樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎部分設(shè)計(jì)
樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎部分設(shè)計(jì),樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎部分設(shè)計(jì),樹(shù)枝,粉碎機(jī),粉碎,部分,部份,設(shè)計(jì)
XX大學(xué)XX學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
論文（設(shè)計(jì)）題目： 樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎部分設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： XX63236 姓名： XX 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： XX 教授 系主任： XX 教授
一、主要內(nèi)容及基本要求
本設(shè)計(jì)內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎裝置，參數(shù)自擬。其工作原理是，電機(jī)經(jīng)過(guò)帶輪傳動(dòng)，帶動(dòng)粉碎裝置主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，樹(shù)枝在高速旋轉(zhuǎn)的刀盤(pán)切削小逐一粉碎成細(xì)小的顆粒，然后從排料口排出。
這里主要采用盤(pán)式粉碎裝置，對(duì)于粉碎要求，盤(pán)式粉碎能夠滿足，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。普通的盤(pán)式粉碎均有長(zhǎng)刀機(jī)構(gòu)組成，在刀盤(pán)上均勻分布若干把長(zhǎng)刀。當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，飛刀把木材縱斷面一次性切斷，這樣會(huì)使得長(zhǎng)刀粉碎機(jī)產(chǎn)生很大噪聲和震動(dòng)，切削波動(dòng)大，切削片料不均勻，同時(shí)粉碎粉功率峰值過(guò)高，功率消耗過(guò)大。
我使用的是短刀機(jī)構(gòu)，每把短刀均按連續(xù)性切削原則布置在刀盤(pán)上，在粉碎過(guò)程中，它是由每一組短刀依次逐條的將整個(gè)端面切削下來(lái)，這樣減小了機(jī)構(gòu)徑向跳動(dòng)，保證了木材粉碎質(zhì)量，降低了粉碎功率，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
對(duì)于粉碎裝置要求如下：
1）保證粉碎裝置的平穩(wěn)性。2）具有好的粉碎能力和粉碎效率。
3)保證粉碎顆粒的均勻性。4）噪音要盡量小。 5）可靠地粉碎裝置與傳動(dòng)間的各種力和力矩，在滿足零部件質(zhì)量要小的同時(shí)， 還要保證有足夠的強(qiáng)度和壽命。
本設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)長(zhǎng)刀粉碎機(jī)構(gòu)分析與研究，選擇最佳的粉碎機(jī)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。
二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題
短刀盤(pán)式粉碎機(jī)飛刀安裝位置確定
飛刀安裝步驟
飛刀設(shè)計(jì)
主軸設(shè)計(jì)
各零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)以及CAD,PROE畫(huà)法
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
查閱相關(guān)資料
第一周
2
確定粉碎系統(tǒng)
第二周
3
確定各部分的結(jié)構(gòu)
第三、四周
4
零部件的設(shè)計(jì)
第五周至第七周
5
畫(huà)相關(guān)零件圖
第八周至第十周
6
畫(huà)裝配圖
第十一、十二周
7
撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)
第十三周
8
畢業(yè)答辯
第十四周
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1]顧正平，沈瑞珍.盤(pán)式短刀枝椏削片機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響因素[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2002(1):183-186
[2]濮良貴，紀(jì)名剛主編．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社,2006.
[3]劉灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.
[4] 牛曉華,吳兆遷,樊濤.木質(zhì)物料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)[J].林業(yè)勞動(dòng)安全，2008（3）
:14-17.
[5]李黎.木材切削原理與刀具[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，2005.
[6]羅迎社.材料力學(xué)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.
[7]濮良貴,紀(jì)名剛,陳國(guó)定,吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社2006.
[8]蘇旭平.工程材料[M].湖南：XX大學(xué)出版社，2008.
[9]朱思紅,付東荔,繆小紅.樹(shù)枝粉碎機(jī)的研制[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，27（3）：
111-113.
[10]張曉文,顧正平，沈瑞珍.盤(pán)式木材削片機(jī)均衡切削的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).1999,第 21卷.
XX 大學(xué) XX 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 樹(shù)枝粉碎機(jī)粉碎部分設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： XX63236 姓 名： XX 指導(dǎo)教師： XX 完成日期： 2012 年 5 月 20 日 目錄 摘要 _1 ABSTRACT _2 1 緒論 _3 1.1 課題研究背景，目的及其意義 _3 1.2 枝椏粉碎機(jī)的分類(lèi)特點(diǎn)及其工作原理 _3 1.3 國(guó)內(nèi)外枝椏粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) _5 1.4 選題的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法及改進(jìn) _6 1.5 預(yù)期結(jié)果 _6 2 移動(dòng)式枝椏粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) _7 2.1 枝椏粉碎機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) _7 2.2 普通盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu) _7 2.3 盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的削片原理 _9 2.4 本章小結(jié) _11 3 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 _12 3.1 生產(chǎn)能力的確定 _12 3.2 飛刀數(shù)量的確定 _12 3.3 切削力的計(jì)算 _13 3.3.1 主切削力的理論分析與計(jì)算 _13 3.3.2 主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式 _15 3.4 切削功率的計(jì)算 _19 3.4.1 切削功率的計(jì)算 _19 3.5 飛刀伸出量的確定 _21 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 _22 4.1 盤(pán)式短刀與長(zhǎng)刀削片機(jī)比較 _22 4.2 飛刀平面布置 _24 4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) _27 4.4 滾動(dòng)軸承的選擇 _28 4.5 鍵連接的設(shè)計(jì) _28 4.5.1 帶輪與輸入軸間鍵的選擇及校核 _28 4.5.2 輸出軸與齒輪間鍵的選擇及校核 _28 4.6 飛刀的設(shè)計(jì) _29 4.7 本章小結(jié) _29 5 主要部件的校核和驗(yàn)算 _30 5.1 主軸強(qiáng)度的校核 _30 5.1.1 求軸上的載荷 _30 5.1.