張紹群　張西洋　王述洋等

摘要 通過分析國內(nèi)外林間削片聯(lián)合作業(yè)機(jī)器的研究狀況，提出了一種林間削片壓縮打包機(jī)的設(shè)計(jì)方案，該方案采用了一種壓縮打包裝置，具有將切削好的木片壓實(shí)打包處理，便于后期整理和運(yùn)輸?shù)鹊膬?yōu)勢功能。

關(guān)鍵詞 林間；削片；壓縮；打包；牽引

中圖分類號(hào) S776.31+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）08-02502-03

A Design Scheme of Forest Chipping Balers Traction Combined Machine

ZHANG Shaoqun et al

（CMEE， North East Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract By analyzing the research situations of forestry work shavings joint machines both at home and abroad， a design scheme of forestry shavings compress packing machine was put forward. The scheme uses a compressed package device， compacts and packs the cut wood shavings， which is convenient for later finishing and transport.

Key words Woods； Chipping； Compression； Balers； Traction

林間殘留很多樹枝，碎木條等次等木材資源，這些資源可以利用，緩解原木不足問題，還可以改善森林環(huán)境。木片是用來生產(chǎn)人造板的主要原材料，木片還是紙業(yè)和生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)的原料。為了盡可能充分地利用這些林間次等木材資源，很多林間工作的切削木片的機(jī)器應(yīng)運(yùn)而生。這些機(jī)器有自走式、牽引式削片機(jī)，還有一些大型的或者微型的林間削片聯(lián)合機(jī)（以削片機(jī)為主的2種以上的機(jī)器同時(shí)進(jìn)行操作的聯(lián)合裝置，可以同時(shí)進(jìn)行多道工序，完成各種作業(yè)）。但是目前所有的削片聯(lián)合作業(yè)機(jī)器都是將木片松散的運(yùn)輸?shù)搅滞?，這樣相同總質(zhì)量的木片運(yùn)輸次數(shù)會(huì)很多，運(yùn)輸成本很高。如果將木片壓實(shí)后會(huì)使每次運(yùn)輸質(zhì)量提高，相同總質(zhì)量木片運(yùn)輸次數(shù)會(huì)大大減少。在不方便運(yùn)輸車行駛的地方，松散的木片不方便裝車，而壓實(shí)打包后的木片可以通過人工堆放整齊在運(yùn)輸車上。因此，設(shè)計(jì)一款可以將枝椏材等削片壓縮打包處理的機(jī)器很有必要。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究狀況

國外木材削片機(jī)的生產(chǎn)制造始于20世紀(jì)60年代，起步較早，技術(shù)成熟。很多移動(dòng)式削片機(jī)隨著削片機(jī)技術(shù)的進(jìn)步而被設(shè)計(jì)和生產(chǎn)[1]。蘇聯(lián)研制的МПР1型移動(dòng)式削片機(jī)，采用拖拉機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，用于對(duì)伐區(qū)剩余木材削片處理，切削好的木片通過導(dǎo)管進(jìn)入削片運(yùn)輸車。芬蘭研制的移動(dòng)式削片機(jī)，用于將木材廢料加工成工藝木片。該機(jī)器采用圓錐螺旋式切削機(jī)構(gòu)，可以同時(shí)完成削片和進(jìn)料。德國研制的Axu型拖掛式削片機(jī)組，由拖拉機(jī)、削片機(jī)、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、拖掛式木片貨車等組成。切削好的木片直接裝在拖掛式貨車?yán)铩＇＇猝濮悃芄狙兄频魔恭讧?Харвестер型削片機(jī)包括自行式削片機(jī)和集裝箱，集裝箱裝滿木片后，削片機(jī)駛向運(yùn)輸?shù)缆放?，將木片卸到集中式集裝箱里，再由運(yùn)材車將木片送至木片用戶。

