附图说明：

图1为按照本发明方法绘制的磨片齿形结构示意图；

其中：1破碎区、2粗磨区、3精磨区。

具体实施方式：

下面结合附图1对本发明具体实施例作进一步详细描述。

具体设计条件是：热磨机磨片配套于年产量20万m³的生产线，热磨机主电机功率4000kW，主轴转速1500r/min；热磨机原料为白松和杨木混合原料，其混合比例约为3:2，木材原料尺寸约为25×25×10mm³，原料纤维平均长度3.2mm；磨片外圆直径为1270mm，内圆直径为600mm。

设计步骤：

本实施例的热磨机磨片齿形结构设计方法，由以下步骤组成：

第一步：将磨片由内圆至外圆依次分为三个区域，分别为破碎区1、粗磨区2和精磨区3：

1)破碎区1径向环距：

式中，L_RP取整为140mm，L_RY为磨片在破碎区域沿径向的长度，

2)精磨区3径向环距：

式中，L_RJ取整为112mm，且112mm≤140mm满足L_RJ≤L_RP；

3)粗磨区2径向环距：L_RC＝335-140-112-6-4＝73mm

式中，L_RC取整73mm，满足δ_PC为破碎区和粗磨区之间的径向间隙，δ_PC＝6mm；δ_CJ为粗磨区和精磨区之间的径向间隙，δ_CJ＝4mm；

第二步：设定破碎区1齿形结构参数：

1)设定破碎区1磨齿宽度：B_PCK＝0.0078×1270≈9.906mm

式中，B_PCK取整为10mm；

2)设定破碎区1磨齿倾角：

式中，α_PQ取整为25°；R_PQXY为破碎区1磨齿轴线的切线圆半径，R_PQXY＝0.31×600＝186mm；R_PWY为破碎区1外圆半径，

3)设定破碎区1磨齿数量：

式中，n_p取整偶数为54个；L_SJC为木材原料的最大线性尺寸，L_SJC＝25mm；

第三步：设定粗磨区2齿形结构参数：

1)设定粗磨区2磨齿宽度：B_CCK＝0.63×10＝6.3mm

式中，B_CCK取整为6mm；

2)设定粗磨区2磨齿倾角：

式中，α_CQJ取整为18°；R_CQX为粗磨区2磨齿轴线的切线圆半径，R_CQXY＝0.87×186≈161.82mm，R_CQXY取整为162mm；R_CWY为粗磨区2外圆半径，

3)设定粗磨区2磨齿数量：n_c＝3.5×54＝189个

式中，n_c向能被6整除的方向取整为186个；

第四步：设定精磨区1齿形结构参数：

1)设定精磨区1磨齿宽度：B_JCK＝0.6×6＝3.6mm

式中，B_JCK取整为4mm，且满足B_JCK≥3，单位：mm；

2)设定精磨区1磨齿倾角：

式中，α_JQ取整为4°；R_JQX为精磨区1磨齿轴线的切线圆半径，R_JQXY＝0.25×162＝40.5mm，取整为41mm；

3)设定精磨区1磨齿数量：

式中，n_J向最靠近能被36整除的整数方向取整为360个；L_xw为所处理浆料合格纤维的平均长度，L_xw＝3.2mm；

进一步地，所述的破碎区1、粗磨区2和精磨区3的磨齿高度相等：

式中，h_mc取整为7mm；

进一步地，所述的粗磨区2的周向齿的结构参数与粗磨区2磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_CJY的渐开线上：

R_CJY＝1.85×162＝299.7mm

式中，R_CJY取整为300mm；

进一步地，所述的精磨区3的周向齿的结构参数与精磨区3磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_JJY的渐开线上：

R_JJY＝6×41＝246mm

进一步地，所述的破碎区1的磨齿个个为全齿，个为半齿，且全齿与半齿交替分布，全齿位于半径为和的圆环内，半齿位于半径为和的圆环内。

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1片)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种热磨机磨片齿形结构设计方法，该磨片用于处理木材浆料纤维，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分为三个区域，分别为破碎区(1)、粗磨区(2)和精磨区(3)，

1)破碎区(1)径向环距：

2)精磨区(3)径向环距：

式中：L_RJ取整，单位为mm，且满足L_RJ≤L_RP；

3)粗磨区(2)径向环距：L_RC＝L_RY-L_RP-L_RJ-δ_PC-δ_CJ

式中：L_RC取整，单位为mm，满足δ_PC为破碎区(1)和粗磨区(2)之间的径向间隙，δ_PC＝4～6，单位为mm；δ_CJ为粗磨区(2)和精磨区(3)之间的径向间隙，δ_CJ＝3～5，单位为mm；

第二步：设定破碎区(1)齿形结构参数：

1)设定破碎区(1)磨齿宽度：B_PCK＝(0.01～0.0075)D_w

式中：B_PCK取整，单位为mm；

2)设定破碎区(1)磨齿倾角：

式中：α_PQJ取整，单位为°；R_PQXY为破碎区(1)磨齿轴线的切线圆半径，R_PQXY＝(0.25～0.45)D_n，R_PQXY取整，单位为mm；R_PWY为破碎区(1)外圆半径，R_PWY取整，单位为mm；

3)设定破碎区(1)磨齿数量：

第三步：设定粗磨区(2)齿形结构参数：

1)设定粗磨区(2)磨齿宽度：B_CCK＝(0.62～0.72)B_PCK

式中：B_CCK取整，单位为mm；

2)设定粗磨区(2)磨齿倾角：

式中：α_CQJ取整数，单位为°；R_CQXY为粗磨区(2)磨齿轴线的切线圆半径，R_CQXY＝(0.5～1.2)R_PQXY，R_CQXY取整，单位为mm；R_CWY为粗磨区(2)外圆半径，R_CWY取整，单位为mm；

3)设定粗磨区(2)磨齿数量：n_c＝(3～5)n_p

式中：n_c向能被6整除的方向取整，单位为个；

第四步：设定精磨区(3)齿形结构参数：

1)设定精磨区(3)磨齿宽度：B_JCK＝(0.4～0.8)B_CCK

式中：B_JCK取整，且满足B_JCK≥3，单位为mm；

2)设定精磨区(3)磨齿倾角：

式中：α_JQJ取整，单位为°；R_JQXW为精磨区(3)磨齿轴线的切线圆半径，R_JQXY＝(0～0.8)R_CQXY，取整数，单位为mm；

3)设定精磨区(3)磨齿数量：

2.根据权利要求1所述的一种热磨机磨片齿形结构设计方法，其特征在于：所述的破碎区(1)、粗磨区(2)和精磨区(3)的磨齿高度相等：

式中：h_mc取整，单位为mm。

3.根据权利要求1所述的一种热磨机磨片齿形结构设计方法，其特征在于：所述的粗磨区(2)的周向齿的结构参数与粗磨区(2)磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_CJY的渐开线上，

R_CJY＝(1.5～2.5)R_CQXY

式中：R_CJY取整，单位为mm。

4.根据权利要求1所述的一种热磨机磨片齿形结构设计方法，其特征在于：所述的精磨区(3)的周向齿的结构参数与精磨区(3)磨齿相同，周向齿位于基圆半径为R_JJY的渐开线上，

R_JJY＝(4～8)R_JQXY

式中：R_JJY取整，单位为mm。

5.根据权利要求1所述的一种热磨机磨片齿形结构设计方法，其特征在于：所述的破碎区(1)的磨齿个为全齿，个为半齿，且全齿与半齿交替分布，全齿位于半径为和的圆环内，半齿位于半径为和的圆环内。