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 _31 5.1.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 _31 5.2 滾動(dòng)軸承的校核 _34 5.3 本章小結(jié) _35 5.4 最后完成圖 _35 結(jié)論 _36 致謝 _37 參考文獻(xiàn) _38 第 0 頁(yè) 摘要:近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，在很多領(lǐng)域的生產(chǎn)實(shí)際中，對(duì)各種木質(zhì)物料粉碎 機(jī)的需求越來(lái)越大。根據(jù)木質(zhì)物料粉碎機(jī)用途的不同，研制出滿足各種要求的木質(zhì)物料粉碎機(jī)已成 為目前迫在眉睫的緊要任務(wù)。 本機(jī)的機(jī)架、上蓋都采用了鑄件，降低了整機(jī)的重心；發(fā)動(dòng)機(jī)和主軸之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，緩 和了載荷沖擊；主軸通過(guò)兩個(gè)圓錐滾子軸承與機(jī)架連接；刀盤(pán)和主軸之間采用平鍵聯(lián)接；飛刀用墊 塊和螺栓固定。飛刀采用螺旋曲面方式依次擺放多把短刀。 關(guān)鍵詞:樹(shù)枝粉碎機(jī)，園林綠化，削片機(jī)，木材加工 第 1 頁(yè) The Design of branch chipper Abstract：In recent years, with the economic development in our country, and in many fields in the actual production, for a variety of wooden material grinder increasing demand. According to the wooden material grinder of different applications, developed to meet the various requirements of the wooden material grinder has become the urgent task for current imminent. The machines rack, about the top head has used the casting to reduce the machines center of gravity, Strengthened the stability of complete machine effectively; Between the engine and the main axle adopts the belt transmission to relax the load impact, reduced the harm of overload which brings for the major component such as fly cutter； The connection of main axle and rack is two circular cone roller, to prevent the main axle have great beating; The connection of cutter head and main axle is flat key, Coordinates closely； The fly cutter uses the bolt and cushion to be fixed, Reliable and stable, The fly cutter stretches out the quantity to be able to adjust，And advantageous for disassembling and the replacement. Rack is equipped with wheels, can be driven by the traction machine，Suitable to use in the urban green residues and the trail level lumber processing. Key words: branch chipper, landscaping, chipper, wood processing 第 2 頁(yè) 1 緒論 1.1 課題研究背景，目的及其意義 城市綠化過(guò)程中，每年都要修剪下大量的樹(shù)枝。修剪下的樹(shù)枝形狀各異、大小不 等、粗細(xì)不均，收集整理十分不便。由于枝椏蓬松，運(yùn)輸效率低，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且 運(yùn)輸安全性差。而運(yùn)出的枝椏，部分被送到垃圾場(chǎng)，部分被燒掉。雖然樹(shù)枝處理了， 但污染了環(huán)境，浪費(fèi)了人力物力。因此枝椏處理不但是令市政部門(mén)頭疼的問(wèn)題，也是 工廠、學(xué)校、小區(qū)、果園等每年都要面臨的問(wèn)題。 將樹(shù)枝就地粉碎削片，不僅可以節(jié)省運(yùn)輸成本、減少樹(shù)枝堆積用地、凈化環(huán)境， 削片粉碎后的枝葉碎渣還可以用于生產(chǎn)有機(jī)堆肥，改良土壤，進(jìn)行循環(huán)利用；或加工 成制漿造紙和生產(chǎn)人造板所需的工藝木片；或進(jìn)行粉碎后再利用，制作成壓縮燃料塊 或作為裸露地覆蓋物，能變廢為寶。近年來(lái)，樹(shù)枝削片粉碎處理悄然興起，這不僅大 大地改變了以往靠人力處理枯枝落葉的模式、加快了樹(shù)枝樹(shù)葉的處理速度，而且節(jié)省 了費(fèi)用，還減輕了工人的勞動(dòng)量，成了枝椏處理的必然發(fā)展趨勢(shì)。 因此，研制樹(shù)枝粉碎削片機(jī)，對(duì)提高枝椏處理效率、擴(kuò)大枝椏的用途、提高枝椏 的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。 1.2 枝椏粉碎機(jī)的分類(lèi)特點(diǎn)及其工作原理 樹(shù)枝粉碎機(jī)是將原木、采伐與撫育剩余物（枝椏、梢頭木、樹(shù)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(zhǎng)度木片的設(shè) 備。它屬于備料設(shè)備，但也是十分重要的。其切削特征是縱端向切削，主要參數(shù)是削 出木片的長(zhǎng)度。對(duì)枝椏粉碎機(jī)的主要工藝要求是：削出的木片長(zhǎng)度應(yīng)均勻一致，其合 格率應(yīng)在允許范圍內(nèi)，且應(yīng)厚度均勻，切口大而平滑，產(chǎn)生的碎料少，削出的木片的 尺寸規(guī)格依使用要求而定。 隨著人造板工業(yè)的發(fā)展和原木資源的日益缺乏，利用各種剩余制品削制工藝木片 作為充分利用木材資源、提高木材綜合利用率的主要手段的觀點(diǎn)，已得到了人們的普 遍贊同，削片機(jī)的種類(lèi)也隨之而日益增多。 樹(shù)枝粉碎機(jī)按切削機(jī)構(gòu)的形狀可分為鼓式和盤(pán)式，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖： 第 3 頁(yè) 1.軸承座 2.主軸 3.刀盤(pán) 4.壓刀塊 5.飛刀 6.側(cè)刀 7.底刀 圖 1.1 盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 要把枝椏加工成碎片, 首先需要人工將枝椏材放進(jìn)料斗, 木材在人力或進(jìn)料機(jī)構(gòu) 的壓力作用下進(jìn)入削片機(jī), 當(dāng)木材的端面碰到飛刀刀盤(pán)端面時(shí) , 進(jìn)給停止, 飛刀轉(zhuǎn)到 切削位置開(kāi)始切削, 由于飛刀有一定角度, 當(dāng)切入木材一定深度時(shí), 木材受到飛刀切 削面的分力、刀盤(pán)和料斗( 或底刀)的阻礙作用, 局部沿木材纖維方向崩裂成木片, 從 前刀面飛出。切削過(guò)程中, 木材在壓力和飛刀切削分力的作用下，向刀盤(pán)方向進(jìn)給, 使切削加工得以連續(xù)進(jìn)行, 完成整根木材的加工。 鼓式枝椏削片機(jī)機(jī)座采用高腔度鋼板焊接而成，是整臺(tái)機(jī)器的支承基礎(chǔ)；刀輥上 安裝兩把飛刀，用專(zhuān)門(mén)制造的飛刀螺栓，通過(guò)壓力塊，把飛刀固定在刀輥上；根據(jù)被 切削原料的不同厚度，上喂料輥總成可以借助液壓系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng)；切削 下來(lái)的合格木片通過(guò)網(wǎng)篩孔落下，有底部排處，大的片料將在機(jī)內(nèi)再進(jìn)行切削。鼓式 削片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖 2 所示。 第 4 頁(yè) 1.主 軸 2.鎖 緊 裝 置 3.飛 刀 4.飛 刀 螺 栓 5.壓 刀 塊 6.飛 刀 座 7.刀 輥 8.上 喂 料 輥 9.下 喂 料 輥 10.底 刀 圖 1.2 鼓 式 枝 椏 粉 碎 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 圖 一般而言，盤(pán)式樹(shù)枝粉碎機(jī)由于飛刀運(yùn)動(dòng)時(shí)的切削平面固定不變，飛刀和底刀可 以很好的形成剪切作用，所以盤(pán)式枝樹(shù)枝碎機(jī)的木片比鼓式枝樹(shù)枝碎機(jī)的木片質(zhì)量好， 生產(chǎn)率高；適宜加工原木、劈木、木芯、較厚的板皮和成捆的枝椏材，因其進(jìn)料槽為 方形或圓形，可充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，主要用于生產(chǎn)規(guī)模較大的人造板企業(yè)和造紙企 業(yè)。