ПерУсюхтюмя公司在早期生產(chǎn)了一種傾斜刀盤式統(tǒng)一型的削片機(jī)（TT1000TC型），該削片機(jī)具有盛木片的翻斗式集裝箱容積為18 m3（圖1）[2]。該削片機(jī)，可以對(duì)枝椏材等削片處理，對(duì)切削好的木片暫時(shí)集裝于車架上的集裝箱上面，木片處于自然松散狀態(tài)，堆密度很小，此時(shí)木片的密度為ρ=280 kg/m3，所以集裝箱每次最多可以裝載5 040 kg的木片。當(dāng)集裝箱裝滿木片，機(jī)器就要離開工作地點(diǎn)，去處理木片，準(zhǔn)備下一次工作。適用于原料分散或原料遠(yuǎn)離木片貨車的情況，但是體積18 m3的集裝箱放在車架上，占用很多空間，車輛在林間運(yùn)行也會(huì)很笨重。如果將木片壓縮，同樣重量的壓縮后的木片可以占用更少的空間。

注：1-帶控制器的基地拖拉機(jī)；2-削片機(jī)；3-翻斗式木片集裝箱。

圖1 TT1000TC型移動(dòng)式削片機(jī)

卡胡拉312B型拖掛式削片機(jī)由瑞典生產(chǎn)（圖2）。312B型削片機(jī)將打枝后的小徑木加工成木片。與ПерУсюхтюмн第2公司生產(chǎn)的削片機(jī)相比，削片機(jī)部分的刀盤是懸伸安裝的，削片機(jī)的裝料口與水平面呈一定角度，進(jìn)料口設(shè)有壓力給料機(jī)構(gòu)，送料時(shí)可以自動(dòng)夾緊木材，方便供料。但是仍舊是裝載比較大重量的木片需要很大的集裝箱[3]。

注：1-拖拉機(jī)；2-集裝箱；3-削片機(jī)。

圖2 312B型削片機(jī)

1.2 國內(nèi)研究狀況

我國的伐區(qū)木片產(chǎn)業(yè)于20世紀(jì)70年代后期出現(xiàn)，20世紀(jì)90年代才形成規(guī)模。經(jīng)過了40多年的發(fā)展，科研工作者們對(duì)削片機(jī)本身進(jìn)行了很多方面的改進(jìn)，比如飛刀安裝方式、進(jìn)出料方式、底刀等的改進(jìn)[1]。生產(chǎn)了很多類型的削片機(jī)。對(duì)削片機(jī)的性能技術(shù)具有一定的掌握后，開始對(duì)削片機(jī)的功能進(jìn)行研究，移動(dòng)式削片機(jī)的發(fā)展，木材削片再粉碎的研制，削片機(jī)與拾取伸縮臂等的聯(lián)合機(jī)的設(shè)計(jì)，越來越多的削片相關(guān)生產(chǎn)線被整合成一臺(tái)多功能聯(lián)合機(jī)。

東北林業(yè)大學(xué)楊春梅等設(shè)計(jì)的一臺(tái)大型自走式枝椏材粉碎機(jī)（即鼓式削片機(jī)）（圖3），該聯(lián)合作業(yè)機(jī)器的粉碎機(jī)采用的鼓式削片機(jī)，并在進(jìn)料口處添加了上下壓輥機(jī)構(gòu)，保證了穩(wěn)定、勻速的進(jìn)料方式[4]。該粉碎機(jī)由抓木機(jī)械手抓取道路兩邊的枝椏。加工好的木片輸送到車架后方，所以車架后方還需要跟隨一輛集裝車裝載木片。該機(jī)器雖然節(jié)省了人力，但是機(jī)器龐大，拖車承載量很大，機(jī)械手抓取的枝椏材范圍有限。

注：1-出料輸送帶；2-抓木機(jī)械手；3-進(jìn)料輸送臺(tái)；4-粉碎機(jī)；5-動(dòng)力柴油機(jī)；6-拖車；7-拖拉機(jī)。

圖3 大型自走式枝椏粉碎機(jī)主視圖

丁建文等設(shè)計(jì)的剝皮削片聯(lián)合機(jī)適用于林區(qū)的小徑材、枝椏材等采伐剩余物的剝皮削片，切削好的木片直接裝袋打包運(yùn)到工廠用來做人造板、造紙等的加工原材料（圖4）[5]。由于造紙需要的原材料很高，一般都是原木，枝椏材等小徑木材材質(zhì)不好很少可用于造紙，多用于制造人造板。該機(jī)器，可以對(duì)原木進(jìn)行剝皮削片處理，故可用于造紙行業(yè)，但由于枝椏材等形狀各異，在林間對(duì)枝椏材等進(jìn)行剝皮處理很難將皮剝干凈，剝皮效果不好，所以該機(jī)器生產(chǎn)的木片更適合做人造板的原材料。這樣，該機(jī)器的剝皮機(jī)構(gòu)就起不到應(yīng)有的作用，況且只有削片功能，沒有采取處理木片的措施，由此可見，該聯(lián)合機(jī)在林間還需要很多改進(jìn)。

