纤维再生机的设计研究

纤维再生机的设计研究

胡豪杰

仁新企业集团有限公司

摘要：在我国，对木材回收加工的相关工作才刚刚起步。本文研究出一款新型纤维再生机能更好的为木材的加工回收做到有力的保障。而该机主要用在中密度纤维板生产线的备料工段，将锯边后的废板边条加工成中密度板的合格纤维原料，使其再利用，不仅提高了原料的利用率，同时解决了锯边后残留的废板条的处理难题。

关键词：纤维再生机；木质废料；结构

1 引言

目前市面上的对于木材进行切削的工具大多是采用木材粉碎机，纤维再生机少之又少，本研究设计涉及一种中（高）密度板条，家具下脚料纤维再生机。

目前，纤维再生机只有一个打磨室，造成的纤维产量较低，纤维状态较差。一般的纤维再生机没有配置风机，在生产过程中需要另配背风机，才可以正常生产，毫无疑问增加了设备投资和动力消耗。但本次设计的纤维再生机的目的是提供一种合格率高，具备对农作物纤维切断，将废中，高密度板还原成纤维的纤维再生机。

2纤维再生机总体方案的确定

纤维再生机主要由上机体、下机体、转子、风送系统及驱动部分组成。上机体和下机体由钢板焊接后，经过机械加工制成。组成后，其内部形成两个腔室，其中一个是打碎室，在机体打碎室中设有打碎齿板、打碎锤板。第二个腔室为二次打碎室，在上机体上装有打磨锤板，在下机体上装有可拆卸打磨的不锈钢筛网。因此本机主要功能部件均可根据用途以及使用磨损情况进行更新或更换。

纤维再生机的转子主要由转子轴架，以及锤板等件组成。而且在转子上，喂料口侧装有两把飞刀，在下机体的相应部位设有底刀，飞刀和底刀均由工具钢制成。转子设有四根锤板销轴，销轴等角度布置，其上装有锤板，是纤维再生机的主要部件。

喂料口有一个，在上机体上，内部分有两个腔室，右边是常规粉碎，左边是二次粉碎。当认为需要先削片再进行粉碎的原料可从该口喂入。请注意在设备运转时绝不允许打开机体上盖检查。

纤维再生机所述的传动机构有大皮带轮，V型带，小皮带轮，电机。在电机座上安装有电动机，小皮带轮安装在电动机上，小皮带轮通过V型带与大皮带轮连接。

3机械系统设计计算

本章主要研究风力输送计算，根据工作条件选用电动机，V型带，并选择皮带轮，设计主轴和选用轴承等关键步骤。

3.1 风力输送计算

风力输送的计算比较复杂，计算公式也各有不同。在实际计算应用中，并不能完全确定哪些公式最接近实际生产，因此设计时应留有余地。设计程序如下：

（1）分析原始数据。根据设计要求，分析物料特性、输送条件，并采集相关参数。

（2）起草气力输送系统的类型。采用吸送式系统，压送式系统，还是混合式系统。本设计采用吸送式系统。

（3）选定输送管道的布置及主要部件的结构形式，绘制系统布置示意图。

（4）绘制程序框图。

（5）确定计算生产率。如果已给出输送线的平均昼夜输送量，则气力输送装置的计算生产率，可按式（3-1）确定。

（t/h）               (3-1)