鼓式枝椏粉碎機(jī)由于飛刀的切削平面隨飛刀位置的變化而變化，削片過(guò)程中不能 形成有利的剪切作用，其進(jìn)料槽沿刀鼓方向?yàn)殚L(zhǎng)方形，適用于加工板皮、板條、碎單 板、小徑木、枝椏材等厚度較小、徑級(jí)不大的木料和竹材，這種削片機(jī)主要用于中小 型人造板企業(yè)；現(xiàn)在經(jīng)改進(jìn)的鼓式削片機(jī)的削片質(zhì)量完全能夠滿足人造板生產(chǎn)的工藝 要求。盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)大多數(shù)采用自由進(jìn)料，而鼓式枝椏粉碎機(jī)大多數(shù)采用強(qiáng)制進(jìn)料， 水平進(jìn)料的適宜加工較長(zhǎng)的原料，而加工較短的原料通常采用傾斜進(jìn)料?？傊?粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于原料的特征和對(duì)削片質(zhì)量及生產(chǎn)率的要求。 對(duì)于中小型樹(shù)枝粉碎機(jī)而言，由于其削制的原料大多數(shù)是枝椏、板皮等剩余物， 材徑較小，采用平面盤(pán)式機(jī)削片時(shí)，對(duì)平面盤(pán)式的削片長(zhǎng)度的均勻性影響不大，而其 制造成本低廉，易于推廣。因此，中小型枝椏粉碎機(jī)采用平面刀盤(pán)結(jié)構(gòu)是一個(gè)發(fā)展方 向。 水平進(jìn)料可防止原料撞擊刀盤(pán)軸，操作方便，安全可靠；而傾斜進(jìn)料便于投料， 可保證合理的切削參數(shù)。 1.3 國(guó)內(nèi)外枝椏粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 我國(guó)枝椏粉碎機(jī)的研制工作始于 20 世紀(jì) 60 年代，70 年代中期開(kāi)始研究伐區(qū)木片 生產(chǎn)工藝設(shè)備，80 年代國(guó)家設(shè)立“伐區(qū)枝椏木片生產(chǎn)設(shè)備及工藝的研究”攻關(guān)課題， 進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了一定成果。進(jìn)入 90 年代，木片生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，木材削 片機(jī)制造業(yè)也隨之進(jìn)一步發(fā)展。目前已至少有 30 多家生產(chǎn)削片機(jī)的廠家，生產(chǎn) 20 多 種型號(hào)的木材削片機(jī)。我國(guó)目前所用的削片機(jī)主要有以下幾種型號(hào)：（1）BX117C 盤(pán)式 削片機(jī);(2)BX1107/4 盤(pán)式削片機(jī);(3)BX116 盤(pán)式削片機(jī);(4)BX1108/3 盤(pán)式削片機(jī);此外， 還有極少量的 BX1710B 盤(pán)式削片機(jī)和 BX1112 盤(pán)式削片機(jī)等。至于枝椏粉碎機(jī)，我國(guó)常 州市林機(jī)廠及其它生產(chǎn)企業(yè)在 90 年代就曾研制過(guò)多種機(jī)型，功率一般為 3-5kW，但都 第 5 頁(yè) 未推廣，主要原因都是功率太小，只能削小枝椏，徑級(jí)到 3040mm 就削不動(dòng)，無(wú)法滿 足使用要求。國(guó)外大規(guī)模的木片生產(chǎn)始于 60 年代，近年來(lái)發(fā)展很快，不僅產(chǎn)量迅速增 加，而且在一些國(guó)家，如日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)等國(guó)已發(fā)展成為木材工業(yè)部門(mén)中的一個(gè) 獨(dú)立體系。在瑞典、芬蘭等國(guó)則成為木材加工企業(yè)中不可缺少的組成部分。而且國(guó)外 枝椏削片機(jī)的性能也比國(guó)內(nèi)要好一些，這主要表現(xiàn)在其產(chǎn)品型號(hào)齊全，功率強(qiáng)勁，外 形美觀，操作方便，噪聲低，人性化設(shè)計(jì)等。如美國(guó)的百萊瑪設(shè)備公司的產(chǎn)品威猛系 列切枝機(jī)。其中威猛 BC600XL 型就是一款高產(chǎn)量、大功率的切枝機(jī)，它具有獨(dú)創(chuàng)的外 觀設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有同類(lèi)產(chǎn)品中最大的進(jìn)料口。從細(xì)小的樹(shù)枝到直徑 150mm 的樹(shù) 干，BC600XL 型切枝機(jī)都能從容應(yīng)付。其較大的動(dòng)力和寬闊的進(jìn)料口使其功效超卓，并 可省去大量的對(duì)樹(shù)枝的預(yù)先修理時(shí)間。 近年來(lái)，國(guó)外削片機(jī)的研制有了進(jìn)一步的發(fā)展，主要是增加輔助進(jìn)料槽；增加進(jìn) 料槽的截面積；鉸接式安裝進(jìn)料槽；側(cè)面出料（木片）；減少飛刀尺寸和角度，并且 裝刀多刀化；飛刀夾裝在刀盤(pán)上，并呈螺旋線安裝；刀盤(pán)懸臂式裝配；降低削片機(jī)噪 聲；增設(shè)第二底刀以及使其多刃化；可調(diào)節(jié)生產(chǎn)率的削片機(jī)；改進(jìn)切削機(jī)構(gòu)和進(jìn)給方 式以及適應(yīng)不同原料的削片的專(zhuān)用、通用、以及削片機(jī)組和削片生產(chǎn)線。 1.4 選題的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法及改進(jìn) 普通盤(pán)式削片機(jī)的飛刀為長(zhǎng)直刀, 在刀盤(pán)上呈徑向布置 , 切削木材時(shí), 飛刀要切 削整個(gè)原木端面, 導(dǎo)致動(dòng)態(tài)載荷( 切削力、切削功率) 波動(dòng)大、切削過(guò)程不平穩(wěn)、功 率消耗大、振動(dòng)噪聲大.為改善這種情況, 國(guó)內(nèi)外科研人員曾做過(guò)很多研究 , 一是力 圖搞連續(xù)切削, 在刀盤(pán)上增加飛刀數(shù)量, 這樣雖然使切削情況有所改善, 但飛刀在切 削過(guò)程中切削原木的寬度仍然是變化的, 而且增加刀數(shù)導(dǎo)致功率成倍地增長(zhǎng); 二是將 飛刀后面和刀盤(pán)面制造成螺旋面,這樣切削平穩(wěn)，加工出來(lái)的木片質(zhì)量好。這里我采用 螺旋面切削方式，并對(duì)它進(jìn)行了均衡性切削改進(jìn)，力圖減小削片過(guò)程中切削力和切削 功率的波動(dòng)。 1.5 預(yù)期結(jié)果 本樹(shù)枝粉碎機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)能力大，木片合 格率高，木片質(zhì)量還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，單位木片產(chǎn)量能耗低。 第 6 頁(yè) 2 移動(dòng)式枝椏粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 枝椏粉碎機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)枝椏粉碎機(jī)的用途及其使用要求，并結(jié)合任務(wù)書(shū)所給初始參數(shù)，設(shè)計(jì)本機(jī)設(shè) 計(jì)任務(wù)如下： 切削機(jī)構(gòu)形狀：盤(pán)式 進(jìn)料方式：傾斜 45 進(jìn)料 出料方式：下出料 最大切削直徑：150mm 刀盤(pán)半徑：560 mm 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速：3600 r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)功率：22kw 刀盤(pán)形式：平面刀盤(pán) 飛刀數(shù)：8 把 飛刀的調(diào)整使用齒形調(diào)整結(jié)構(gòu) 2.2 普通盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu) 由參考文獻(xiàn)4可知，普通盤(pán)式樹(shù)枝粉碎機(jī)主要由刀盤(pán)、進(jìn)料槽、傳動(dòng)裝置和機(jī)殼 等部分組成。 刀盤(pán)套裝在主軸上，主軸由兩個(gè)裝在軸承座中的軸承支承，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳 動(dòng)驅(qū)動(dòng)。刀盤(pán)除作為切削機(jī)構(gòu)切削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時(shí)，速 度波動(dòng)不大，因此要求刀盤(pán)有較大質(zhì)量。大型盤(pán)式削片機(jī)除刀盤(pán)起飛輪作用外，在主 軸上還專(zhuān)門(mén)裝有 1 個(gè)飛輪，并兼作制動(dòng)輪。刀盤(pán)的材料一般采用 30，35，45 號(hào)鑄鋼； 當(dāng)切削速度大于 50 m/s 時(shí)采用 A4、A5 鍛鋼。