液壓式新型木片打包壓縮機的設計研究

郭貴勇

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

0 前言

木片壓縮機，是林業發展木片生產的重要工具，也是作為振興林區經濟的重要支持設備。木片生產中存在的主要問題之一就是運輸費用高，約占木片運輸總成本的20%～25%[1]。然而，隨著現今鐵路公路等運輸部門運價不斷上調，原先運輸的木片堆密度小、裝載量少，而木片運輸國內以鐵路運輸為主，由于袋裝木片未經壓實處理，一輛C60的車箱僅能裝35t左右的木片(絕干噸為20t)，但是鐵路部門卻按額定載重量收費[2]。另外，目前已有的木片壓縮機中，設備所需的操作人員多，大約需要5人左右，而且很多設備相當龐大，生產的自動化程度不高，大部分工序需要人員手工操作。這些都增加了木片的生產成本，導致一些遠距離的木片生產基地生產萎縮甚至停產。世界上一些林業發達的國家，利用特別的車輛和集裝箱運輸已經進行相關處理的木片，而我國卻沒有配套的技術裝備。因此，社會的發展需要高效率和高自動化的木片壓縮機，發展木片生產，必須從我國實際出發，根據我國現有的技術條件進行設計制造，從而取得最佳效益。

1 工作原理

木片可以進行壓縮，是因為它受壓時本身不會有明顯的破壞，不影響它的商品價值。木片自然堆放時每片之間的擺放是無規則的，由于其自重作用使其所處的狀態只是暫時的溫穩定，而木片間有很多的空隙，堆積密度就顯得很小，如果向木片施加壓力，那么原來的暫時穩定狀態將遭到破壞，木片就會向相互間的空隙移動，從而達到新的穩定[2]。此時，木片之間的空隙將得到很大程度的減少，堆積密度得到增大。故可知對木片進行的壓縮過程主要是木片相互填補空隙的過程，而木片本身的受壓縮則相對較少，因此對木片本身破壞不大。本文擬設計的新型木片壓縮打包機的工作流程由裝料、壓縮和包裝三個工序組成，其控制流程如圖1所示。

圖1 工作系統控制流程

壓縮機的三維示意圖如圖2所示，木片壓縮打包機組壓機由1個液壓油缸組成，額定液壓為30MPa，木片壓實模具截面為700mm×400mm，長1800mm，在液壓油缸的作用下壓頭最終將木片壓成不大于700mm×400mm×500mm的方塊。本設計采用一個液壓油缸目的在于節省成本和提高生產效率，可以通過對壓頭部分的力傳感器的載荷數據反饋對液壓油缸的工作進行控制，這就需要在壓頭處安裝1個或1套由計量部門校準過的力傳感器（準確度不大于0.5級即可），而控制終端為液壓控制系統可提供持續穩定的液壓油。此時在控制終端設定一目標載荷值，當力傳感器反饋的載荷達到該目標載荷值時，液壓油缸即停止加載而讓壓頭持續保壓工作，直至將木片打包入筐。

收集—壓縮箱裝置的組成包括推移液壓油缸、推板和推出架等部分，用于將壓縮成塊的木片推上木片打包金屬框。推出液壓油缸固定于混凝土臺上，其活塞桿前部裝有推板，且活塞桿、推板和推出架3件固接，當推動活塞桿向前運動時，推板、推出架也同步向前運動，直至把收集箱中的木片塊打包進打包框中。為防止推卸過程中壓縮箱隨之運動，應把壓縮箱推入端一側的鐵鏈掛于導柱上的掛鉤上。木片壓縮裝置由液壓油缸、壓頭、機體支撐裝置等組成，用于對木片實現壓縮功能。液壓油缸固定在型鋼焊接成的機架上，其活塞桿軸的端部連接壓頭，壓頭由液壓油缸驅動升降。工序開始時，散裝木片整理好放入壓縮箱以后，液壓油缸即驅動壓頭伸入其中進行壓縮木片，待壓縮載荷達到預置值時即壓縮完畢，接著移動木片塊，此時啟用推出裝置，但必須注意在安裝時壓縮箱的底板高度與打包框的入口高度一致，樣才能確保將木片推進打包框中。另外，為了減少木片間的空隙，木片可經2～3次的輪番壓縮，每次擠壓至一設定載荷時進行保壓。當壓縮箱推出打包時，應先將壓縮箱兩側的掛鏈勾于壓頭上，這樣就可以防止壓縮箱在木片打包時跟著移動，從而確保木片打包壓縮工作的繼續進行。