注：1-削片機(jī)；2-剝皮機(jī)。

圖4 剝皮削片聯(lián)合機(jī)

注：1-粉碎機(jī)構(gòu)；2-切削機(jī)構(gòu)；3-拖拉機(jī)。

圖5 移動(dòng)式枝椏粉碎機(jī)

東北林業(yè)大學(xué)唐碩等設(shè)計(jì)了一臺(tái)移動(dòng)式枝椏粉碎機(jī)（圖5），該機(jī)器由拖拉機(jī)牽引，主要由粉碎機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)等部件組成。生產(chǎn)率約為1 215 kg/h[6]。該機(jī)器可以在林間粉碎枝椏材等小徑木材。粉碎后產(chǎn)生的木屑可以用來當(dāng)做生物質(zhì)固體成型燃料的原材料，由于生物質(zhì)固體成型燃料加工機(jī)器體積龐大，一般都在工廠里面加工。在林間加工可以一次性將枝椏材等加工成碎末，不必將枝椏材運(yùn)輸?shù)焦S。但是該機(jī)器，只有削片和粉碎功能，在林間工作，還需要裝載車?yán)\(yùn)粉碎的木屑。

1.3 現(xiàn)有林間聯(lián)合作業(yè)機(jī)器的分析

通過對(duì)以上林間聯(lián)合作業(yè)機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)與不足進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)；

（1）林間削片聯(lián)合作業(yè)機(jī)器，一般都是牽引式，并且一般都用四輪車牽引，可見四輪車還是設(shè)計(jì)者們更趨向的選擇。因?yàn)?，四輪車，操作方便，體積比較小，較履帶式車牽引四輪車活動(dòng)更靈活，更適合在林間小路行駛。

（2）以上林間削片聯(lián)合工作機(jī)器都是為削片機(jī)的前后處理工序作研究，有在拖車上添加集裝箱來裝載木片，也有為了方便削片或者提高削片質(zhì)量，采用抓手機(jī)械拾取枝椏材，用剝皮機(jī)取出木材表皮，對(duì)進(jìn)料口進(jìn)行改造改善進(jìn)料條件。

（3）在林間工作環(huán)境下，如果另外配置一臺(tái)集裝車肯定會(huì)對(duì)工作帶來不便，也會(huì)提高加工成本。所以林間削片聯(lián)合工作機(jī)器更適合削片機(jī)與木片收集機(jī)構(gòu)相聯(lián)合。以上各機(jī)器，國外雖然考慮到了這一點(diǎn)，在拖車上配備了集裝箱，但是，5 t多的木片裝載機(jī)架上，會(huì)減弱機(jī)器的機(jī)動(dòng)性，行走笨拙，國內(nèi)則另需集裝車。

但是，在木片的運(yùn)輸過程中，首先遇到的問題是木片松散、容積密度小、占滿車廂卻運(yùn)量輕，使運(yùn)輸成本上升。解決此類問題的主要措施是利用壓縮設(shè)備在一定壓縮條件下，對(duì)木片施加壓力，從而減小體積、增大容積密度，達(dá)到一定形狀和尺寸，減少運(yùn)輸成本，增加經(jīng)濟(jì)效益[7]。為了保證聯(lián)合機(jī)的機(jī)動(dòng)性，拖車承載重量不能太大。綜上所述，設(shè)計(jì)一臺(tái)小質(zhì)量的集削片壓縮打包于一體的林間聯(lián)合工作機(jī)器，可以做到木片堆放體積縮小，減少空間占用率，這將會(huì)是林間聯(lián)合工作機(jī)器的發(fā)展趨勢。

2 牽引式林內(nèi)枝椏材削片打包機(jī)