鑄鋼件必須退火處理，鍛鋼件須正火處 理；粗加工后進(jìn)行探傷檢查，在開(kāi)口處不允許有降低使用性能的缺陷。主軸的毛坯應(yīng) 為鍛件，不應(yīng)有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盤(pán)式機(jī)的刀盤(pán)上裝有 24 把飛刀， 飛刀在刀盤(pán)上的安裝一般使其刀刃相對(duì)刀盤(pán)半徑沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向向前傾斜 815布置。 在安裝每把飛刀下面的刀盤(pán)上，沿刃口方向開(kāi)有一條寬度為 100 mm 左右的長(zhǎng)縫。飛刀 和楔形墊塊用螺栓固定在刀盤(pán)上。墊塊的作用是保證飛刀有一定的后角，一般為 5左 第 7 頁(yè) 右。飛刀的材料一般采用鉻鎳合金工具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，熱處理后刃口部分的硬 度為 HRC5256。飛刀的楔角取 3045，凍材、硬材取較大值。飛刀刃口伸出刀 盤(pán)平面的高度稱(chēng)為刀片的伸出量（又稱(chēng)裝刀高度），其大小影響木片的長(zhǎng)度，因此刀 盤(pán)上所有飛刀刃口的伸出量必須相等。飛刀更換或刃磨后，應(yīng)保持伸出量不變。飛刀 有利用刀片后部的齒定位的，屬有級(jí)調(diào)節(jié)，也有利用刀片后部的硬木墊塊或澆鑄的鉛 條定位的，屬無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，精度較高。盤(pán)式機(jī)是由安裝在刀盤(pán)上的飛刀和安裝在進(jìn)料槽 上的底刀形成剪切機(jī)構(gòu)的。底刀的刃口有的是用硬質(zhì)合金堆焊而成。為防止印較大的 沖擊力損壞刃口，底刀的刃磨角較大，一般為 8590，也有的大于 90的（采用 90的底刀，四角可輪換使用）。飛刀與底刀的間隙一般為 0.3 mm1.0 mm，這取決 于削片機(jī)的精度和刀盤(pán)直徑的大小等因素。 大多數(shù)盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)不設(shè)強(qiáng)制進(jìn)料機(jī)構(gòu)，僅有進(jìn)料槽（又稱(chēng)喂料槽）。進(jìn)料槽 相對(duì)刀盤(pán)平面的安裝角度影響自由進(jìn)料時(shí)削出的木片長(zhǎng)度。如圖 2.1 所示， ABCD為平盤(pán)平面，BD為進(jìn)料槽的中心線，CD平行于刀盤(pán)軸線，其值等于 刀盤(pán)伸出量，則木片的長(zhǎng)度 l 為： (2.1)21 1 coscosaCDaBD 即 (2.2)21hl 式中： h飛刀伸出量； a1傾斜角，即進(jìn)料槽的中心線與水平面間的夾角； a2偏角，即進(jìn)料槽的中心線在水平面上的投影與刀盤(pán)軸線的夾角。 由于削片時(shí)原料尾端在進(jìn)料槽中抬起，為獲得要求的木片長(zhǎng)度，實(shí)際裝刀高度 應(yīng)比計(jì)算值小 2 mm 左右。傾斜角 a1 取 45 52，偏角 a2 取 2030。它們h 的大小不但影響木片的長(zhǎng)度及厚度，而且還影響木片的切口面積、木片質(zhì)量和削片的 動(dòng)力消耗。傾斜進(jìn)料的進(jìn)料槽通常還有轉(zhuǎn)角 a3，即進(jìn)料槽底面與水平面的夾角，其作 用是使木料在切削時(shí)沿槽底滑向刀盤(pán)中心，有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)切削、減小切削的阻力矩。 對(duì)于水平進(jìn)料的進(jìn)料槽，傾斜角 a1=0，只有偏角 a2，由于偏角的作用，使削片機(jī)在削 片時(shí)產(chǎn)生的進(jìn)給方向的分力，牽引木料向刀盤(pán)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的排料分為上排料和下排料兩種形式。上排料是在刀盤(pán)的外緣安 第 8 頁(yè) 裝個(gè)個(gè)葉片，它在刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣流，把削出的木片沿刀盤(pán)的切口方向從上 排料口排出。當(dāng)葉片的速度為 27 m/s28 m/s 時(shí)，木片的拋出高度可達(dá) 4 m5 m。當(dāng) 刀盤(pán)的轉(zhuǎn)速較高或直徑較大而使得刀盤(pán)線速度較大時(shí)，為防止過(guò)度打碎木片，減小動(dòng) 力消耗，在刀盤(pán)上不裝葉片，削出的木片由下部開(kāi)口的機(jī)殼直接落到皮帶運(yùn)輸機(jī)上輸 出，這稱(chēng)為下排料。 圖 2.1 木片長(zhǎng)度與進(jìn)料槽安裝角的關(guān)系 2.3 盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的削片原理 通過(guò)觀察和研究證明，盤(pán)式樹(shù)枝粉碎機(jī)在削片過(guò)程中，木料的已被切削面緊貼在 飛刀的后面，并沿著飛刀后面滑動(dòng)，直到與刀盤(pán)平面相遇。當(dāng)木料的上端與刀盤(pán)表面 接觸后，被切平面則由斜面變成平行于刀盤(pán)表面的直面，最后被切表面形成了一個(gè)折 面。因此，盤(pán)式機(jī)的削片過(guò)程并不是過(guò)去人們認(rèn)為的那樣，原料的被切平面始終平行 于刀盤(pán)平面。 在削片時(shí)，木料沿著進(jìn)料槽的移動(dòng)，主要是由于飛刀對(duì)木料的作用力在進(jìn)給方向 的分力（牽引力）的作用而致。理論上可以證明：在傾斜進(jìn)料時(shí)，靠木料自重產(chǎn)生的 下滑是不能產(chǎn)生足夠位移的。無(wú)強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)的水平進(jìn)料盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)，木料仍能 按木片長(zhǎng)度進(jìn)料，也充分證明了這一點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)已定的盤(pán)式機(jī)，在削片過(guò)程中， 切削方向與進(jìn)給方向形成的遇角是不變的，與木料的厚度和徑級(jí)大小無(wú)關(guān)，飛刀對(duì)木 第 9 頁(yè) 料產(chǎn)生的牽引力的方向不變；牽引力的大小雖與木料的樹(shù)種、含水率等因素有關(guān)，但 其大小足以帶動(dòng)木料克服摩擦阻力并向刀盤(pán)方向進(jìn)給。因此大多數(shù)盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)不 采用強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級(jí)較大的木料。如圖 2.2 所示，木料被飛 刀牽引向前進(jìn)給的速度 u 為： 圖 2.2 盤(pán)式削片機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析 (2.3)sin(avu 式中： 飛刀的切削速度；v 飛刀的安裝后角；a 遇角。 從上述分析可見(jiàn):盤(pán)式削片機(jī)的飛刀在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的切削平面是固定不變的， 在每一切削層的切削過(guò)程中，基本上始終通過(guò)底刀刃口，飛刀和底刀可以很好地形成 剪切機(jī)構(gòu)，這也使得盤(pán)式削片機(jī)比鼓式削片機(jī)的削片質(zhì)量好。 木料在飛刀和底刀的剪切作用下，被切下的木塊（切屑）經(jīng)過(guò)刀盤(pán)的窄縫時(shí)，由 于受到飛刀前面擠壓力的作用，被分裂成一定厚度的木片。研究與試驗(yàn)表明，木片的 厚度 為：S （2.4)KlS21 第 10 頁(yè) 式中： 木片長(zhǎng)度；l 沿纖維方向木材的抗剪強(qiáng)度；1 沿纖維方向木材的抗壓強(qiáng)度；2 其他因素的影響系數(shù)。K 如木片長(zhǎng)度為 20 mm 時(shí)，木片厚度為 3.9 mm6.2 mm；木片長(zhǎng)度為 25 mm 時(shí)，木 片厚度為 4.8 mm7.5 mm。木片厚度不僅取決于木片長(zhǎng)度和木材的物理機(jī)械性能等因 素，還與進(jìn)料槽及飛刀的安裝角度和飛刀的刃磨角等因素有關(guān)。當(dāng)飛刀的刃磨角和安 裝后角較大時(shí)，則削出的木片較厚，反之較薄。 2.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了枝椏粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，普通盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的組成，木 片的長(zhǎng)度和厚度計(jì)算，排料方式的選擇為上出料，木料被飛刀牽引向前進(jìn)給的速度計(jì) 算等。 第 11 頁(yè) 3 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 3.1 生產(chǎn)能力的確定 在削片過(guò)程中，由于加料的不連續(xù)性，樹(shù)種、含水率和被切削斷面積的變化，以 及同時(shí)參加切削的飛刀的數(shù)量不同，使切削力不是一個(gè)固定的數(shù)值。