基于Pro/E的鏈式原條造材機鋸截機構的設計

侯朋杰，楊學春，劉瑞偉，王博文

(1.東北林業大學 工程技術學院，哈爾濱 150040;2.合肥學院管理系，合肥 230022)

自動控制的機械工作使生產效率得到很大的提高，降低了工人勞動強度[1-2]。采用機械化作業，相對于以前的的人工作業安全性大大的提高，實現了貯木場全盤機械化和自動化[3]。因為鏈式原條造材機的鋸截機構是造材機造材的直接執行部分，所以鋸截機構的設計是造材機設計中關鍵的環節，其直接影響造材的效率和精度[4]。

Pro/E是美國PTC公司旗下的產Pro/Engineer軟件的簡稱，是一款集CAD/CAM/CAE功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM 領域的新標準而得到業界的認可和推廣[5]。本文采用Pro/E進行建模是非常可靠的，并且使設計變的更加直觀。

1 鋸截機構工作原理

鏈式原條造材機作為一種木材生產加工機械，其工作過程為：

鋸截機構在鏈式原條造材機中是非常重要的一部分，主要負責以上工作過程中切割造材的工作。鋸截機構主要由整機支架、切削機構、升降機構、液壓系統、導向機構、夾緊機構以及控制系統組成。

如圖1所示，為了使原條在行進過程中更加的平穩，并且可以按指定的方向行進，增加了導向輪7。導向輪可以減少原條在行進過程中隨意移動，使木材可以比較準確向指定的方向輸送。

為了使原條在鋸截的過程中可以固定，鋸截工作可以順利進行，又增加了原條的夾緊裝置，即夾緊一5和夾緊二6，使原條在鋸截過程中不能前后的移動和左右的晃動，保證了鋸截過程的精度。

1.液壓缸；2.整機支架；3.鋸機座；4.鋸機；5.夾緊一；6.夾緊二；7.導向輪；8.導軌

如圖1所示，當原條傳送到鋸截位置時，夾緊一5和夾緊二6在液壓缸的推動下閉合將原條夾緊固定，這時鋸機在液壓缸1的推動下沿導軌8向下移動將原條截斷，隨后夾緊二6在液壓缸的作用下松開，原條被截下的部分由傳送裝置將其傳送到合適的位置，之后鋸機在液壓缸1作用下沿導軌8回到初始位置，然后夾緊一5松開，原條剩余部分繼續行進，重復上述動作。當原條被截至剩余最后一部分不可再截時，直接由傳送裝置送走，然后進行另一根原條的造材。

本文建立鋸截機構模型如圖2所示。

2 鋸截機構的組成部分

2.1 整機支架的設計

在鋸截機構中，夾緊裝置、切削機構、升降機構、液壓系統以及導向機構都是固定在整機支架上的，根據夾緊裝置、切削機構、升降機構、液壓系統以及導向機構之間的位置需求對整機支架進行設計，材料方面選用50×50厚度為5mm的方管以及型號為6.5*的槽鋼。槽鋼的規格見表1。

圖2 鋸截機構模型

表1 6.5*型號槽鋼的規格

整機支架的設計模型如圖3所示。

圖3 整機支架模型

2.2 升降機構的設計

升降機構主要由導軌、升降液壓缸和鋸機座組成的。在鋸截的過程中，鋸機的升降動作是在導軌和升降液壓缸的配和之下完成的。如圖1所示，鋸機通過鋸機座與導軌相連，使其可以沿著導軌上下的移動，液壓缸的推桿與鋸機座相連。當原條行進到鋸截位置的時候，鋸機座連同鋸機在液壓缸推力的作用下沿著導軌向下移動將原條截斷，當原條截斷后，鋸機座連同鋸機在液壓缸拉力的作用之下沿著導軌回歸初始位置。

在鋸截機構中，鋸機對原條進行切削的過程中沿著導軌做往復運動。在升降的工作過程中，導軌可以承擔一定的扭矩，可在有一定負載的情況下實現高精度的直線運動，起著導向和支撐的作用。本文設計導軌的有效導程為812 mm，有效工作部分的直徑為50 mm，導軌的設計模型如圖4所示。