提出一種新型的削片聯(lián)合工作機(jī)，即牽引式林內(nèi)枝椏材削片壓縮打包聯(lián)合機(jī)（圖6）。

注：1-拖拉機(jī)；2-柴油發(fā)電機(jī)；3-三角帶；4-削片機(jī)；5-電動(dòng)機(jī)；6-木片；7-圓錐形儲(chǔ)料倉；8-輸送帶；9-壓縮打包機(jī)；10-堆放好壓縮裝袋后的木片；11-滑梯；12-支撐腳；13-液壓缸；14-壓縮室；15-液壓缸；16-出料口。

圖6 牽引式林內(nèi)枝椏材削片打包機(jī)

該機(jī)器考慮到質(zhì)量問題采用輕便的盤式削片機(jī)，和單方向壓縮的液壓缸設(shè)計(jì)，減小壓縮打包機(jī)構(gòu)的體積重量。該機(jī)器可以由拖拉機(jī)牽引，可在林內(nèi)行駛工作，通過柴油機(jī)提供動(dòng)力，一次性將枝椏材等加工成木片，并壓縮打包處理，減少所占空間，便于存放。打包好的木片可以一次性的通過貨車直接運(yùn)輸?shù)叫枰牡胤?，不?huì)給城市帶來噪聲，空氣等污染；所有的工作在林間即可完成，不必將枝椏材運(yùn)輸?shù)焦S進(jìn)行削片等處理；將木片壓縮提高運(yùn)載量，提高運(yùn)輸工具利用率。

該機(jī)器的加工對(duì)象主要是散落在林內(nèi)的枝椏材。枝椏材等通過人工采集和進(jìn)料，將枝椏材放入削片機(jī)④進(jìn)料口，對(duì)枝椏材進(jìn)行削片處理，加工好的木片先儲(chǔ)存在圓錐形料斗⑦內(nèi)。一個(gè)壓縮周期分為向壓縮機(jī)內(nèi)進(jìn)料和對(duì)木片進(jìn)行壓縮兩個(gè)過程。在向壓縮機(jī)送料過程中，木片從圓錐形料斗⑦落到運(yùn)動(dòng)中的傳送帶⑧上，木片通過這種方式被輸送到壓縮機(jī)的壓縮室B14內(nèi)，當(dāng)壓縮室存夠了一次壓縮的木片后，傳送帶停止運(yùn)動(dòng)，木片儲(chǔ)存在料斗里面，料斗下方是傳送帶，木片

不會(huì)從料斗下方流失。在壓縮過程中，液壓缸B15將木片壓

實(shí)，液壓缸B13將壓實(shí)的木片推入套在出料口B16上的麻袋中。

乘裝著壓實(shí)木片的麻袋順著滑梯B11滑到地面，由人工進(jìn)行堆放。在整個(gè)壓縮裝袋過程中，削片機(jī)一直在工作。削片壓縮打包過程中拖拉機(jī)可以與車架分離，去做其他的工作。堆放整齊的木片可以暫時(shí)儲(chǔ)存在林間，也可以直接由貨車運(yùn)走。

3 結(jié)束語

隨著人們對(duì)林間枝椏材等剩余資源的不斷開發(fā)利用，將有越來越多的削片聯(lián)合工作機(jī)器問世。這些機(jī)器，不只是完成了削片處理，而是對(duì)削片前的木材進(jìn)行了剝皮等處理或者對(duì)削片后木片進(jìn)行集裝等處理。牽引式林內(nèi)枝椏材削片壓縮打包聯(lián)合機(jī)在基削片的功能上添加了壓縮打包的功能，壓塑機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、操作方便、整臺(tái)機(jī)器的機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，是削片聯(lián)合機(jī)的一種新的發(fā)展方向。在林間工作的機(jī)器，需要具有很好的機(jī)動(dòng)性，重量越輕越好。盤式削片機(jī)要比鼓式削片機(jī)質(zhì)量輕，體積??；壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)盡量設(shè)計(jì)的輕便、簡單、小巧，在可以完成生產(chǎn)要求的前提下，減少壓縮缸的數(shù)量。由于目前還沒有人設(shè)計(jì)這種林內(nèi)枝椏材削片壓縮打包聯(lián)合機(jī)，所以該方案，仍會(huì)存在不足部分，而這些不足會(huì)隨著以后實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的增加而得到改善。

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