由文獻(xiàn)4知，目 前盤(pán)式削片機(jī)的主電機(jī)功率 (kW)一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式推算N (3.1)KEQ 式中： 不均勻系數(shù)，取 ；K2.1 加工 1 實(shí)積 m3木材所需的能量，kWh/實(shí)積 m3；E Q削片機(jī)的生產(chǎn)率，m 3/h。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得 。由發(fā)動(dòng)機(jī)功率為 20KW，取 K=1.1，E=6，N=22KW64 則 )/(3./hKENQ 3.2 飛刀數(shù)量的確定 由文獻(xiàn)4知，非強(qiáng)制進(jìn)料的盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力 (實(shí)積 m/h)為Q （3.2）nZlFKQ321 806 式中： 設(shè)備時(shí)間利用系數(shù)，取 ；1K5.0 工作時(shí)間利用系數(shù)，取 ；2 872 原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆枝椏材取 ，其他原料取 1；3 7.3K 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速， r/min；n 飛刀數(shù)量；Z 木片平均長(zhǎng)度，mm；l 原料的斷面積，mm；F 取 =0.4， =0.7， =0.7，l=8mm，F(xiàn)= ，d=150mm1K23K4/2d 第 12 頁(yè) 則 ，圓整為 Z=8,故由生產(chǎn)率可選飛刀的數(shù)量為 8 把。3.7106328nlFKQZ 3.3 切削力的計(jì)算 3.3.1 主切削力的理論分析與計(jì)算 盤(pán)式削片機(jī)是由徑向安裝在刀盤(pán)上的飛刀和裝在殼體上的底刀組成的切削機(jī)構(gòu)， 其切削過(guò)程可看成是有支承的銑削或剪切。削片機(jī)切削木材時(shí)，木材經(jīng)進(jìn)料槽向刀盤(pán) 進(jìn)給，刀盤(pán)上每把飛刀的切削厚度為 h，大小等于飛刀從刀盤(pán)表面的伸出量。切掉的木 塊形成木片，穿過(guò)刀盤(pán)上的通孔，落到刀盤(pán)背面，經(jīng)出料口排出。 木材削片機(jī)的整機(jī)載荷包括切削阻力，風(fēng)扇葉片阻力，強(qiáng)制進(jìn)料機(jī)構(gòu)的阻力等， 其中切削阻力占絕大部分，飛刀間歇切削和木材進(jìn)料的不連續(xù)性使削片機(jī)工作時(shí)切削 阻力在 0 到最大值之間變化。木料徑級(jí)不一，材性不同及節(jié)子等也會(huì)引起載荷的變化。 木材削片機(jī)在工作時(shí)載荷波動(dòng)很大，為了使削片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和充分利用原動(dòng)機(jī)的功率， 刀盤(pán)具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，起到了飛輪的作用，利用其慣性能來(lái)克服短時(shí)的大負(fù)荷。 此外，異步電動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)都具有一定的過(guò)載能力，當(dāng)遇到大負(fù)荷轉(zhuǎn)速下降的時(shí)候， 這種過(guò)載能力就發(fā)揮出來(lái)。利用慣性動(dòng)能和過(guò)載能力這兩點(diǎn)是削片機(jī)不同于一般平穩(wěn) 載荷機(jī)械的特點(diǎn)，傳統(tǒng)削片機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中常考慮這兩點(diǎn)。 飛刀切削木材時(shí)，除前刀面對(duì)木材作用以外，后刀面和刀刃部分對(duì)木材也有作用 力，刀刃處雖應(yīng)力較大，但表面積很小，刀刃作用力在總作用力中所占比例很小，可 忽略不計(jì)。為簡(jiǎn)化問(wèn)題，設(shè)刀刃為直線，切削速度垂直于刀刃方向，木材纖維方向亦 垂直于刀刃方向【8】。飛刀前刀面對(duì)木材的作用力合力為 Fr，飛刀后刀面對(duì)木材的作 用力 由正壓力 和摩擦阻力 兩個(gè)力合成;此外還有底刀對(duì)木材的作用力 , ,FNfF xPy 第 13 頁(yè) 木材受力見(jiàn)下圖 31: 圖 3.1 木材所受刀片作用力 將各力投影到 X 軸和 Y 軸上,有 則有 0 xF0 xxPF 則有yyy )-tan(x yP 聯(lián)立以上方程解得: tan)tan(yxF 的計(jì)算式可參考文獻(xiàn)8,其中：xF, （3.3）)90sin()90cos( )/ cx fbl （3.4）)i()( )o / cy flF 式中: l木片纖維長(zhǎng)度,m； B切削寬度,m； 木材順紋理剪切強(qiáng)度,N/mm2；/ 附加阻力系數(shù),由試驗(yàn)測(cè)定；cf 飛刀后角； 第 14 頁(yè) 飛刀楔角； 進(jìn)料槽斜角； 后刀面與木材摩擦角； 前刀面與木材摩擦角； ， 前刀面與木材摩擦系數(shù),一般在 0.50.75 之間,常arctn 取 0.6。 將 代入公式得：xF, )tan()90sin()90cos( tan(coin 11 x fblblP （3.5） 利用此公式,可以對(duì)主切削力進(jìn)行理論計(jì)算,將各已知參數(shù)以及不同徑級(jí)木材代入 公式,其中飛刀伸出量 h=10mm,切削木片長(zhǎng)度 l=8mm,飛刀楔角 =30 度,進(jìn)料 =45, =5 =75N/cm2, =0.6, = = ,最后得出 =3273N,由切削最大1cf31arctn0.6xP 直徑為 150mm, ,取切削寬度 b=100mm.a=1mm,得出理論單位切削阻bpAFx 力 =32.73N/ 。x2m 3.3.2 主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式 由切削力可按下式計(jì)算： bapAFx （3.6）式中：b切削寬度，mm； a切削厚度，mm。 切削力與切削面積的關(guān)系，可以用單位切削寬度上作用的切削力 與切削厚度 axF 的關(guān)系來(lái)代替，即： （3.7）apFx 可以把單位切削力 P 當(dāng)作一個(gè)系數(shù)，用以反映切削力與切削厚度之間的函數(shù)關(guān)系。 第 15 頁(yè) 若表示 與 a 之間變化規(guī)律的曲線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的斜直線，單位切削力便是該斜線xF 的斜率。實(shí)際上，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知， 隨 a 而變化的直線具有縱截距，而且在不同xF 的切削厚度范圍內(nèi)，直線的斜率不同，即單位切削力不同。所以需要根據(jù)不同的切削 厚度范圍，分別建立不同的單位切削力的計(jì)算公式。 切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立，是從確立切削厚度與單位切削力的關(guān)系著手的；然后將 影響切削力的一系列因素，如刀具變鈍，刀具切削方向相對(duì)于纖維的方向，切削角， 切削速度，材種等，通過(guò)系數(shù)修正，經(jīng)驗(yàn)公式換算，加以綜合考慮；最后建立隨不同 因素變化的切削力經(jīng)驗(yàn)公式。 1.確定切屑厚度與單位切削力的關(guān)系 近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，對(duì)木材切削過(guò)程的試驗(yàn)研究表明，在切屑厚度 時(shí)，單ma1.0 位切削寬度上作用的切削力 與切屑厚度之間的關(guān)系可用 AB 直線表示，如下圖。F 圖 3.2 單位切削寬度上作用的切削力 與切屑厚度之間的關(guān)系曲線F 直線 AB 的方程為： （3.8）)/81.9( mNapfF 式中： AB 直線的縱截距。f 時(shí)，直線 AB 的斜率， 。pma1.01tanp 實(shí)際上，當(dāng)切屑厚度變小，在 時(shí)， 與 a 之間的函數(shù)關(guān)系改用曲線 BDa1.0F 表示，若以直線 BD 近似地代替曲線 BD，則直線 BD 的方程為： （3.9）)/8.9(2. mNpfF 第 16 頁(yè) 式中： BD 直線的縱截距；2.0f 時(shí)，BD 直線的斜率：pma1.28.08tanpff 下面在兩種切屑厚度范圍內(nèi)，根據(jù)前，后刀面作用力的不同，分別建立作用在前， 后刀面上的單位切削力計(jì)算公式： 當(dāng) 時(shí)：ma1.0 8.02. FapfapfF （3.10） 式中： 作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。從真實(shí)切刀切削木料 的過(guò)程中可以觀察到，雖然 a=0，但后刀面仍然對(duì)切削平面以下的木材起作用，這時(shí) ；2.0fF 作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力， 。apfF8.0 當(dāng) 時(shí)：ma1. )8(2.0 FapfF （3.11） 式中： 作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。該力不因切屑厚度變 化而異； 作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力， 。