圖4 導 軌

鋸機座是鋸機與導軌連接的過度元件，與此同時鋸機座與液壓缸的推拉桿相連，鋸機座的壁厚為20 mm，鋸機座設計模型如圖5所示。

圖5 鋸機座

2.3 切削機構的設計

根據鋸機加工地區森林資源的有關數據，了解原來的材積、直徑、平均長度和生長素質等參數，據此，結合年生產量，選定鋸機的類型為M2L2-950型電鏈鋸，鋸機參數見表2。

表2 鋸機參數

如圖6所示，鋸機主要由電機、減速裝置、鋸機座和鏈輪等部分做組成。電機主軸通過小齒輪5和大齒輪3組成的減速裝置進行減速后與鏈輪4連接。鏈輪、導板和鋸鏈組成主要執行部分，鏈輪轉動帶動鋸鏈進行工作，整個鋸機通過鋸機架2固定在鋸機座上。

鋸機架是鋸機與鋸機座連接的過度元件，通過六個螺栓將鋸機固定在鋸機座上，鋸機架的模型設計如圖7所示。

1.電機；2.鋸機架；3.大齒輪；4.鏈輪；5.小齒輪

圖7 鋸機架

2.4 導向機構的設計

導向機構的作用主要是對原條起到導向的作用，可以使原條向著預定的方向輸送。導向機構由導向輪、連接軸、軸承和軸承座組成，通過軸承座固定在整機支架上，設計模型如圖8所示。

通過查閱機械設計手冊選定型號為206的軸承，軸承座的型號為Z2506Y/Z2506M[6]。

圖8 導向輪模型

表3 206型號軸承規格

表4 Z2506Y/Z2506M型號軸承座規格

(注：表中兩種結構的軸承座僅質量上有區別，Y型為2.1kg，M型為2kg。)

2.5 夾緊機構的設計

夾緊機構是鋸截機構中重要的部分，在鋸機對原條進行鋸截的時候起著對原條固定的作用，提高了鋸截機構在鋸截過程中的精度和工作效率[7]。夾緊機構模型如圖9所示。

圖9 夾緊機構模型

如圖10所示，在鋸截機構中有兩個門式夾緊裝置，即加緊一1和夾緊二2，兩個夾緊裝置的結構組成相同，都由液壓缸、夾板和導軌組成。當夾緊裝置需要閉合的時候，夾板一4和夾板二5分別在液壓缸一6和液壓缸二8的推動沿著上導軌3和下導軌7向相對的方向行進，將原條夾緊。當夾緊裝置需要松開的時候，夾板一4和夾板二5分別在液液壓缸一6和壓缸二8的拉力作用下沿著上導軌3和下導軌7向相背的方向運行，回歸初始位置。

1.加緊一；2.夾緊二；3.上導軌；4.夾板一；5.夾板二；6.液壓缸一；7.下導軌；8.液壓缸二

3 總 結

(1)鋸截機構的設計是鏈式原條造材機設計的關鍵環節，設計的合理與否是影響鏈式原條造材機工作效率的重要因素。

(2)鋸截機構采用Pro/E設計，與傳統的設計相比Pro/E技術是更加直觀的設計，從界面中能夠更加清晰的了解各個部件。

(3)由于原條造材必須要按照標準規格進行，所以鏈式原條造材機的設計提高了造材效率，鋸截機構設計的合理與否直接的影響了原條造材的標準與否。

【參 考 文 獻】

[1] 邊 凱.原木生產數字化管理的實現方式淺析[J].森林工程，2005，21(2)：71-72.

[2] 周云舉.強化山場原木生產質量管理提高木材生產的經濟效益[J].吉林林業科技，1997(4)：54-57.

[3] 趙文銳，劉晉浩.伐木聯合機的現狀及發展[J].林業機械與木工設備，2008，36(11)：10-12.

[4] 張佩劍，楊慧敏，楊學春，等.貯木場自動化原木生產實驗教學系統建設[J].森林工程，2011，27(6)：40-41.

[5] 覃程錦，王冉冉，吳欣遠.基于PRO/E 的挖掘裝載機設計與分析[J].企業技術開發，2011，30(20)：01

[6] 吳宗澤.機械零件設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[7] 金成根，馬 文，程 雨.門式鏈鋸機設計方案的初步探討[J].吉林林業科技，1993(1)：40-42.