式中  ——装置一昼夜工作时数，h；

——物料输送不均匀系数。与工艺过程特点，物料发送机械型式有关。如果物料通过供料器送入输送线，则=1.15-1.2；

——考虑远景发展的系数，一般不大于1.25；

——平均昼夜输送量，t。

（6）固气比的确定。

（7）确定输送风速。

（8）确定计算出的风量。输送物料所需风量，由式（3-2）确定；

（）              （3-2）

式中   ——装置计算生产率，kg/h；

——空气密度，在标准状态下=1.2。

在决定风机（或其他气源）的风量时，应加上管道系统的漏风量。它通常占系统总风量的百分之十到百分之二十。

（9）计算输料管内直径。由式（3-3）确定；

    （m）     （3-3）

式中  ——一台装置同时工作的输料管数目；

——输送风速，。

（10）确定装置主要部件的结构尺寸。

（11）计算整个系统的压力损失。

（12）计算风机所需功率。

（13）根据所设计物品的需要选择合适的风机（或其他气源）。           

3.1.1 确定固气比

固气比的定义：固气比是指单位时间内输送的物料的质量，除以所需空气质量得到的结果。固气比公式如（3-4）所示；

                           （3-4）

==0.15

由《运输机械设计选用手册》表11-3查得，固气比范围0.1～8，故满足条件。固气比的推荐数值如表3-1所示；

表3-1 固气比的推荐数值

3.1.2 确定风速

由《运输机械设计选用手册》表11-1取得供料点起始风速 =25m/s。

输料管终端的风速与特性、工况等有关，无实测数据时取＜40m/s。

≤35m/s         取≤32m/s。

3.1.3 气力输送计算

一般从终端开始，再逐步推向始端。考虑风速为25m/s左右时，由经验公式估算为=3230Pa。

输料管壳体水平段的绝对压力和空气密度为

=+=103330+3230=106560Pa

===1.24㎏/

3.1.4 输料管压力损失的计算

气力输送装置的总压力损失，公式如（3-5）所示

    （）    （3-5）

式中——纯空气（空气中不含物料）运动产生的压力损失，;

    ——沿直管中输送气流与管壁，颗粒的摩擦，颗粒与管壁及颗粒之间相互碰撞摩擦产 生的压力损失，；

    ——主要发生在供料器和弯管之后，颗粒被加速到稳定输送速度产生的压力损失，；

    ——在垂直输料管中提升物料时克服重力所产生的压力损失，；

    ——弯管压力损失，主要是由流动方向改变而产生离心力的作用 , 引起涡流以及物料沿外壁滑行所产生的压力损失，；

    ——进料装置、分离器、除尘器、消声器等主要部件产生的压力损失，；

    ——在压送式中物料直接向大气排出时产生的排气压力损失，。

由《运输机械设计选用手册》气力输送章节查的各种情况下压力损失公式如下：

1）水平输料管段的摩擦压力损失和加速度压力损失

           （3-6）

式中  ——纯空气阻力系数，按=0.0218来计算；

   ——输料管中平均风速；

   ——水平管长度；

——系数，按=29.8，查《运输机械设计选用手册》图11-5得到取值k=0.15，输送小麦时值与弗劳德数关系如图3-3所示；

        ——颗粒达到稳定时的速度。

则

       =

2）弯管1处的压力损失

水平输料管起点的压力、空气密度和速度

=+=106560+76=106636Pa

 ===1.24㎏/

===32m/s

弯管的压力损失为

                            （3-7）

式中  ——弯管纯空气阻力系数；

   ——弯管阻力系数。

   则有

  ==1087Pa

3)弯管2处的压力损失

弯管1处起点的压力、空气密度和速度

=+=106560+1087=107647Pa

===1.25㎏

===32.3m/s

弯管的压力损失为

===1116Pa

4）水平输料管段的压力损失                                      .