F apfF)8( 相應(yīng)單位切削力 p 隨切屑厚度 a 的變化而變化的關(guān)系式為： （1）當(dāng) 時(shí)：ma1.0 paffpf )8.0(2. （3.12） 式中： 作用在后刀面上的單位切削力；p 作用在前刀面上的單位切削力。 （2）當(dāng) 時(shí)：ma1.0 pfap)8(2.0 （3.13） 第 17 頁(yè) 式中： 作用在后刀面上的單位切削力；p 作用在前刀面上的單位切削力。 2.確定刀具變鈍與單位切削力的關(guān)系 在真實(shí)切刀切削木材的過(guò)程中，既然刀刃圓半徑的大小只是影響后刀面的變形功， 那么變鈍刀具對(duì)單位切削力的影響也應(yīng)該局限在對(duì)后刀面單位切削力 的影響上。p 刀具變鈍的影響用變鈍系數(shù) 修正。根據(jù)試驗(yàn) =11.7。 值與刀刃圓半徑的pCpC 增量 成正比。 銳利刀具取 =1。刀刃即使剛剛磨銳，但初始圓半徑仍有 510 ，因而后刀面上p 還是存在作用力 。)8.01(2. ffF 變鈍刀具取 大于 1，相應(yīng) 。將上述關(guān)系代入單位切削力計(jì)算式，pC).(fCFp 得： （1）當(dāng) 時(shí)：ma.0 )8.0(2. pafCpaffp （3.14） （2）當(dāng) 時(shí)：a1.0 )8().0()8(2.0 pfapfapp （3.15） 3.確定切削角，切削速度，切削方向相對(duì)于纖維方向和材種等因素與單位切削力的關(guān) 系 單位切削力公式中的兩個(gè)變量 ，在綜合了對(duì)松木，樺木等材種的不同切削方向和pf 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，可按下法決定。主要切削方向的單位切削力 為：p ppaf （3.16） 式中： 可以根據(jù)某一主要切削方向按材種查下表 1；pf 第 18 頁(yè) p 。 （系數(shù) 根據(jù)某一主要切削方向分別pppCVBA pPCBA, 查表 1 和 2 決定。在該式中同時(shí)反映 和 V 對(duì) p 的影響。在鋸切速度小于 70m/s，刨削， 銑削速度小于 40m/s 時(shí)，以 90-V 代替 V。鋸切時(shí)，在 V 大于，等于或者接近于 70m/s 情況下以 V 代入。 ） 表 3.1 系數(shù) f, A 的值 材種 )/81.9( 2mNf )/81.9(2mN 端向 縱向 橫向 端向 縱向 橫向 松木 0.49 0.16 0.10 0.056 0.020 0.003 樺木 0.55 0.19 0.14 0.076 0.025 0.0045 麻櫟 0.64 0.21 0.172 0.082 0.028 0.006 表 3.2 系數(shù) B,C 的值)/81.9(2mNB )/81.9(2mNC 材種 端向 縱向 橫向 端向 縱向 橫向 松木 0.020 0.007 0.006-0.007 2.00 0.55 0.066 樺木 0.024 0.008 0.007-0.010 2.30 0.70 0.085 麻櫟 0.027 0.009 0.085-0.012 2.56 0.76 0.10 4.最后確定上述所有因素與單位切削力的關(guān)系 （1）當(dāng) 時(shí)：ma1.0 切削方向 ） (afCpp ppCVBA （3.17） （2）當(dāng) 時(shí)：ma1.0 主要切削方向 ） (8).(ppt faC ppCVBA 第 19 頁(yè) （3.18） 由 材種取松 a=1mm,r=280mm,Cp 取 1.7,得出min,/360,4,rVbapFx .2/31mNp 綜上所述,單位切削阻力理論計(jì)算值與經(jīng)驗(yàn)值相差不大,故可取切削阻力 =3273N.xP 相應(yīng)的單位切削阻力 。2/73.mNFx 3.4 切削功率的計(jì)算 3.4.1 切削功率的計(jì)算 由文獻(xiàn)8可知計(jì)算公式 kW （3.19）sin60ZAFPcxc 如圖 3.1 所示：圖中表示削片時(shí)飛刀對(duì)木材的總切削力。刀盤(pán)對(duì)木材的支承力降 低了后刀面對(duì)木材的支承力，互相影響，所以也包括在總作用力中?？傋饔昧?分解F 為切向分力 及法向分力 。在切削過(guò)程中， 隨木片的變化而變化，其短時(shí)平均值xFy xF 為 。 與寬度成正比，有：xav （3.20） bxav 式中： 切削寬度，m；b 單位寬度平均切向阻力，N/m。xF 一把飛刀一次切削功耗為： (3.2AFWx1 1) 式中： 切口面積，(m)。 ， 木料橫斷面積，m)Asin(cc 如果進(jìn)料槽在通過(guò)主軸線的兩個(gè)相互垂直平面內(nèi)的投影傾斜角分別為 和 ，則12 由下式確定： 第 20 頁(yè) (3.22)212221sinsinisin1 切削功率為 (3.23)sin60ZAFPcxc 式中： 刀盤(pán)轉(zhuǎn)速， r/min；n 飛刀數(shù)。Z 對(duì)于原木有： (3.24)sin240 2ZdFPxc 式中： 原木直徑，m 。d 考慮木材徑級(jí)不同大小不一時(shí)，可經(jīng)計(jì)算取其平均直徑 (m)2iavd 式中： 各徑級(jí)木材直徑，(m)；i 各徑級(jí)木材長(zhǎng)度占總木材數(shù)的比例。ia 考慮木段之間的空隙時(shí)間應(yīng)增加一個(gè)切削連續(xù)性系數(shù) ，則切削功率為：c (3.25)sin240ZdFPavxc 值由下式確定： (3.26)c ricitt 式中： 每段木材切削時(shí)間，s ；cit 相鄰木段之間的間隙時(shí)間，s 。ri 由于本機(jī)采用水平進(jìn)料，且入料口軸線與刀盤(pán)端面成 45，故 ，取 c=0.9，4521 ,單位切削阻力 ,故根據(jù)式 3.24,有：mdav120=2/73.mNFx =34.78kwcP9.0645sin201. 第 21 頁(yè) 3.5 飛刀伸出量的確定 由 2.2 盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析知 (3.29)21coshl 設(shè)切削木片長(zhǎng)度 mm ，水平進(jìn)料方式時(shí)， ， ，則飛刀伸出10l 014502 量 mm。10h 3.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)的各個(gè)主要技術(shù)參數(shù)的確定，包括生產(chǎn)能力，發(fā) 動(dòng)機(jī)功率，切削功率，切削力，飛刀伸出量的確定等。 第 22 頁(yè) 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 盤(pán)式短刀與長(zhǎng)刀削片機(jī)比較 傳統(tǒng)的盤(pán)式枝椏削片機(jī)一直采用長(zhǎng)刀削片機(jī),即在刀盤(pán)上按徑向均勻布置若干把長(zhǎng) 刀,當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí),每把長(zhǎng)飛刀把支承在底刀上的木材或枝椏材的縱端面一次性地砍切 下來(lái).這種切削原理使長(zhǎng)刀削片機(jī)產(chǎn)生一系列缺陷:一是切削過(guò)程中切削力的波動(dòng)大,切 削很不均勻,從而導(dǎo)致削片機(jī)的振動(dòng)和噪聲都很大,不適合在城市作業(yè);二是切削功率的 峰值很大,需配備大功率發(fā)動(dòng)機(jī),據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道2,3,切削直徑為 100mm 的枝椏材或小徑 木,需配置 10kW 的動(dòng)力機(jī),切削直徑為 200 時(shí)需 48kW 的動(dòng)力機(jī),切削直徑為 300mm 時(shí)需 120kW 的動(dòng)力機(jī);三是刀具的磨損極不均勻,長(zhǎng)刀的中間部分由于切削頻繁,磨損最快,當(dāng) 這一部分磨損到一定程度后,整條長(zhǎng)飛刀就要進(jìn)行修磨或更換,因此刀具的修磨量和工 具鋼的消耗量都很大;四是由于長(zhǎng)飛刀在削片時(shí),對(duì)木片的寬度不容易控制,削制的木片 在寬度上常常超出范圍,造成木片尺寸差別大,降低了木片質(zhì)量. 盤(pán)式短刀枝椏削片機(jī),是建立在作者研制的盤(pán)式短刀木材削片機(jī)的基礎(chǔ)上的.它 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將長(zhǎng)刀改變?yōu)槿舾砂讯痰?每一組短刀均按續(xù)均衡切削的原則布置在刀盤(pán) 上,即一把短刀退出切削時(shí)另一把短刀能立即進(jìn)入切削.因此在切削過(guò)程中,它是由一組 短刀依次逐條地將整個(gè)端面切削下來(lái)的,而不像長(zhǎng)刀削片機(jī)那樣是由一把長(zhǎng)刀一次性的 把整個(gè)端面砍切下來(lái).這樣就從工作原理上克服了長(zhǎng)刀削片機(jī)由于一次性砍切所帶來(lái)的 上述一系列缺點(diǎn).,新型短刀枝椏削片機(jī)具有下列優(yōu)點(diǎn):切削力小,切削力的波動(dòng)小,因此 削片機(jī)工作比較平穩(wěn);振動(dòng)和噪聲比長(zhǎng)刀削片機(jī)有較大幅度的降低,在實(shí)驗(yàn)室條件下切 削枝椏材時(shí),刀軸及殼體的振動(dòng)值約為長(zhǎng)刀的 111412,噪聲值比長(zhǎng)刀低 5151019dB 可以滿足城市作業(yè)對(duì)噪聲標(biāo)準(zhǔn)的要求;切削功率的峰值小,所以可選用功率 比較小的發(fā)動(dòng)機(jī);刀具磨損比較均勻,刃磨簡(jiǎn)便,使用壽命比較長(zhǎng);木片質(zhì)量也有所提高. 