圖2 木片壓縮機立體圖

在壓縮之后就是對木片進行打包。一般情況下打包木片是用麻包袋，但是麻袋包裝的抗脹力不大，因此，我們設計采用金屬網式可折疊包裝筐，便于包裝木片返回后重復使用，主要是在金屬的邊條上裝上可平時門板上所用到得可旋轉配件。一個金屬包裝筐可使用4年左右，遠遠比麻袋包裝物的使用壽命長，而且環保衛生。當壓縮機將木片壓縮到位時，液壓油缸繼續工作保壓，將木片前移即可將其裝入金屬打包框中，打包工作也即完成。

如果包含包裝筐的每個木片壓縮塊重量為55kg，采用鐵路C60車運輸壓縮木片，按每層裝120筐，一輛車可裝1320筐，總重72600kg。滿足了充分利用車輛額載量的要求，與麻袋散裝木片(35000kg左右)相比，增加了裝載量37600kg，即是提高了107.4%的裝載量，即比原來提高一倍多。使用該新型木片壓縮打包機，可使木片運輸成本大大降低，裝車運輸量節省了很大一部分的工作量。

2 壓縮機機體機械結構的設計

2.1 機體板的設計

圖2中工作平臺的板面即是機體板。機體板的具體結構是：兩塊形狀和尺寸都相同的鋼板，中間設置一套筒連接液壓油缸，在鋼板的四個邊角都焊接上套筒來連接機柱，另外在兩個鋼板之間的外圍再焊接鋼帶，確保機體板的強度足夠，而且套筒與套筒之間利用焊接的鋼板進行固定。機體板在木片壓縮機中連接機柱和液壓油缸，工作時液壓油缸通過它把載荷傳遞至機柱上，起到的橋梁作用相當明顯重要，故在設計上采用工字鋼型材料結構，把鋼板焊接成為工字造型來構造筋板。其結構和尺寸如圖3所示，其中間圓狀為軸套孔。

圖3 機體板的結構尺寸圖

2.2 機柱的設計

上面提到，液壓機在工作時主液壓油缸通過機體板把載荷傳至機柱上，因此機柱在木片打包壓縮機中起支撐作用，其材料需選擇較高強度的無縫鋼管，初步選擇外徑為D=200mm，壁厚δ=12mm的45鋼無縫鋼管。木片壓縮機在木片壓縮過程中，液壓油缸產生的工作推力為8400 kN，由于機柱和筋板之間連接有8個支撐條，所以每根機柱承受的軸向力如圖4所示。

由圖4可以看出，機柱受到的最大軸力Fmax=1050kN，因此其所受到的的應力大小為（取安全系數為ns=2）：

[3]，45 鋼的屈服極限 σs=333.2MPa，由于 σs>σmax，可知機柱是安全的。

圖4 四根機柱受軸力圖

2.3 壓頭的設計

壓頭直接與木片接觸而需要承受很大的壓力，因此必須具備一定的剛度。而所生產的部分木片會具有酸性等液汁而且比較粘稠，因此壓頭材料還要有一定的耐酸腐蝕性能，可以選擇壓頭材料為合金結構鋼熱軋厚鋼板，化學成分應符合GB/T3077—1999的規定，鋼板交貨狀態應為正火組織。需要注意的是，在壓頭前端部位距離中心等距兩邊需要安裝力傳感器，目的是實現對液壓油缸的工作與否進行預設定控制，力傳感器的安裝位置如圖5所示。

圖5 壓頭部位力傳感器的安裝位置

2.4 壓縮箱的設計

壓縮箱直接與木片接觸，其作用是將放置其中的木片快速推入壓頭下方，其材料需要具備一定的剛度和耐酸耐堿性，可選不銹鋼冷軋鋼板。要指出的是，由于對木片壓縮前后需要將木片裝進和推出，因此推出箱的兩端應敞開，而其推入端還額外安置導向軸進行推動，并設置有鋼板門，門上配置門栓，在裝載和打包木片時將門打開，在壓縮木片時將門關閉，確保壓縮和打包工作的順利進行。壓縮箱的結構如圖6所示。

圖6 壓縮箱的結構圖

3 結論

本文通過對該新型木片打包壓縮機的性能分析，得到它與傳統的木片木片麻袋打包設備相比，具有以下特點：（1）木片打包壓縮機是集機、液、電三位一體的新型機械，自動化程度高，節省勞動力，便于推廣使用；（2）設備制造簡單，符合當今我國生產廠家和用戶單位的技術水平，制造成本較低；（3）與傳統的麻包打包木片運輸相比，同樣的一節C60車車廂的運載量比原來的兩節車廂運載量還多，極大地提高了運輸量，節省了木片的運輸費用，具有良好的應用推廣價值。

【參考文獻】

［1］鮑逸培.我國木片工業現狀及其發展[J].林業機械與木工設備，1997，25(11)：4-7.

［2］常玉宏，錢昭國.小徑木、枝椏材生產木片壓縮打包的工藝設備[J].林產工業，1996，5：42-43.

［3］機械設計手冊聯合編寫組．機械設計手冊[M]．北京：化學工業出版社，1987.