水平输料管起点的压力、速度和空气密度

=+=106560+1116=107676Pa

===1.25㎏/

===32.3m/s

水平输料管段的摩擦压力损失和加速度压力损失

=      （3-8）

式中  ——纯空气阻力系数，按=0.0175来计算；

  ——输料管中平均风速；

  ——水平管长度；

——系数，按=22.1，

由《运输机械设计选用手册》查图11-5得k=0.25；

  ——颗粒达到稳定时的速度。

     则有=

=

5）垂直输料管的压力损失

垂直输料管起点的压力、速度和空气密度

=+=106560+43=106603Pa

===1.24㎏/

===32m/s

垂直输料管段的摩擦压力损失和加速度压力损失

=    （3-9）

式中  ——纯空气阻力系数，按=0.0190来计算；

——输料管中平均风速；

      ——水平管长度；

——系数，按=24.8，由《运输机械设计选用手册》查图11-5得k=0.21；

  ——颗粒达到稳定时的速度。

  则有

=

6)水平输料管段的压力损失

水平输料管起点的压力、速度和空气密度

=+=106560+49=106609Pa

===1.24㎏/

===32m/s

水平输料管段的摩擦压力损失和加速度压力损失

=

=

式中  ——纯空气阻力系数，按=0.0162来计算；

——输料管中平均风速；

——水平管长度；

——系数，按=18.8，由《运输机械设计选用手册》查图11-5得k=0.30；

——颗粒达到稳定时的速度。

7)总压力损失

=+++++              （3-10）

= 76+1087+1116+43+48+39 = 2409Pa

8)确定压力

考虑到保持一定的余量，压力应取略大一点。

P=1.1×=1.06×2409 = 2554Pa

3.2 选择电动机

3.2.1 选择电动机的类型

选用电动机的大致步骤可以考虑如下
　（1）根据生产机械性的要求，选择电动机种类。
　（2）根据电源情况，选择电动机额定电压。
　（3）根据生产机械所需的转数和传动设备的情况，选择电动机的转数。
　（4）根据电动机和生产机械的安装位置和环境，选择电动机的结构和保护形式。
　（5）根据生产机械所需要的功率和电动机的运行方式，选择电动机的额定功率。

选择电动机的类型，根据选择原则和大致步骤，以及工作要求和使用条件，选择Y系列三相鼠笼型异步电动机，电压为380V。

3.2.2 电动机的确定

根据设计要求，电动机功率为

P=                    （3-11）

式中 ——增大系数，取Z=1.1；

   ——风机产生的风量；

   ——风机产生的压强；

   ——风机叶轮效率；

——传动效率。

=0.91===55KW

则有            P =

= 54.1KW

电动机转速为

    ===54.6r/min

电动机转速的范围为

=(2～40)×54.6=（109～2184）r/min

根据电动机的类型、转速、功率，在查阅电机产品目录手册后，选定电动机的型号为Y160M1-2，电动机的主要性能见下表3-1，主要外形，安装尺寸见下表3-2

表3-1型电动机的主要性能

表3-2 电动机的外形和安装尺寸

3.3 V带设计计算

3.3.1 确定设计功率

由《机械设计》表7-6查得工作情况系数=1.3,为功率，则，

=×=1.3×11=14.3kw

3.3.2 选取带型

根据、，由《机械设计》图7.11查取，选择B型V带。

3.3.3 确定带轮的基准直径

根据《机械设计》表7-7荐用最小基准直径，可选小带轮直径为=140mm，则大带轮直径为

===205mm

据《机械设计》表7-3取=200mm，其传动比误差

Δi==0.024＜5%，故可用。

3.3.4 验算带的速度

===21.46m/s＜=25m/s

故符合要求。

3.3.5 确定V带长度和中心距

1.根据0.7（+）≤≤2（+）初步确定中心距，

0.7（140+200）=238mm≤≤2（140+200）=680mm

估取=650mm。

2.计算V带基准长度

=2++              （3-12）

式中  ——小带轮直径；

——大带轮直径。

则有

=2++ 

=2×650++=1835mm

由《机械设计》表7-2选V带基准长度=2000mm。

3.计算实际中心距

=+=650+=733mm

3.3.6 计算小轮包角

=180°－×57.3°=180°－×57.3 = 175.3°

3.3.7 确定V带根数

计算V带的根数z。查阅《机械设计》表7-3，可知单根V带所能传递的功率=3.85KW。

计算功率增量Δ

Δ=（）                   （3-13）

由《机械设计》表7.4查得=1.9875×。

由表7-5查得=1.1036。

Δ=（）=1.9875××2930（）=0.547

由表7-8查得=0.99。

由表7-2查得=0.98。

则带的根数为

 ==3.35

根据原则，取z=3根。

3.3.8 计算出拉力

=              （3-14）

由《机械设计》表7-1查得m=0.17㎏/m。

计算初拉力

=247.7N

3.3.9 计算作用在轴上的压力

Q=                       （3-15）

Q==2×3×247.7×=1485N

4结语

本研究针对纤维再生机的设计，从总体方案和系统设计计算等方面着手，包括风送系统计算、电动机的选择、V带的设计计算设计，具有一定的合理性和应用性。

参考文献

[1]王黎钦等主编.机械设计[M].哈尔滨工业大学出版社.2008

[2]刘品等主编.机械精度设计与检测基础[M].哈尔滨工业大学出版社.2008

作者简介：胡豪杰，男，1993.7.23，仁新企业集团有限公司，浙江人，硕士学历。研究方向：循环经济。

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