但是,由于短刀削片機(jī)進(jìn)行的是半開(kāi)式切削,在切削時(shí)短刀的一個(gè)側(cè)面與木材摩擦,所以 其單位切削力會(huì)比長(zhǎng)刀略大一些.從上面可以看出:新型短刀盤(pán)式枝椏削片機(jī)與傳統(tǒng)的 枝椏削片機(jī)相比,具有更多的優(yōu)越性。 4.2 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸的確定 第 23 頁(yè) 圖 4.2 刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖 4.1 所示，將刀盤(pán)看作實(shí)心圓盤(pán)，計(jì)算刀盤(pán)應(yīng)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 2wAJ (4.1) 式中： 刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的盈虧功，取 J；A 78.130P 刀盤(pán)的角速度， ；w1s 速度不均勻系數(shù)， 。20 則 =0.45kgm-2/9nAJ 根據(jù)國(guó)家推薦刀盤(pán)直徑選取范圍，取刀盤(pán)直徑為 560mm 。 由 (4.2)22)(1DgGmRJ 得： kg28 5.156.04892 即刀盤(pán)重量為 102.5kg。 由 (4.3) BDG4 2 式中： 飛輪材料的比重 第 24 頁(yè) 飛輪的寬度B 得： m24DGB058.18.756.013243 取 mm60 為防止輪緣破裂，驗(yàn)證輪緣的圓周速度 m/s106maxnv 61.5810654.3 鋼制飛輪的最大圓周速度：60m/s ，故刀盤(pán)強(qiáng)度滿足要求。 刀盤(pán)的材料選用 鋼，刀盤(pán)結(jié)構(gòu)各部位是根據(jù)力的要求和安裝葉片而設(shè)計(jì)的，飛45 刀經(jīng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。在刀盤(pán)上，刀盤(pán)的內(nèi)孔為圓孔，上挖鍵槽，以保證刀盤(pán)與主軸的 同軸度和固定。由于少刀盤(pán)式枝椏粉碎機(jī)工作時(shí)屬于間歇運(yùn)動(dòng)，故實(shí)際消耗功率是變 化的，因此，將刀盤(pán)看作飛輪設(shè)計(jì)，以便在驅(qū)動(dòng)力的功超過(guò)切削阻力的功時(shí)，將多余 的能量貯藏起來(lái)，使動(dòng)能增大時(shí)，速率增加不太大；反之，當(dāng)切削阻力的功超過(guò)驅(qū)動(dòng) 力的功時(shí)，把多余的能量釋放出來(lái)，使動(dòng)能減少時(shí)，速率降低不至于太大。刀盤(pán)的作 用就是使刀盤(pán)的速率波動(dòng)不至于太大。 4.2 飛刀平面布置 在刀盤(pán)上布置飛刀時(shí)要考慮滿足木材削片的條件( 保證連續(xù)切削、最小功率、穩(wěn) 定的木片尺寸等) 。由于削片機(jī)的進(jìn)料槽具有一定的傾斜角, 因此原木的切削端面為 橢圓形; 布置有很多把短刀的刀盤(pán), 在旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中能切削掉兩個(gè)以上橢圓形端 面. 在刀盤(pán)上每把短刀的刀刃是徑向的, 關(guān)鍵是短刀與短刀之間的距離( 節(jié) 距 S ) 如何確定. 最合理的 布置方案 是變節(jié)距( 圖 1) , 圖中刀盤(pán)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn), 短刀 之間的節(jié)距在進(jìn)料中心之前是增加的, 而過(guò)中心后是減小的. 節(jié)距大小決定于原木徑 級(jí)和動(dòng)力相遇角 , 最大的值不應(yīng)超過(guò)被切木材橢圓端面的長(zhǎng)軸 ( 2b ) , S 2b = d / sin , 這樣布置具有連續(xù)切削過(guò)程的條件, 也就是說(shuō) 1 把刀出來(lái)時(shí),另 1 把刀 進(jìn)入切削, 這時(shí)在削片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)上切削力載荷是均勻的這樣布置有兩種方法。 ( 1) 解析法 由于刀刃的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓, 而原木切削端面是橢圓 , 若以刀盤(pán)旋 轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn), 則短刀在刀盤(pán)上的布置坐標(biāo)應(yīng)遵從下面聯(lián)立式: 第 25 頁(yè) 式中, x , y 為刀刃中點(diǎn)坐標(biāo)值 ; R 為刀刃平均切削半徑; h, t 為進(jìn)料中心的坐 標(biāo)值; a, b 為木材被切橢圓端面的半軸 , 2a= d , 2b = d / sin ; d 為原木直徑. 若動(dòng)力相遇角為確定值, 則解聯(lián)立方程式后,程式的根在 h - x h + 的范圍內(nèi). ( 2) 圖解法 實(shí)際上更簡(jiǎn)單而足夠精確的方法是圖解法, 不過(guò), 這時(shí)必須首先確 定最小切削半徑 r min, 進(jìn)料口中心相對(duì)于刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)中心的位置和動(dòng)力相遇角。按已 知參數(shù)在刀盤(pán)圖上畫(huà)木材端面橢圓形, 然后從刀盤(pán)中心畫(huà)間隔寬為刀刃長(zhǎng)的同心圓,然 后在木材端面的橢圓線上, 定出剛要退出切削和剛要進(jìn)入切削的第 1 把刀和第 2 把 刀的刀刃中心所在點(diǎn), 并畫(huà)好刀刃線; 再把第 2 把刀剛要退出和第 3 把刀剛要進(jìn)入 的位置畫(huà)在圖上,按第 2 把刀和第 3 把刀位置的間隔弧長(zhǎng)從第 2 把刀開(kāi)始, 畫(huà)第 3 把刀, 同此畫(huà)第 4 把刀, 從而形成 1 條螺旋線. 如果短刀按 2 條螺旋線布置, 則第 2 條螺旋線上短刀的布置應(yīng)與第 1 條螺旋線上的對(duì)稱(chēng)。 圖 4.3 飛刀平面布置 4.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.3.1 軸的最小直徑計(jì)算 第 26 頁(yè) 根據(jù)實(shí)心圓軸公式 ，其切應(yīng)力 MPa TTdnPW3 62.0/159 圖 4.3 主軸結(jié)構(gòu) 寫(xiě)成設(shè)計(jì)公式，軸的最小直徑 mm （4.4）33 62.0159nPcdT 上兩式中： 軸的抗扭截面系數(shù)，mm；TW 軸傳遞的功率，kW；P 軸的轉(zhuǎn)速，r/min；n 許用切應(yīng)力，MP a；T 與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表 4.1 查得。C 對(duì)于受彎矩較大的軸宜取較小的 值。當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑：?jiǎn)捂IT 增大 ，雙鍵增大 。%36 表 4.1 軸強(qiáng)度計(jì)算公式中的系數(shù) C 軸的材料 Q235,20 Q255,Q275,35 45 40Cr,38SiMnMo /MPa 12 15 20 25 30 35 40 45 52 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 由帶傳動(dòng)傳動(dòng) ，取帶傳動(dòng)效率 12121 ,min,/80in,/360 PkWPrrn ，則96.0kWP2.2 軸的最小直徑為 mm6.2180.03.13d 第 27 頁(yè) 為了保證軸的強(qiáng)度，選 mm。輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的直徑40mind ，取 ，根據(jù)帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸，取 。 d40 ml78 4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1).根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 1).為了滿足帶輪的軸向定位要求，-段右端需制出一軸肩，故取-段的直 徑 ； md46 2).初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用圓錐滾子 軸承。按照工作要求并根據(jù) ，查手冊(cè)選取單列圓錐滾子軸承md46 33010，其尺寸為 ，又有粉碎部分空余量要求BD20850 求，故 ；軸右端寬度應(yīng)能安裝軸承，由 dVI8 。alVI 261 3).安裝刀盤(pán)的軸端-的直徑 ，由刀盤(pán)寬度為 60mm，為了使套筒mdVI56 端面可靠地壓緊刀盤(pán)，此軸段應(yīng)略短于刀盤(pán)寬度， 軸肩高度mlVI56 ，故取 ，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 ，dh07.h4dI4hb4.1 取 。mlVI6 4).軸承端蓋的總寬度為 (由箱體及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定)。根據(jù)軸承端21 蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與小帶輪右端面間 的距離 ，故 。l9=ml50 5).取刀盤(pán)距箱體內(nèi)壁的距離 ，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸T27 承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離 ，取 ，已知軸承寬度 ，sm23ma30 則 asTl 80)7( 取 ，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。mlVI60 (2).軸上零件的周向定位 第 28 頁(yè) 帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 6-1 查得平鍵截 d 面 ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 。軸承與軸的周向定位是由mhb812 m70 過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 。6k (3).確定軸上圓角和倒角尺寸 參考文獻(xiàn)2表 15-2，取軸端圓角 。452 4.4 滾動(dòng)軸承的選擇 兩個(gè)軸承支撐著刀盤(pán)的重量，軸承應(yīng)能承受較大的單向徑向力，同時(shí)由于木材對(duì) 刀盤(pán)有沖擊作用，以及切削分力，都使得刀盤(pán)受到一個(gè)軸向力，同時(shí)考慮到軸的軸向 位置要求準(zhǔn)確，從而保證飛刀與底刀的間隙，故選用一對(duì)圓錐滾子軸承 14,軸承型號(hào) 33010， mm， mm，寬度 mm，其徑向承載能力大，滿足設(shè)計(jì)要求。密50d8D24a 封裝置采用毛氈式。 4.5 鍵連接的設(shè)計(jì) 4.5.1 帶輪與輸入軸間鍵的選擇及校核 軸徑 ，輪轂長(zhǎng)度 ，查文獻(xiàn)3，選 A 型平鍵，其尺寸為：md40mL78 ， ， (GB/T 1095-2003)。b1h90 現(xiàn)校核其強(qiáng)度： , ，bl56NT10672hk MPakldp2.2 3 （4.14） 查文獻(xiàn)2得 ，因?yàn)?，故鍵符合強(qiáng)度要求。MPap10 p 4.5.2 輸出軸與齒輪間鍵的選擇及校核 軸徑 ，輪轂長(zhǎng)度 ，查文獻(xiàn)3，選 A 型平鍵，其尺寸為：md56mL56 ， ， (GB/T 1095-2003)。b1h100 第 29 頁(yè) 現(xiàn)校核其強(qiáng)度： , ， uy 查文獻(xiàn)2得mbLl34mNT108672hk ，因?yàn)?，故鍵符合強(qiáng)度要求。MPap10p 4.6 飛刀的設(shè)計(jì) 飛刀與底刀根據(jù)其工作要求，選用合金工具鋼 4CrW2Si 作材料，飛刀楔角取為 45，后角選為 5。飛刀用螺栓固定在刀盤(pán)上，飛刀前后部的刀盤(pán)上都留有防磨板安 裝槽，用于裝配用耐磨材料制成的防磨板，防止木材切削時(shí)磨損刀盤(pán)表面。 圖 4.6 飛刀與定刀位置 4.7 本章小結(jié) 本章主要介紹了刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定，飛刀的設(shè)計(jì)，主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸承 的選用，傳動(dòng)比和大、小帶輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算，鍵連接的設(shè)計(jì)，進(jìn)料槽，箱體，機(jī)架的 設(shè)計(jì)計(jì)算等。 第 30 頁(yè) 5 主要部件的校核和驗(yàn)算 5.1 主軸強(qiáng)度的校核 5.1.1 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中 查取 值。對(duì)于 32010 型圓錐滾子軸承，由文獻(xiàn) 3中查得 。根據(jù)軸的計(jì)算a ma24 簡(jiǎn)圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 C 是軸的危險(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算處 的截面 C 處的 、 及 的值列于下表。HMV 表 5.1 主軸受力情況 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 FNFNhNh 6.31,6.31242= NFvNv 6.35,9.7421= 彎矩 MmmMhh .75789021 mMvv .7.021 總彎矩 NN.69085.2421 扭矩 TT17 圖 5.1 主軸受力情況圖 第 31 頁(yè) 5.1.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)表 5.1 數(shù) 據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力：6.0 （5.1） MPaWTca 7.2)(21 前已選定軸的材料為 45 鋼，正火處理，由文獻(xiàn)2表 15-1 查得 。MPa601 因此 ，故安全。1ca 5.1.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 (1).判斷危險(xiǎn)截面 根據(jù)圖 5.1，由彎矩和扭矩圖可知 B 截面所受彎矩和扭矩的最大，因此只需校核截 面 III 即可。 (2).截面 III 左側(cè) 抗彎截面系數(shù)： 3336.9741.0. mdW 抗扭截面系數(shù)： 22T 截面 III 左側(cè)的彎矩 M 為： N0578193 截面 III 的扭矩 為： Tm6 截面上的彎曲應(yīng)力： MPaWb.2 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： T3.5 軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)2表 15-1 得 ，Pa640B ， 。MPa2751Pa15 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù) 及 按文獻(xiàn)2附表 3-2 查取。因 第 32 頁(yè) ， ，經(jīng)插值后可查得：04.62dr09.165dD ，5.32.1 又由文獻(xiàn)2附圖 3-1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為： ，80.q.q 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為： 760.1)(1k （5.2） 2.)(q （5.3） 由文獻(xiàn)2附圖 3-2 的尺寸系數(shù) ；由附圖 3-3 的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)7.0 軸按磨削加工，由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為：86.0 93.0 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即 ，則綜合系數(shù)為：1q （5.4） 36.2kK （5.5） 5.1 查手冊(cè)得碳鋼的特性系數(shù)： ，取2.0.0 ，取15. 5 于是，計(jì)算安全系數(shù) 值，則caS （5.6） 52.1maK 04.371aS （5.7） 第 33 頁(yè) （5.8） 5.1.52SSSca 故可知其安全。 (3).截面 III 右側(cè) 抗彎截面系數(shù)： 3331250.01. mdW 抗扭截面系數(shù)： 2T 截面 III 的彎矩 為：MN/05782193 截面 III 上的扭矩 為：Tm/6 截面上的彎曲應(yīng)力： MPaWb4.1 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： aT07.4 過(guò)盈配合處的 ，由附表 3-8 用插值法求出，并取 ，于是得k k8. ，60.2k.2k 軸按磨削加工，由附圖 3-4 得表面質(zhì)量系數(shù)為： 93. 故得綜合系數(shù)為： 68.21kK. 所以軸在截面 III 右側(cè)的安全系數(shù)為： 第 34 頁(yè) 23.61maKS4.1a 5.13.62SSSca 故該軸在截面 III 右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。 5.2 滾動(dòng)軸承的校核 軸承的預(yù)計(jì)壽命 ，查文獻(xiàn)3知 33010 型圓錐滾子軸承hLH50 e=0.32，Y=1.9， 、kNCkYorr10,8.76,10 (1).已知 ，兩軸承的徑向反力 ，由選min36n NFFRR6.31,6.31242 定的圓錐滾子軸承 33010，軸承內(nèi)部的軸向力 （5.9）NYFrd.82/1 YFrd832/2 （5.10） (2).因?yàn)?，所以 ，21SaSFNa7.9 故 ，dA83FadA.8412 (3). ， ，查文獻(xiàn)3可得 ，69.01RF63.02R 32
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